Xây dựng chương trình phân tích một số dị thường trọng lực bằng mạng perceptron trong môi trường matlab

ABTRACT The study called "Building an analytic program of gravity anomalies by Perceptron network in Matlab" was developed in order to research on Perceptron network and Matlab software

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG

H NG N TR – THI T

NG CHƯ NG TR NH H N T CH

T THƯỜNG TRỌNG C NG ẠNG RC TR N TR NG I

TRƯỜNG AT A

Th NG N H NG H I

AN GIANG TH NG 8 NĂ 2014

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG

H NG N TR – THI T

NG CHƯ NG TR NH H N T CH

T THƯỜNG TRỌNG C NG ẠNG RC TR N TR NG I

TRƯỜNG AT A

Th NG N H NG H I

AN GIANG TH NG 8 NĂ 2014

Th

Ch t h H i g

ỜI C TẠ

T , m G m ệ

G , Lã đ P Q H , ã đ

P Q – T đã m, đ đ m đ

T m Giám ệ K T TP.HCM, ầ K Vậ - Vậ Kỹ ậ đã ệ ú đỡ

đ ệ đ

C PGS.TS V

L ệ đã ậ , , ú đỡ đ

T ệ đ , ậ đ , ú đỡ ệ ệ ậ Q K T ệm – T , ầ m Vậ – K S m T m

đồ , đ ; đồ đ , ậ Qua k ểm m :

đ đ ù m N , p m Bouguer m ù ồ C L : C ; T m N ; T M ;

L ; C M ù đ đ ệm, , ể ụ m ừ

ABTRACT

The study called "Building an analytic program of gravity anomalies by Perceptron network in Matlab" was developed in order to research on Perceptron network and Matlab software; then, to develop a program which can define the crystal basement beneath the deposits by the values of gravity anomalies measured

on the ground without the density sign of the deposits

The analytic program with a user-friendly interface can refine the network by comparing the observed anomalies with the calculated anomalies, and then proceed

f ‟ , error and the computation time of program Besides, it can display graphs of observed gravity anomalies, calculated gravity anomalies and graphs of depth, shape and size of a foreign body Through the trial of the model program: the result was consistent with the model In addition, the analytic results of 5 negative Bouguer anomalies in the Mekong Delta including Chau Doc, Tam Nong, Thap Muoi, Bac Lieu and Ca Mau were consistent with the experimental measurements, exploitable and applicable in magnetic and gravity survey

