1.一种直流下土壤电参量状态反演方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步:搭建直流下土壤电参量测量试验平台,包括第一滑块(1),电极卡扣一(2),细柱状电极一(3),第二滑块(4),电极卡扣二(5),细柱状电极二(6),第三滑块(7),电极卡扣三(8),细柱状电极三(9),第四滑块(10),电极卡扣四(11),细柱状电极四(12),直流电流发生装置(20),电压信号采集记录装置(21),导线一(16),导线二(17),导线三(18),导线四(19),绝缘外壳(23),把手一(14),把手二(15),水平绝缘扁杆(13),中心轴线(22);
所述直流电流发生装置(20)分别与导线一(16)的输入端和导线四(19)的输入端连接,电压信号采集记录装置(21)分别与导线二(17)的输入端和导线三(18)的输入端连接,中心轴线(22)为该平台的垂直中轴线;导线一(16)的输出端嵌入第一滑块(1)与细柱状电极一(3)的输入端相连,电极卡扣一(2)与细柱状电极一(3)的输入端相连,细柱状电极一(3)可在第一滑块(1)中垂直上下移动;导线二(17)的输出端嵌入第二滑块(4)与细柱状电极二(6)的输入端相连,电极卡扣二(5)与细柱状电极二(6)的输入端相连,细柱状电极二(6)可在第二滑块(4)中垂直上下移动;导线三(18)的输出端嵌入第三滑块(7)与细柱状电极三(9)的输入端相连,电极卡扣三(8)与细柱状电极三(9)的输入端相连,细柱状电极三(9)可在第三滑块(7)中垂直上下移动;导线四(19)的输出端嵌入第四滑块(10)与细柱状电极四(12)的输入端相连,电极卡扣四(11)与细柱状电极四(12)的输入端相连,细柱状电极四(12)可在第四滑块(10)中垂直上下移动;第一滑块(1)、第二滑块(4)、第三滑块(7)、第四滑块(10)均套在水平绝缘扁杆(13)上,第一滑块(1)、第二滑块(4)、第三滑块(7)、第四滑块(10)可在水平绝缘扁杆(13)上灵活的水平左右移动,水平绝缘扁杆(13)左右两端部分别装有把手一(14)和把手二(15);
第二步:找到目标土地,将目标土地进行测线划分,后进行视在土壤电参量的测量,首先将目标大地用正方形加正方形对边中点连线的方式进行划分,共需六条测线,划分的测线分别为测线一(51)、测线二(52)、测线三(53)、测线四(54)、测线五(55)、测线六(56),测线三(53)、测线四(54)、测线五(55)、测线六(56)分别构成正方形大地的四条边测线,测线一(51)、测线二(52)分别由正方形大地的两两对边中点连线构成,每条测线下,四个细柱状电极之间的距离两两相等,且细柱状电极一(3)与细柱状电极四(12)关于中心轴线(22)对称,且细柱状电极二(6)与细柱状电极三(9)关于中心轴线(22)对称,滑动第一滑块(1)、第二滑块(4)、第三滑块(7)、第四滑块(10),使探针铜电极之间的距离均为l,测试时先选好目标测线,然后通过调节电极卡扣一(2)、电极卡扣二(5)、电极卡扣三(8)、电极卡扣四(11)使对应的四个细柱状电极插入待测测线下的土地,直流电流发生装置(20)发出直流电流信号I,电压信号采集记录装置(21)采集记录得到电压信号V,则在测线g中的不同电极跨度下,可测量得到探针铜电极之间的距离均为a下的等值视在电参数ρg1,将电极跨度离变为2a、
3a,所得等值视在电参数为ρg2、ρg3,且不同测线下的电极跨度均设置为a、2a、3a;
第三步:建立适应度函数,
其中:αi、βi分别为第i阶的下的复镜像系数,Z为测线总个数,B为每条测线下的测量总次数,agc为第g条测线中第c次测量下的电极跨度,ρgc为第g条测线中第c次测量下的土壤视在电参量的实际测量值,ρ1,ρ2,…,ρn为水平分层土壤下的1~n层土壤电阻率的概念解,h1,h2,…,hn为水平分层土壤下的1~n层土壤厚度的概念解;通过布谷鸟搜索机制得到使测线上的大地视在电参量理论值逼近大地视在电参量测量值时的大地电参数结构,可以获得各层土壤电参量的最优闭式解,优化方式为xi,d为第d次迭代第i个土壤电参量解、xi,d+1为第d+1次迭代第i个土壤电参量解;r、ε是
0-1之间的随机数,xl,d、xj,d是第d次迭代的任意两组解,P为发现概率;
第四步:评估目标土壤电参量结构,通过土壤电参量测量值随电极跨度变化曲线,首先均质土壤电参量结构评价因子Eh;
最终得到大地土壤电参量结构协同评判因子E:
其中,Q为变换不同电极跨度的总测量次数,Fmin(ρ1,h1,ρ2,h2,…,ρn,hn)为适应度函数最小值,总测线个数Z=6;每条测线测量次数B=3;
当E∈(-∞,-0.3)∪(0.3,+∞)时,表征目标大地的土壤电参量结构为包含有特殊岩石块体或垂直裂缝存在的垂直分层土壤电参量结构;当E∈[-0.3,0.3]时,满足水平分层模型结构,可获得相应的大地土壤电参量结构闭式解;对于E∈[-0.3,0)时,表征目标大地的土壤电参量结构为水平三层土壤结构;对于E=0时,表征目标大地的土壤电参量结构为单质均匀土壤结构;对于E∈(0,0.3]时,表征目标大地的土壤电参量结构为水平二层土壤结构;
第五步:不同目标场地下的土壤电参量状态反演,根据目标大地土壤情况设置不同测线长度,并重复第二步和第三步,即可进行不同目标大地环境下的土壤电参量状态反演。