[发明专利]高铁智能预警方法、装置及系统

权利要求书

1.一种高铁智能预警方法，其特征在于，包括：

将高铁作为移动的炮点，基于初始速度模型，利用采集到的地震信号进行弹性波全波形反演，得到P波速度模型和S波速度模型，所述初始速度模型为基于重磁电方法得到的地质勘察目标区域的速度模型；

利用所述P波速度模型和S波速度模型进行弹性波多分量逆时偏移，得到成像结果，所述成像结果包括：P波X分量、P波Z分量、S波X分量、S波Z分量、弹性波X分量及弹性波Z分量；

根据各个时间段的所述成像结果进行识别不良地质体的位置及空间分布，以进行实时监控预警；

所述将高铁作为移动的炮点，基于初始速度模型，利用采集到的地震信号进行弹性波全波形反演，得到P波速度模型和S波速度模型，包括：

步骤1：基于Sirgue的频率优选策略，以为等比选取反演频率，按照频率组或者单频进行迭代循环；

步骤2：进行当前反演频率的迭代次数循环；

步骤3：对单炮进行随机组合，形成组合炮集，进行组合炮集循环；

步骤4：在GPU显存中对速度场进行正演模拟，接收模拟波场，利用离散傅里叶变换抽取对应的反演频率的频率域正传波场；具体为：

d＝L(m)

其中，d表示检波器接收到的地震波场；m为离散的参数模型，是描述参数分布情况的空间向量；L为地震波场传播算子，描述了地震波在参数模型m中的正传播过程，是一个关于模型参数的非线性函数；

步骤5：将模拟炮记录和实际炮记录做残差，利用离散傅里叶变换抽取频率域残差波场；具体为：

δd＝d_obs-d_cal

其中，d_cal为模拟地震记录，d_obs为实际地震记录；

实际接收到的地震记录与模拟地震记录残差的L2范数为：

上式中，上标“t”和“*”分别表示矩阵的转置和共轭；δd_i为第i炮的实际地震记录和模拟地震记录的残差；nshot表示参与反演的炮数；

步骤6：利用时间域传播算子对残差波场进行反传，利用离散傅里叶变换抽取当前反演频率的频率域波场；

步骤7：计算当前组合炮集在当前反演频率或频率组下对应的梯度场；

步骤8：对其他组合炮集，重复步骤4至步骤7，对组合炮集的梯度场进行累加，直到所有组合炮集循环完毕；

步骤9：选取梯度场最大值，利用步长衰减法求取优化步长；

步骤10：由优化步长和梯度场计算模型参数更新量，并对当前GPU显存中的速度场进行更新；

步骤11：判断是否满足迭代终止条件或者达到最大迭代次数，如果达到，则进行下个频率或频率组的反演；否则，继续重复进行步骤2至步骤10；

步骤12：所有的频率组或频率反演完毕后，将最终更新的速度场由GPU显存复制到内存，并输出反演结果，完成反演过程；

所述步骤6至步骤12具体为：

根据波恩近似，速度更新后的参数模型m，表示为初始速度模型m₀和扰动模型Δm之和：

m＝m₀+Δm

其中，扰动模型Δm为：

上式中，为Hessian矩阵，表示目标函数在m₀处的曲率；为梯度矩阵，表示目标函数在m₀处的变化率；

计算梯度矩阵和Hessian矩阵；

频率域梯度表达式为：

其中，F为第i个模型参量对应的虚震源，U_b表示地震记录残差的反向传播波场，A表示阻抗矩阵或系数矩阵，且A＝A_LA_U，Re表示取实部；

模型参数对应的梯度场为：

其中，U为频率域波场向量；

第i个参数模型对应的速度场为：

梯度场是由三部分组成的，震源正传波场，残差反传波场和散射项；故梯度场可以看成是在散射项约束下的入射波场与残差反传波场的零延迟互相关运算；

频率域梯度公式：

其中，ω表示角频率，v_p(x)表示纵波速度；

采用梯度法，用步长代替Hessian矩阵计算，那么，参数模型的更新方程可以写成：

其中，表示第k次迭代的梯度场；α^(k)代表第k次迭代的步长，它是一个正标量，将梯度向量单元转换成模型单元；

所述利用所述P波速度模型和S波速度模型进行弹性波多分量逆时偏移，得到成像结果，所述成像结果包括：P波X分量、P波Z分量、S波X分量、S波Z分量、弹性波X分量及弹性波Z分量，包括：

将震源波场正传，利用所述P波速度模型和S波速度模型计算正传速度场分离的P波X分量、P波Z分量、S波X分量、S波Z分量，得到弹性波正传速度场的X分量及Z分量；

将检波点波场反传，利用所述P波速度模型和S波速度模型计算反传速度场分离的P波X分量、P波Z分量、S波X分量、S波Z分量，得到弹性波反传速度场的X分量及Z分量；

根据所述弹性波正传速度场的X分量及Z分量以及所述弹性波反传速度场的X分量及Z分量计算所述成像结果；其中，各向异性逆时偏移成像条件采用震源照明互相关除法成像条件：

其中，I(x,z)是(x,z)处的逆时偏移结果。