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基于参数随机反演的拱坝位移监控指标拟定方法

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水力发电学报 2024年第1期43卷 124-133页

作者：贾冬焱马春辉杨杰冉蠡仝飞西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 西安理工大学水利水电学院西安710048

针对传统混凝土拱坝位移监控指标拟定中未考虑大坝材料参数不确定性的问题,结合贝叶斯推断理论、粒子群优化和长短时记忆网络提出一种基于随机反分析结果的拱坝位移监控指标拟定方法。利用粒子群方法优化长短时记忆神经网络作为代理模型... 详细信息

针对传统混凝土拱坝位移监控指标拟定中未考虑大坝材料参数不确定性的问题,结合贝叶斯推断理论、粒子群优化和长短时记忆网络提出一种基于随机反分析结果的拱坝位移监控指标拟定方法。利用粒子群方法优化长短时记忆神经网络作为代理模型;基于不同监测点实测位移值和代理模型计算位移值建立联合似然函数;在已知材料参数先验分布下,通过贝叶斯推断获得材料参数的后验分布;利用材料参数的后验分布计算监控指标的水压分量,结合实测位移数据确定混凝土拱坝位移监控指标。工程实例分析表明:通过贝叶斯推断方法,可以反演得到准确的材料参数后验结果;以混合法确定的位移监控指标充分利用了材料参数的随机反分析结果,具有更好的预警效果。

关键词：拱坝随机反演贝叶斯推断监控指标

基于APSO-MCMC的叠前三参数同步随机反演方法研究

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石油物探 2022年第4期61卷 673-682页

作者：向坤陈科段心标郑栋宇中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院江苏南京211103 成都理工大学四川成都610059

针对确定性叠前三参数反演存在的精度低、稳定性差、抗噪性差以及过度依赖初始模型的问题,虽然利用随机反演方法实现叠前三参数同步反演有助于解决这些问题,但此类方法反演效率较低。为此,提出了利用自适应粒子群优化马尔科夫链蒙特卡洛... 详细信息

针对确定性叠前三参数反演存在的精度低、稳定性差、抗噪性差以及过度依赖初始模型的问题,虽然利用随机反演方法实现叠前三参数同步反演有助于解决这些问题,但此类方法反演效率较低。为此,提出了利用自适应粒子群优化马尔科夫链蒙特卡洛(APSO-MCMC)算法以提高叠前三参数反演的计算效率。结合纵波速度、横波速度以及密度的变化统计扰动关系,建立模型扰动的高斯分布,根据三参数扰动先验分布抽样获取初始粒子群。在每一步迭代过程中,利用跃迁矩阵改变粒子的演化,根据粒子之间的距离计算演化因子,判定粒子群的收敛状态。此外,利用精英策略,帮助粒子实现跳出局部极小值的困境。由于传统叠前近似公式在宽角度区域与非近似公式误差较大,故利用Zoeppritz公式来保证叠前三参数反演在各个角度的精度。NS地区二维海洋实际数据应用表明,该方法估算纵波速度、横波速度和密度有效,稳定收敛,计算效率高于传统的随机方法,具有较好的精度和抗噪性。

关键词：自适应粒子群蒙特卡洛马尔科夫链叠前反演随机反演目标函数

布谷鸟马尔科夫链蒙特卡洛混合高斯地质统计学随机反演

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地球物理学报 2021年第7期64卷 2540-2553页

作者：王峣钧邢凯厍斌刘宇陈挺胡光岷吴秋波电子科技大学资源与环境学院成都611731 太原理工大学求实学院太原030024 东方地球物理公司物探技术研究中心河北涿州072751

地质统计学随机反演可以获得比常规反演更高分辨率的结果,目前已成为储层高分辨率预测的主流方法.地下不同岩相储层参数存在明显差异,本文在地质统计学反演框架下构建了岩相和储层参数同步反演目标函数,实现不同岩相条件下储层参数分布... 详细信息

