1.一种基于卷积神经网络的大地电磁非线性反演方法,其特征在于,包括如下步骤:S100搭建卷积神经网络,包含输入层、双卷积层、双池化层、全连接层和输出层;其中,卷积层和池化层交替设置;采用Xavier初始化方法对网络的权值与偏置进行初始赋值,初始权值的参数W [l] 符合均值μ=0,方差 的正态分布: b [l] =0;其中,l为网络层数的序号,n [l-1] 是第l-1层的神经元个数,b [l] 为网络阈值的初始值;S200通过大地电磁二维正演获取样本数据集,样本数据包括视电阻率、相位数据以及地电模型参数;具体的,采用有限单元法,对网格进行双二次插值,并将整个网格划分为两个区域:目标区域和网格外延区域,目标区域为地质体的赋存区域,同时也是数据采集区域,以均匀网格剖分,网格大小NX×NY,网格外延区域的网格步长按二倍递增;在目标区域内,固定围岩及异常体电阻率值不变,地质体按一定步长进行移动,以获取样本数据集,所述样本数据集包括:含N f 个频点,N s 个测点的视电阻率数据 含N f 个频点,N s 个测点的阻抗相位数据 以及相应的地电模型参数 采用零-均值归一化方法对所述样本数据集进行标准化:其中x * 代表归一化后的数据,其均值为0,方差为1;μ和σ代表原始数据的均值和方差,将标准化后的视电阻率 及相位数据 作为卷积神经网络的双通道输入,标准化后相应地电模型参数 作为输出;S300将标准化后的视电阻率、相位数据以及地电模型参数输入卷积神经网络进行训练,包括:S310标准化后的视电阻率、相位数据进入卷积,进行一次特征提取;S320卷积后的视电阻率、相位数据进入池化,进行数据体降维度及二次特征提取;S330标准化后的视电阻率、相位数据经过卷积、池化后进入全连接层,在全连接层中建立提取特征与输出层的映射关系,将得到的地电模型参数与样本数据的地电模型参数做差值,即输出值与理论值的误差;通过重复进行信息正向传播和误差反向传递,直到误差达到期望值或者迭代次数达到预定值,此时网络停止训练并得到最佳权值与阈值;S400将测试集数据输入网络,测试集数据经过卷积、池化以及一次正向传播后,得到所需的地电模型参数。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤S310包括:将所述步骤S200中的输入数据即标准化后的视电阻率 及相位数据 进行卷积处理,即将每一个位置的输入数据进行卷积变换映射成新值;卷积计算公式为其中 表示第l个卷积层的第j个通道的净激活,它是通过对前一层的输出的特征图 进行卷积求和与偏置操作后得到的,i为输入数据的序号, 表示第l个卷积层的第j个通道的输出,f(·)表示激活函数,M j 表示特征图子集, 表示卷积核矩阵, 表示卷积层的偏置项,“*”为卷积运算。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤S320包括:采用最大池化法对卷积后的数据进行池化处理,即将池化窗口区域内数据的最大值保留,再通过激活函数激活就可得到结果;池化计算公式为:其中, 表示第l个池化层的第j个通道的净激活,通过前一层的特征图 池化加权、偏置后得到的;β表示池化权重系数, 表示池化层的偏置项,pool(·)表示池化函数。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述步骤S330中的所述信息正向传播:CNN的输入为a i,l-1 ,信息正向传播算法计算包括:当前是全连接层,则有a i,l =σ(z i,l )=σ(W l a i,l-1 +b l ),其中a i,l 为正向传播输出,W l 为网络权值,b l 为网络阈值,σ(·)为激活函数;当前是卷积层,则有a i,l =σ(z i,l )=σ(W l *a i,l-1 +b l ),其中*为卷积运算;当前是池化层,则有a i,l =pool(a i,l-1 ),其中pool(·)为池化运算;对于输出层第L层:a i,L =ReLU(z i,L )=ReLU(W L a i,L-1 +b L ),其中ReLU为激活函数;最后通过损失函数计算出输出层的总梯度误差δ i,L 。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述步骤S330中的所述误差反向传递:S331前一层的梯度误差为δ i,l+1 ,反向传递算法计算包括:当前是全连接层,则有δ i,l =(W l+1 ) T δ i,l+1 ⊙σ′(z i,l ),其中δ i,l 代表第l层的梯度误差,⊙代表Hadamard积;当前是卷积层,则有δ i,l =δ i,l+1 *(W l+i ) T ⊙σ′(z i,l );当前是池化层,则有δ i,l =upsample(δ i,l+1 )⊙σ′(z i,l ),其中upsample(·)为上采样函数;S332CNN更新第l层的W l 和b l ,包括:当前是全连接层: 其中α为迭代步长,m为训练样本数;当前是卷积层,对于每一个卷积核有:
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述步骤S400测试集数据输入网络之前,进行如下设置:设置训练集、测试集、验证集比例为98∶1∶1,网络迭代次数为200。
7.一种电子设备,其特征在于,包括至少一个处理器,以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器;所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6中任一项所述的方法。