ỜI CA T

T m đ đ C ệ N ậ m

a đ

i g g y 20 h g 8 ăm 2 14

Ng i th hi

ThS Ngu H g H i

C C

LƠ I C TẠ ii

T T T III LỜI CA T IV C C V ANH CH NG VIII ANH CH H NH IX ANH C C C CH I T T T XII CHƯ NG 1 : GI I THI 1

1.1 T NH C N THI T C T I 1

1.2 M C TI U NGHI N C U 1

1.3 I T NG V PH M VI NGHI N C U 2

1.4 PH ƠNG PH P NGHI N C U 2

1.5 N I UNG NGHI N C U 2

1.6 NH NG NG G P C T I 2

CHƯ NG 2 T NG AN THĂ TRỌNG C 3

2.1 C C NGUY N L CƠ N TRONG TH M TR NG L C 3

2.1.1 C s đ 3

2.1.2 Mậ đ đ đ 5

2.1.3 ệ c 7

2.2 C C PH ƠNG PH P PH N T CH NH L NG 10

2.2.1 Ph 10

2.2.2 Ph ù đổ F 12

2.2.3 Ph ệ 15

2.2.4 Ph 18

2.2.5 Ph đ 21

2.2.6 Ph ng pháp Compact 24

2.3 K T LU N 28

CHƯ NG 3 : S LƯ C ẠNG N RA C C H NH TH NG NG TR NG ATLAB 29

3.1 NEUR L SINH H C 29

3.1.1 M 29

3.1.2 C , ổ đ ã 30

3.2 M NG NEUR L NH N T O 31

3.2.1 Tổ ú 31

3.2.2 C m 34

3.3 M NG PERCEPTRON 35

3.3.1 L ậ 36

3.3.2 L ậ (LMS, L M S ): 37

3.4 C C NG FILE, H M V C U TR C TH NG NG TRONG MATLAB 38

3.4.1 C f ụ M 38

3.4.2 C ệ ụ đồ M 40

3.4.3 C m ệ 40

3.4.4 C ú ệ đ ệ 41

3.4.5 C ú 42

3.5 L P TRÌNH GUI TRONG M TL 43

3.5.1 M ch 43

3.5.2 Các ụ ổ GUI 44

3.5.3 T đổ đ ể 45

3.5.4 V ệ ng trình 45

3.6 K T LU N 46

CHƯ NG 4 : XÂY D NG PHƯ NG H CHƯ NG TR NH

NG ẠNG RC TR N GI I I T N NGƯ C TRỌNG C 47

4.1 PH ƠNG PHÁP TÍNH 47

4.1.1 Bài toán 47

4.1.2 T m ậ ng pháp Compact 47

4.1.3 T ậ để 48

4.2 X Y NG CH ƠNG TRÌNH 53

4.2.1 S đồ ng trình 53

4.2.2 Ch ậ 53

4.2.3 G ệ ng trình 54

4.3 TÍNH TOÁN TRÊN MÔ HÌNH 61

4.3.1 Mô hình I - ậ ậ 61

4.3.2 Mô hình II - ậ ậ ệ 62

4.3.3 Mô hình III - ậ ậ 63

4.4 K T LU N 64

CHƯ NG 5 NG H N T CH C C THƯỜNG TRỌNG L C BOUGUER ÂM Đ NG NG NG C U LONG 65

5.1 LIỆU 65

5.1.1 đồ ệ 65

5.2.2 H ệ mậ đ ù 66

5.3 K T QU PH N T CH M T S TH ỜNG TR NG L C 67

5.3.1 C ( G ) 67

5.3.2 T m N ( ồ T ) 69

4.3.3 T M ( ồ T ) 71

5.3.4 L 73

5.3.5 C M 75

5.3.6 T ậ 77

5.4 K T LU N 78

CHƯ NG 6 T N 79

T I I THA H 80

C C C NG TR NH H A HỌC C LIÊN QUAN 81

DANH CH NG

g 3 1: S m ệ m ã 30

g 3 2: S ú 31

g 5 1: H ệ mậ đ ồ C u Long 67

g 5 2: m ậ

77

g 5 3: đ m m m ù đồ

C L 78

DANH CH H NH

h 2 1: T ầ 3

h 2 2: Ph đ ểm đ , ụ đ đ ểm ½ đ 10

h 2 3: Ph 11

h 2 4: Ph S G đ

khác nhau 14

h 2 5: N ồ đ ụ 15

h 2 6: Ba b đ ệ 18

h 2 7: X ậ ể m đ N 19

h 3 1: M 29

h 3 2: L ã 30

h 3 3: M m 31

h 3 4: M ú 31

h 3 5: ồ m 32

h 3 6: ồ m ã 33

h 3 7: ồ m X -ma 34

h 3 8: ồ m 34

h 3 9: C ú m m 35

h 3 1 : M 36

h 3 11: G ệ đ ậ GUI 43

h 3 12: C ụ ổ GUI 44

h 3 13: G ệ đổ đ ể 45

h 3 14: M m 46

h 4 1: M 2 ồm ậ ệ mậ đ 48

h 4 2: M m ậ j m đ ểm 48

h 4 3: C m để 50

h 4 4: S đồ m

53

