本發(fā)明涉及航道疏浚與地質(zhì)工程，尤其涉及一種航道疏浚工程地質(zhì)勘探鉆孔布置優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、航運業(yè)占世界貿(mào)易運輸服務(wù)的90％以上，對全球貿(mào)易體系起著至關(guān)重要的作用。如果因航道堵塞等因素干擾航運，全球貿(mào)易穩(wěn)定可能會受到重大影響，因此，疏浚工程是促進(jìn)航運業(yè)穩(wěn)定繁榮的根基。疏浚是一種利用專業(yè)機(jī)械挖掘水下巖土，并將挖掘的材料輸送到指定區(qū)域的技術(shù)，疏浚區(qū)域的土質(zhì)信息對施工難度起著關(guān)鍵作用，不僅影響挖泥船施工參數(shù)的設(shè)定，還涉及后續(xù)吹填效率、堆場設(shè)計等，因此，準(zhǔn)確了解疏浚區(qū)域的土質(zhì)情況對于疏浚工程項目的順利實施至關(guān)重要。

2、鉆孔取樣是航道疏浚工程進(jìn)行地質(zhì)勘探獲取土質(zhì)信息的主要方法。然而，海上勘探施工條件相較于陸地困難且成本高，使得樣本通常是有限且稀疏的。在此過程中，為了盡可能的測得整個疏浚區(qū)域的土質(zhì)信息，常常采用等間距法進(jìn)行鉆孔取樣。這種采樣策略未充分考慮地下土層實際分布情況，如土體的空間變異性與不確定性，缺乏科學(xué)依據(jù)。稀疏鉆孔數(shù)據(jù)和不合理采樣策略導(dǎo)致難以準(zhǔn)確構(gòu)建地質(zhì)剖面，進(jìn)而無法提供準(zhǔn)確的土層分布信息，影響了疏浚工程實施方案設(shè)計。因此，有必要提出一種航道疏浚工程地質(zhì)勘探鉆孔布置優(yōu)化方法，為解決上述問題提供新的途徑。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種航道疏浚工程地質(zhì)勘探鉆孔布置優(yōu)化方法，有益于優(yōu)化地質(zhì)勘探鉆孔布置位置，對航道疏浚工程地質(zhì)勘察提供決策支持，并為后續(xù)施工提供可靠的土質(zhì)信息。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、一種航道疏浚工程地質(zhì)勘探鉆孔布置優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、s1.從地質(zhì)剖面資料中選取合適的模擬網(wǎng)格、訓(xùn)練圖像和標(biāo)準(zhǔn)模擬圖像，劃分網(wǎng)格，并將土質(zhì)類型分配給指定位置的網(wǎng)格，形成三個輸入數(shù)據(jù)集文件；

5、s2.將所述標(biāo)準(zhǔn)模擬圖像中的先驗屬性分配給所述模擬網(wǎng)格所有要模擬的單元，構(gòu)建先驗?zāi)Ｐ停?/p>

6、s3.分別在所述模擬網(wǎng)格和訓(xùn)練圖像中設(shè)置一條隨機(jī)路徑；

7、s4.根據(jù)輸入的單元數(shù)量確定搜索半徑r，并提取所述模擬網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)模版dg，設(shè)置訓(xùn)練圖像中的搜索比例f；

8、s5.根據(jù)所述隨機(jī)路徑，使用數(shù)據(jù)模版dg對所述訓(xùn)練圖像進(jìn)行移動掃描，提取數(shù)據(jù)事件dt；

9、s6.計算數(shù)據(jù)模版dg與數(shù)據(jù)事件dt的相似性距離d{dg,dt}，更新所述模擬網(wǎng)格；

10、s7.獲得具有地質(zhì)性質(zhì)概率的單元，對當(dāng)前未知單元，在所述訓(xùn)練圖像進(jìn)行多次模擬，當(dāng)所有單元模擬完后輸出地質(zhì)剖面；

11、s8.采用離散度量化模擬結(jié)果的不確定性，預(yù)測最佳鉆孔位置。

12、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s4中，在任意一個所述數(shù)據(jù)模板dg發(fā)生的條件下，任意一個土質(zhì)類別在模擬網(wǎng)格中某一未知單元處出現(xiàn)的概率表示為p[g(ci)＝g|dg]，其中：

13、

14、g(ci)＝g

15、其中，ci表示模擬網(wǎng)格某一未知單元；g(ci)＝g表示某一單元屬性，如g(ci)，i∈{1,2,3,…,n}，為土質(zhì)類型；p[dg?and?g(ci)＝g]表示s和dg兩者同時出現(xiàn)在ci位置的概率；p(dg)表示dg在模擬網(wǎng)格中出現(xiàn)的概率，被稱為先驗概率，根據(jù)貝葉斯公式定義，當(dāng)先驗概率發(fā)生時，p[g(ci)＝g|dg]被稱為后驗概率，指的是在ci處土體類型為s。

