重磁三维物性实时可视化反演关键技术研究

论文摘要

长期以来,“重磁三维反演计算”和“反演结果可视化评价”是以两个前后独立工作的方式而存在。三维反演计算通常很耗时,反演结果无法及时得到评价,同时,基于当前的结果评价,反演算法的参数经常需要调整,重新进行耗时的反演计算,以此反复得到理想的反演结果。这种工作模式效率低下,不是理想的方式。基于此背景,本文提出一个新的研究课题：针对地球物理重磁数据,将三维反演计算和反演结果可视化相结合,利用三维图形图像可视化方式,直观了解反演过程中的细节；同时,介入交互干预、引导反演过程,综合评价反演状态；实现实时可视化交互反演,提高反演结果的合理性和反演工作的效率。本文以实现新课题提出的任务为目标,开展了其相关关键技术研究工作。首先,研究了起伏地形下三维重磁物性自动反演技术。提出了一种起伏地形直接快速正演计算的方法,该方法将起伏地形上的测点按特定规则进行规则网格剖分,利用“几何格架层间等效性”,实现插值等效直接快速正演计算。基于该快速正演计算方法,结合“随机子域”反演方法,实现了起伏地形下三维重磁物性快速自动反演。第二,交互可视化反演过程中,需要对三维反演的中间结果进行滤波处理,以引导后续的反演过程。以此为目标,研究并实现了针对三维体数据的三维矩阵平均光滑滤波算法和非线性三维小子域光滑滤波算法。同时,将算法并行化实现。第三,分析、总结可视化反演的特点和需求,设计并开发实现了三维数据可视化图件集成显示。其中深入剖析了VTK三维开发库的内部机制和数据结构表达,并给出三维可视化图件的具体实现方法。最后,进行了重磁三维物性实时可视化反演软件系统设计和研发。其中,使用多线程程序编程技术和对数据同步方案进行精心设计,核心解决“实时可视化、参数实时交互调节”技术实现上的难题。利用面向对象编程方法,体现模块化集成思想,使该软件系统具备易维护性、可扩展性。本论文所做的工作,对地球物理实时可视化反演技术的研究和发展具有探索意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外发展现状与趋势
• 1.2.1 位场三维反演技术
• 1.2.2 三维图形可视化技术
• 1.3 研究内容
• 第2章 起伏地形下三维重磁自动反演技术
• 2.1 三维重磁物性反演计算量问题和解决方法
• 2.1.1 计算量的困惑
• 2.1.2 格架分离及存储
• 2.1.3 格架等效计算
• 2.2 随机子域三维自动反演方法
• 2.2.1 随机子域方式反演
• 2.2.2 格架权异常提取策略
• 2.2.3 深度加权概率子域生成
• 2.2.4 随机子域方法小结
• 2.3 起伏地形条件下的随机子域三维自动反演
• 2.3.1 起伏地形直接快速正演计算方法原理
• 2.3.2 格架层间等效性
• 2.3.3 格架层间等效计算
• 2.3.4 起伏地形插值等效快速正演计算方法步骤
• 2.3.5 起伏地形下随机子域三维物性自动反演算法步骤
• 2.4 小结
• 第3章 三维物性反演数据滤波方法
• 3.1 物性平均光滑滤波
• 3.1.1 3×3×3矩阵物性平均光滑滤波
• 3.1.2 5×5×5矩阵物性平均光滑滤波
• 3.2 非线性三维小子域光滑滤波
• 3.2.1 （3×3×3）矩阵8子域光滑滤波
• 3.2.2 （3×3×3）矩阵24子域光滑滤波
• 3.3 算法并行化
• 3.4 小结
• 第4章 重磁三维物性反演可视化关键技术和具体实现
• 4.1 开发库的选择
• 4.2 VTK体系框架
• 4.3 VTK内部数据类型和数据结构表达
• 4.3.1 VTK数据存储模型
• 4.3.2 数据集表达模型
• 4.4 VTK内部关键机制解析
• 4.4.1 事件和监听机制
• 4.4.2 可视化管道执行机制
• 4.5 重磁三维物性反演数据可视化表达需求分析
• 4.6 选择数据源的97.数据类型
• 4.7 构建97.管道的输入数据（3DD和PDDD）
• 4.7.1 手动创建3DD
• 4.7.2 手动创建PDDD
• 4.7.3 97.扩展编程,定制自己的6F和)
• 4.8 三维可视化图件的具体实现
• 4.8.1 原始观测数据的平面等值线填充图的具体实现
• 4.8.2 原始观测数据和起伏地形数据叠加等值线填充图的具体实现
• 4.8.3 模型剖分网格线的具体实现
• 4.8.4 地下场源范围框的具体实现
• 4.8.5 反演结果等值面图和平面切片图的具体实现
• 4.9 小结
• 第5章 重磁三维物性实时可视化反演软件系统关键设计
• 5.1 软件系统概述
• 5.2 界面和交互操作设计
• 5.2.1 反演开始前,参数配置
• 5.2.2 反演开始后,交互操作的设计
• 5.3 系统构架设计
• 5.3.1 系统模块
• 5.3.2 面向对象程序设计
• 5.4 多线程程序设计
• 5.4.1 线程开发工具的选择
• 5.4.2 线程设计方案
• 5.4.3 线程间通信方案
• 5.5 数据同步方案
• 5.5.1 反演结果实时交互可视化数据同步方案
• 5.5.2 反演算法参数实时交互调节数据同步方案
• 5.6 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介及在读期间发表论文情况