地质统计学随机反演可以获得比常规反演更高分辨率的结果,目前已成为储层高分辨率预测的主流方法.地下不同岩相储层参数存在明显差异,本文在地质统计学反演框架下构建了岩相和储层参数同步反演目标函数,实现不同岩相条件下储层参数分布精细描述.在求解该高维数据多参数同步反演问题时,本文将可以动态调节搜索步长的布谷鸟算法与马尔科夫链蒙特卡洛方法融合,采用多条马尔科夫链进行Levy飞行产生新解的策略扩大解的空间范围,通过适应度最佳选择输出最优解实现全局优化迭代,有效提升了反演方法的稳定性和全局最优性,避免了传统马尔科夫链蒙特卡洛方法因抽样随机性而陷入局部最优的问题.通过含噪声模型和实际数据分析验证了本文方法的有效性.

关键词：随机反演混合高斯 MCMC 布谷鸟算法全局优化

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边坡参数随机反演性能定量评估及可靠度分析

边坡参数随机反演性能定量评估及可靠度分析

作者：王雷南昌大学

学位级别：硕士

随着我国加快推进现代化强国的建设步伐,水库大坝、高速公路、重点铁路和矿山等一系列大型基础工程建设蓬勃发展,建设规模不断扩大。然而,与之相关的地质环境越来越复杂,边坡工程安全问题越来越突出。岩土工程中的诸多不确定性因素对边... 详细信息

随着我国加快推进现代化强国的建设步伐,水库大坝、高速公路、重点铁路和矿山等一系列大型基础工程建设蓬勃发展,建设规模不断扩大。然而,与之相关的地质环境越来越复杂,边坡工程安全问题越来越突出。岩土工程中的诸多不确定性因素对边坡稳定性分析具有重要的影响,一旦忽略这些不确定性,将会直接影响边坡灾害风险防控与治理决策的制定,进而威胁我国人民的生命财产安全。为此,本文在构建条件随机场模型描述岩土参数空间变异性的基础上,发展基于贝叶斯分析的岩土参数随机反演方法,定量评估不同随机反演方法的性能,解决空间变异边坡参数随机反演及可靠度更新难题。主要研究内容和结论如下:(1)发展了多种基于贝叶斯分析的岩土参数随机反演方法,包括马尔可夫链蒙特卡洛(MCMC)算法、基于过去状态抽样的自适应差分演化Metropolis方法(DREAM(zs)))、基于子集模拟的贝叶斯更新(BUS)方法,并通过无限长边坡案例探讨了这些方法推断岩土参数后验统计特征的有效性与适用性,为复杂边坡参数反演以及可靠度更新奠定了基础。(2)拓展了所发展的三种随机反演方法在空间变异岩土参数随机反演及边坡可靠度更新中的应用,通过定量评估算法的收敛性、计算效率和计算精度等性能,分析了这三种方法的优缺点及适用范围,调查了这三种方法在随机样本生成、收敛准则、模型证据和边坡后验失效概率计算等方面的差异性,为快速选择最合适的随机反演方法解决不同边坡参数反演问题提供了重要的理论支撑。(3)开发了基于协同克里金技术的岩土参数条件随机场模拟方法,充分利用边坡特定位置上有限的钻孔数据构建岩土参数条件随机场模型,合理描述岩土参数空间变异性和更新边坡可靠度评价,同时对比分析了条件随机场相较于完全随机场的优势,为基于多源数据融合的边坡可靠度分析提供了技术支撑。

关键词：边坡条件随机场贝叶斯方法协同克里金方法随机反演可靠度分析

联合多点地质统计学与序贯高斯模拟的随机反演方法

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地球物理学报 2018年第7期61卷 2998-3007页

作者：刘兴业李景叶陈小宏李超郭康康周林中国石油:大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室北京102249 中国石油:赶学(北京)海洋石油勘探国家工程实验室北京102249

