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专利号: 2020103488421
申请人: 长江大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种联合U‑Net和Temporal Ensembling的信号初至拾取方法,其特征在于,所述方法包括:S1、获取原始微地震信号数据并进行预处理,得到微地震信号数据集;

S2、根据微地震信号数据集的部分数据制作有标签数据集,其余为无标签数据集;

S3、对所述有标签数据集和无标签数据集进行数据扩增,将扩增后的有标签数据集和无标签数据集添加随机噪声并投入U‑Net网络进行训练;

S4、对U‑Net网络添加丢弃正则化防止训练过拟合,计算交叉熵损失和均方差损失的加权损失;

S5、根据所述加权损失结合Temporal Ensembling模型进行半监督训练,得到训练好的联合U‑Net和Temporal Ensembling的微地震有效信号检测模型;

S6、获取待测信号,根据所述联合U‑Net和Temporal Ensembling的微地震有效信号检测模型进行有效信号初至拾取;

所述步骤S4中,所述加权损失函数为:

其中,crossentropy(z,y)为交叉熵损失函数:

为均方差损失函数:

上述公式中,i为样本编号,zi为当前输出的预测值, 为目标值,yi为有标签样本的真实值,B为随机选取的小批量样本集,L为有标签数据集,C是类的数量,ω(t)是随时间t变化的无监督权重上升函数;

所述步骤S5中,所述根据所述加权损失结合Temporal Ensembling模型进行半监督训练具体为:记Zi为预测值zi的历史累积加权值,Zi的更新方式为Zi←αZi+(1‑α)zi,目标值其中α为加权参数,0≤α<1;

t=0时,Zi、的初始值均为0,ω(t)=0,此时不更新模型训练参数,进行有监督训练;

迭代的过程中将上一次的目标值 作为当前输入,进行无监督训练,采用梯度下降法,通过计算所述加权损失函数的梯度,沿着梯度下降不断调节模型训练参数重新进行训练计算,直到模型收敛。

2.根据权利要求1所述联合U‑Net和Temporal Ensembling的信号初至拾取方法,其特征在于,所述步骤S1具体包括:用matlab画出原始微地震信号数据的剖面图并标记信号的采样点,提取出有效信号道、剔除无效道,通过低通或高通滤波实现信号和噪音的分离;使用S变换对微地震信号进行时频分析,得到微地震信号数据集;所述S变换的公式为:其中 为高斯窗函数,t代表时间,f代表频率。

3.根据权利要求1所述联合U‑Net和Temporal Ensembling的信号初至拾取方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述对所述有标签数据集和无标签数据集进行数据扩增具体为:将输入的一维信号进行数据扩充,通过添零补齐的方式转化为二维信号,然后使用弹性变换算法增强信号样本。

4.根据权利要求1所述联合U‑Net和Temporal Ensembling的信号初至拾取方法,其特征在于,所述梯度下降法公式为:公式中θ是迭代训练参数,y是函数输出量,h(θ)是求出的拟合函数,j是参数个数,θ′是沿θ梯度负方向更新的得到的训练参数。

5.一种联合U‑Net和Temporal Ensembling的信号初至拾取装置,其特征在于,所述装置包括:预处理模块:获取原始微地震信号数据并进行预处理,得到微地震信号数据集;数据标记模块:根据微地震信号数据集的部分数据制作有标签数据集,其余为无标签数据集;

模型训练模块:对所述有标签数据集和无标签数据集进行数据扩增,将扩增后的有标签数据集和无标签数据集添加随机噪声并投入U‑Net网络进行训练;对U‑Net网络添加丢弃正则化防止训练过拟合,计算交叉熵损失和均方差损失的加权损失;根据所述加权损失结合Temporal  Ensembling模型进行半监督训练,得到训练好的联合U‑Net和TemporalEnsembling的微地震有效信号检测模型;

初至拾取模块:获取待测信号,根据所述联合U‑Net和Temporal Ensembling的微地震有效信号检测模型进行有效信号初至拾取;

所述模型训练模块中,所述加权损失函数为:

其中,crossentropy(z,y)为交叉熵损失函数:

为均方差损失函数:

上述公式中,i为样本编号,zi为当前输出的预测值, 为目标值,yi为有标签样本的真实值,B为随机选取的小批量样本集,L为有标签数据集,C是类的数量,ω(t)是随时间t变化的无监督权重上升函数;

所述模型训练模块中,根据所述加权损失结合TemporalEnsembling模型进行半监督训练:记Zi为预测值zi的历史累积加权值,Zi的更新方式为Zi←αZi+(1‑α)zi,目标值其中α为加权参数,0≤α<1;

t=0时,Zi、 的初始值均为0,ω(t)=0,此时不更新模型训练参数,进行有监督训练;

迭代的过程中将上一次的目标值 作为当前输入,进行无监督训练,采用梯度下降法,通过计算所述加权损失函数的梯度,沿着梯度下降不断调节模型训练参数重新进行训练计算,直到模型收敛。