(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210649098.8 (22)申请日 2022.06.09 (71)申请人 吉林大学 地址 130012 吉林省长 春市朝阳区前进大 街2699号 (72)发明人 李刚　何一卓　王寅昊　孙彩堂　 (74)专利代理 机构 沈阳铭扬联创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 21241 专利代理师 屈芳 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/22(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/10(2006.01)G06N 3/04(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G01V 3/12(2006.01) (54)发明名称 一种基于频域电磁响应的人工空洞识别方 法 (57)摘要 本发明属于涉及地下探测领域， 为一种基于 频域电磁 响应的人工空洞识别方法， 对人工空洞 进行一维正演探测模拟， 建立层状大地介质模 型， 并通过Matlab编程得到电磁场的数值解， 进 而分析出地下有无人工空洞时磁感应强度与收 发距之间的关系； 根据一维正演探测模拟进行人 工空洞探测的三维正演 模拟， 基于COMSOL 建立针 对不同类型人工空洞的探测模型， 获取大量不同 情况下的电磁 响应数据； 利用得到的电磁 响应数 据建立训练集， 通过深度学习采用卷积神经网络 来判断地下是否存在人工空洞， 实现对人工空洞 响应识别与分类， 得到地下是否存在人工空洞的 识别结果。 降低了人工参与的成本， 能提高地下 人工空洞探测的准确率以及可靠性。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115238566 A 2022.10.25 CN 115238566 A 1.一种基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特 征在于， 包括： S1对人工空洞进行一维正演探测模拟， 建立层状大地介质模型， 并通过Matlab编程得 到电磁场的数值 解， 进而分析出地下有无 人工空洞时磁感应强度与收发距之间的关系； S2根据步骤S1的一维正演探测模拟进行人工空洞探测的三维正演模拟， 基于COMS OL建 立针对不同类型人工空洞的探测模型， 获取大量不同情况下 的电磁响应数据， 所述电磁响 应数据为选取高空上一块正方形区域， 分别获取的有 无空洞以及多种尺寸空洞情况下该区 域的磁感应强度； S3利用得到的电磁响应数据建立训练集， 通过深度学习采用卷积神经网络来判断地下 是否存在人工空洞， 从而实现对人工空洞 响应识别与分类， 得到地下是否存在人工空洞的 识别结果。 2.根据权利要求1基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特征在于， 建立层状大地 介质模型包括:在地面布设电性长导线源并向大地输出交变电流， 可在大地及空间范围内 辐射交变的电磁波， 假设大地为一维层状模型， 沿发射源方向定义x轴， 垂直发射源定义y 轴， 垂直地表向下定义z轴建立空间直角坐标系， 采样线圈高度设置为3 0m。 3.根据权利要求2所述的基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特征在于， 采用 Kong设计的滤波系数作为汉克尔数值积分的滤波系数， 根据长导线源的响应磁场公式， 通 过Matlab编程对长导线源的响应磁场公式经过汉克尔积分得到一维空间任意点的响应电 磁场， 长导线源的响应 磁场公式如下： 其中， μ0为真空磁导率， I为导线电流， rTE和rTM为地表反射系数， L为导线长度， h为发射 源所在高度， λ为波长， J0为0阶贝塞尔函数， J1为1阶贝塞尔函数， R＝[(x ‑x')2+y2]1/2。 4.根据权利要求3所述的基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特征在于， 还包 括： 根据层状大地介质模型创建图形用户界面， 在界面中输入 各层地下介质电阻率、 各层介 质厚度以及发射频率参数， 调用一维正演函数， 计算出空气层反射系数 和最底层波阻抗 再利用以下公式从最底层开始层层迭代， 计算出地 表反射系数：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115238566 A 2上式中， 对于最底层n层有： 从最底层开始层层叠代， 在第m层(0＜m≤ n)有： σm＝1/ρm， μm＝ μ0＝4 π×10‑7， εm＝ ε0＝8.85×10‑12F/m， hm为m层的厚度， ρm为m层的电阻率； 根据地表反射系数， 利用磁场响应公式计算出各观测点的磁感应强度对比有无地下人 工空洞情况下磁感应强度与收发距关系曲线， 得到有无空洞两种情况下磁感应强度在y轴 上任意点的数值。 5.根据权利要求1所述的基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特征在于， 步骤S2 中， 建立基于C OMSOL的人工空洞探测模 型， 对人工空洞探测模型区域进 行网格剖分， 对 各部 分模型进行材料属 性值的设置， 所述材料属 性值的设置包括电导率、 相对磁导率及相对介 电常数， 设置发射 天线电流和频率， 通过模拟 计算得到目标区域的磁感应强度分布结果， 所 述目标区域指的是 人工空洞探测模型进行仿真所在的三维空间。 6.根据权利要求5所述的基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特征在于， 所述网 格剖分采用非结构化四面体网格剖分， 核心区域进行加密处 理。 7.根据权利要求1所述的所述的基于频域电磁响应的人工空洞识别方法， 其特征在于， 步骤S3通过训练卷积神经网络获得分类器， 并通过训练得到的分类器进 行地下人工空洞的 识别与分类， 包括： 通过多次频域电磁三维正演仿真获得样本集， 构建原始 的卷积神经网络， 并通过样本 集进行训练获得探测地下 人工空洞的分类 器； 获得频域电磁三维正演数据图像； 将所述的数据图像输入到训练后卷积神经网络中， 得到地下人工空洞的分类识别结 果。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115238566 A 3