岩相和储层物性参数是油藏表征的重要参数,地震反演是储层表征和油气藏勘探开发的重要手段.随机地震反演通常基于地质统计学理论,能够对不同类型的信息源进行综合,建立具有较高分辨率的储层模型,因而得到广泛关注.其中,概率扰动方法是... 详细信息

岩相和储层物性参数是油藏表征的重要参数,地震反演是储层表征和油气藏勘探开发的重要手段.随机地震反演通常基于地质统计学理论,能够对不同类型的信息源进行综合,建立具有较高分辨率的储层模型,因而得到广泛关注.其中,概率扰动方法是一种高效的迭代随机反演策略,它能综合考虑多种约束信息,且只需要较少的迭代次数即可获得反演结果.在概率扰动的优化反演策略中,本文有效的联合多点地质统计学与序贯高斯模拟,并结合统计岩石物理理论实现随机反演.首先,通过多点地质统计学随机模拟,获得一系列等可能的岩相模型,扰动更新初始岩相模型后利用相控序贯高斯模拟建立多个储层物性参数模型;然后通过统计岩石物理理论,计算相应的弹性参数;最后,正演得到合成地震记录并与实际地震数据对比,通过概率扰动方法进行迭代,直到获得满足给定误差要求的反演结果.利用多点地质统计学,能够更好地表征储层空间特征.相控序贯高斯模拟的应用,能够有效反映不同岩相中储层物性参数的分布.提出的方法可在较少的迭代次数内同时获得具有较高分辨率的岩相和物性参数反演结果,模型测试和实际数据应用验证了方法的可行性和有效性.

关键词：随机反演多点地质统计学概率扰动方法序贯高斯模拟储层表征

基于FFT-MA谱模拟的快速随机反演方法研究

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地球物理学报 2015年第2期58卷 664-673页

作者：王保丽印兴耀丁龙翔张广智孙瑞莹中国石油大学(华东)地球科学与技术学院青岛266580 广州海洋地质调查局广州510075

虽然基于地质统计学的随机反演方法能够有效融合测井资料中的高频信息,但计算效率低,占用内存大,限制了它在实际资料中的应用.本文在保留传统随机反演方法优点的基础上,创造性地引入傅里叶滑动平均(Fast Fourier Transform-Moving Avera... 详细信息

虽然基于地质统计学的随机反演方法能够有效融合测井资料中的高频信息,但计算效率低,占用内存大,限制了它在实际资料中的应用.本文在保留传统随机反演方法优点的基础上,创造性地引入傅里叶滑动平均(Fast Fourier Transform-Moving Average,FFT-MA)谱模拟进行频率域的地质统计模拟,并利用逐步变形算法(Gradual Deformation Method,GDM)确保模拟结果与实际地震数据的匹配,构建了基于FFT-MA谱模拟的新的快速随机反演方法.与常规随机反演相比,新方法不仅分辨率高,而且能够使反演解得到快速收敛,有效提高计算效率,减少内存占用.模型试算获得了与理论模型吻合度较好的高分辨率反演结果.实际资料分析也表明新方法所得到的高分辨率反演结果能够对薄互储层进行良好的展示,为薄储层的识别提供高效可靠的技术支持.

关键词：地质统计学 FFT-MA谱模拟 GDM算法更新随机反演

广义Bayes法在裂隙岩体渗透系数随机反演中的应用

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水利学报 2008年第4期39卷 419-425页

作者：郑桂兰王媛王飞河海大学交通学院南京210098 河海大学土木学院南京210098

工程中由于存在各种随机因素,采用确定性的渗流分析方法进行渗透系数的反演必然会导致结果的不确定性。本文基于渗流场的随机有限元分析方法,结合变尺度优化算法和广义Bayes法,建立了一种渗透系数的随机反演方法,推导了详细的计算公式... 详细信息