16、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s5中，考慮到航道疏浚工程中鉆孔樣本是稀疏的，模擬網(wǎng)格中可用的dg很少，由于訓(xùn)練圖像與模擬網(wǎng)格具有相似的地質(zhì)構(gòu)造同時具有足夠多的數(shù)據(jù)事件dt，可以從訓(xùn)練圖像中間接推導(dǎo)得出，

17、p(dg)＝p(dt)

18、假設(shè)兩者的先驗概率相等，其中t(ci)表示ti中某一單元，

19、p[dg?andg(ci)＝g]＝p[dt?and?t(ci)＝t]

20、合并后得出，

21、

22、先驗概率p(dt)可以通過以下等式計算：

23、

24、其中，i(.)是一個指示函數(shù)，當(dāng)給定dt時，其值等于t(ci)，存在于訓(xùn)練圖像中；nl×nh是訓(xùn)練圖像中的總單元格數(shù)，l和h分別表示水平和垂直深度方向；p(dg)可以用貝葉斯的術(shù)語解釋為證據(jù)因子，p[dg?and?g(ci)＝g]則可解釋為先驗概率和似然概率的乘積，它們直接從訓(xùn)練圖像中不同dt和不同土體類型中獲得。

25、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s6中，對模擬網(wǎng)格的dg中各個位置g(ci)的土質(zhì)類型進(jìn)行指示變換，如果訓(xùn)練圖像與模擬網(wǎng)格的土質(zhì)類型相等，則指示變量a＝0，否則等于1；之后求和并取平均值，即得到dg和dt的d，即：

26、

27、其中，dg和dt分別為模擬網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)模板與訓(xùn)練圖像中的數(shù)據(jù)事件；g(ci)和t(ci)分別為對應(yīng)位置的實測數(shù)據(jù)；n為周圍單元數(shù)量。

28、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s6中，為了強調(diào)鉆孔數(shù)據(jù)之間的相對空間位置，定義了條件數(shù)據(jù)的特定權(quán)重，其值大小與距離中心代估點的矢量距離成反比，

29、

30、hi＝||ci-c0||

31、其中，hi為dg中每一條件點ci與中心代估點x0的矢量距離，δ為hi的權(quán)重調(diào)節(jié)系數(shù)；計算距離反映了dg和dt之間的差異；d>0時，會對g(c)附近不匹配的單元施加相應(yīng)的懲罰，數(shù)值越大懲罰越多；當(dāng)d<0時，會對遠(yuǎn)離g(c)不匹配的單元施加更多的權(quán)重。

32、其中，定義了條件數(shù)據(jù)的特定權(quán)重，設(shè)置d＝1，即更突出了附近單元的重要性。

33、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s6中，為解決土層分布具有空間變異性，引入了馬氏距離，

34、

35、其中，s-1可以排除變量之間相關(guān)性的干擾，并且排除測量量綱的影響；d的值滿足0￡d￡1，這個距離表示dg和dt之間的相似性；值0表示兩者完全一樣，相反1表示兩者完全不同，值越大則相似性越差；

36、在一般的模擬過程中，并不是dg和dt完全相等才接受，而是當(dāng)d{dg,dt}小于相似性閾值t時，即d{dg,dt}<t，即認(rèn)為兩者相似。

37、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s7中，離散度可以用來量化模擬結(jié)果的不確定性，即在同一位置上得到不同土質(zhì)類型的概率分布，離散度越大，表示模擬結(jié)果的不確定性越高，

38、

39、其中，dd表示模擬圖像中某一位置x的非匹配正確類別次數(shù)與總匹配成功次數(shù)的比值；g(ci)表示位置x處第r個非匹配正確類別；s(ci)表示位置x處真實類型值；nmax表示最大匹配次數(shù)。

40、根據(jù)上述技術(shù)方案，優(yōu)選地，步驟s7中，對離散度進(jìn)行了統(tǒng)計分析，認(rèn)為豎向平均離散度越大，該位置的不確定性越高，依據(jù)此可優(yōu)化鉆探位置，

41、

42、其中，ad表示在某一水平位置的豎向平均離散度，dd表示某一單元的離散度，nh表示豎向單元總數(shù)量。

43、本發(fā)明的有益效果是：

44、本發(fā)明提出了基于直接采樣法的航道疏浚工程地質(zhì)勘探鉆孔布置優(yōu)化方法，該方法分為三個階段，第一階段是在地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)原理基礎(chǔ)上，采用貝葉斯理論分析，構(gòu)建了一個可為后續(xù)鉆孔位置優(yōu)化使用的直接采樣法地質(zhì)剖面構(gòu)建模型，第二階段通過分析直接采樣法原理，提出了模擬網(wǎng)格中各未知單元的土質(zhì)類型具體模擬計算方法，第三階段對隨機(jī)模擬結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析實現(xiàn)不確定性量化，來優(yōu)化鉆探位置，以期為疏浚工程地質(zhì)勘察提供決策支持。本發(fā)明為航道疏浚地質(zhì)勘探鉆孔位置優(yōu)化提供了一種理論依據(jù)，也對于疏浚工程的成本預(yù)算、工期安排以及挖泥船選型都具有重要意義。