工程中由于存在各种随机因素,采用确定性的渗流分析方法进行渗透系数的反演必然会导致结果的不确定性。本文基于渗流场的随机有限元分析方法,结合变尺度优化算法和广义Bayes法,建立了一种渗透系数的随机反演方法,推导了详细的计算公式。该方法不仅考虑量测水头、渗透系数的随机性,还考虑了边界水头的随机性,不仅可以获得渗透系数的均值反演结果,还可以得到标准差的反演结果。最后将该法应用于重力坝坝基渗流算例分析中,以渗流有限元正分析计算结果作为"假想"的实测点水头值,通过随机反演,同时获得渗透系数均值与标准差的反演结果,将输入信息与反演结果对比分析,验证了渗透系数和标准差反演结果的正确性。

关键词：渗透系数随机反演广义Bayes法变尺度法

基于贝叶斯更新方法的尾矿坝材料参数随机反演

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岩土工程学报 2020年第S2期42卷 77-82页

作者：蒋水华朱明明曾绍慧黄劲松杨志刚周创兵南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 江西省尾矿库工程安全重点实验室江西南昌330031

为准确获得有限数据条件下的尾矿坝材料参数取值,在贝叶斯更新理论和有限元分析框架下,提出了考虑不确定性的尾矿坝材料参数随机反演方法。为提高参数随机反演分析的计算效率,利用随机多项式展开建立尾矿坝代表性监测点位移与输入参数... 详细信息

为准确获得有限数据条件下的尾矿坝材料参数取值,在贝叶斯更新理论和有限元分析框架下,提出了考虑不确定性的尾矿坝材料参数随机反演方法。为提高参数随机反演分析的计算效率,利用随机多项式展开建立尾矿坝代表性监测点位移与输入参数之间的隐式函数关系。以某实际尾矿坝为例,基于有限的位移监测数据进行多层尾矿材料参数随机反演分析,说明了提出方法的有效性。结果表明,提出方法可以有效缩减尾矿坝材料参数的不确定性,准确推断尾矿坝材料参数的概率分布,并识别不同材料参数(弹性模量和泊松比等)对尾矿坝变形的影响程度。

关键词：尾矿坝随机反演贝叶斯方法不确定性监测数据

有限数据条件下空间变异岩土力学参数随机反演分析及比较

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岩石力学与工程学报 2020年第6期39卷 1265-1276页

作者：蒋水华刘源张小波黄劲松周创兵南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 南昌大学江西省尾矿库工程安全重点实验室江西南昌330031

现场和室内试验数据通常非常有限,基于有限数据难以确定岩土力学参数统计特征。随机反演方法可为有限数据条件下岩土力学参数统计特征及概率分布推断提供一条有效的途径。发展3种可解释岩土力学参数空间变异性的参数随机反演方法(DREAM(... 详细信息

现场和室内试验数据通常非常有限,基于有限数据难以确定岩土力学参数统计特征。随机反演方法可为有限数据条件下岩土力学参数统计特征及概率分布推断提供一条有效的途径。发展3种可解释岩土力学参数空间变异性的参数随机反演方法(DREAM(zs)、BUS和aBUS),并从随机样本产生方式、收敛判据、模型证据和后验失效概率计算等方面对这3种方法的基本原理进行比较。最后,通过2个边坡案例对这3种方法的收敛性、计算精度和效率等进行了系统比较,进而总结了针对不同岩土力学参数随机反演问题应优先推荐使用的方法。结果表明:DREAM(zs)方法对于低维问题计算精度和效率高。BUS方法在子集模拟运算之前需要提前确定似然函数乘子取值,适合分析考虑参数空间变异性和似然函数计算量较大的高维问题。aBUS方法不依赖于似然函数乘子取值,并且计算精度较高,适合求解考虑参数空间变异性和似然函数计算量相对较小的高维问题,但是该方法需要耗费一定的计算量来定量地判断计算是否收敛。

关键词：岩土工程岩土力学参数空间变异性随机反演后验概率分布贝叶斯更新