h 4 5: G ệ m

Perceptron 54

h 4 6: G m I 61

h 4 7: Mô hình I 61

h 4 8: C ệ mậ đ ầ đầ m I 62

h 4 9: C ệ mậ đ ầ m I 62

h 4 1 : G th m II 62

h 4 11: Mô hình II 62

h 4.12: C ệ mậ đ ầ đầ m II 63

h 4 13: C ệ mậ đ ầ m m II 63

h 4 14: G m III 63

h 4 15: Mô hình III 63

h 4 16: C ệ mậ đ ầ đầ m III 64

h 4 17: C ệ mậ đ ầ m m III 64

h 5 1: đồ c Bouguer N m 66

h 5 2: m C 67

h 5 3: K m C 68

h 5 4: ồ ể đ đ - đồ đ m C 68

h 5 5: K C ậ

69

h 5 6: T m N ( ồ T ) 69

h 5 7: K T m N ( ồ T ) 70

h 5 8: ồ ể đ đ - đồ đ T m N ( ồ T ) 70

h 5 9: K T m N ậ

71

h 5 1 : T M ( ồ T ) 71

h 5 11: K T M ( ồ T ) 72

h 5 12: ồ ể đ đ - đồ đ T M ( ồ T ) 72

h 5 13: K T M ậ

73

h 5 14: ng Bo L 73

h 5 15: K L 74

h 5 16: ồ ể đ đ - đồ đ L 74

h 5 17: K L ậ

75

h 5 18: C M 75

h 5 19: K C M 76

h 5 2 : ồ ể đ đ - đồ đ C M 76

h 5 21: K C M ậ

77

GUI Graphic User Interface

LMS Leat Mean Square

MATLAB Matrix Laboratory

MIMO Many Input Many Output

CHƯ NG 1 : GI I THI 1.1 T NH C N THI T C A Đ T I

T m Vậ đ m , ệ

ù

C neural đ

m : ụ , , ể m N ,

ụ ụ Vậ ậ m P – m

ậ m ụ – để ;

đ đ ụ

- đ : đ m ,

C m m , ậ

m P ( ) ể ụ

Vậ , Vậ ỹ ậ , Vậ , , Kỹ ậ m

- ể ã : m ệ

ù đ , ệ , ệ

ệ m

CHƯ NG 2 : T NG AN THĂ TRỌNG C

T m m Vậ đ

m , ệ

m đ C m

m m m ụ

đ ( ), m ụ

đổ đồ đ mậ đ đ đ đ (

)

T m đ ụ ã đ

, m m m đ T m m m , đ

, m, để đ

ú T m , ệ đ đ đ ệ ệ ầ ụ T đ , Bouguer đ

ụ để đ m m ể đ đ m ầ đ

V ệ đ , , , ậ

đ ệ đ

mụ đ

H ệ , ; mỗ ậ đ T ầ ,

m m đ ụ : ;

ù đổ F ; ệ ;

; đ

m đ

2.1 C C NG N C N TR NG THĂ TRỌNG C 2.1.1 C s thu t v tr g tr g tr i t 2.1.1.1

T mỗ đ ểm m đ , ổ :

Newton đ m ệ đ

ụ

⃗ ⃗

2.1 Tr ng l c và các thành phần c a nó

T đ ậ Newton, m ậ m đ

M m m R ( đ ) ẽ ú m :

* h p dẫ Newton t dụ g ê m t v hối ợ g t i iểm h sát:

∫ ∫

∫ ∫

∫ ∫

2.1.1.3

V ệ ẽ ễ đ

ệm m U Từ ể (2.7) ể ầ đ m đ , , z m : ∫

T ậ ậ : ∫ ( ) ∫

T , m đ :

H m U đ m đ

ầ V ầ đ đ

C đ m m đ ểm P m ẳ đ z:

∫

∫

V m ể V mậ đ

N ậ ể , ừ đ , ( ,z)

ể ệ S ậ ể :

∫ ∬

[ ]

C ụ m ẳ m , mậ đ đồ :

2.1.2 t t

2.1.2.1 ữ k i iệ ơ bả về í vậ ý

Mậ đ đ đ m ể

chúng:

v , m m ồm

ỗ

N : V ể

m ồm ể (Vr) ể ỗ m (Vh):

Mậ đ ậ : ể :

ỗ : ể ỗ Vh ể m V:

ẩm : N ỗ ể Vl đ ẩm m :

T đ , mậ đ m đ :

- m :

- m ẩm:

v , mậ đ

T ậ ệ đ ệ và 30% T m , ệ đ mậ đ đ đ

ú N mậ đ đ đ m m đ mậ đ (2.16), m đã mậ đ đ (2.20) 2.1.2.2 ữ yêu ầu ối với ươ iê ứu ậ ộ

T m , m đ mậ đ đ đ

đ ẩm, đ ỗ ẵ ể đ m đ ậ đ đ ểm mậ đ , đ ệ m m ( 50 m ) T đ mậ đ m ù m ệ ầm

đ đ đ ể ễ ụ a giá tr m mậ đ đ C đ đ đ ệ mậ đ đ đ đã

M đ ệ đ N ệ

m để , m đ ầ

(m ) ệ ệ đ

Mỗ đ đ đ đ mậ đ ừ ụ m đ

ù , ù m m ầ ú m đ

N m m đ đ đ đ đ đ mậ đ , đ ể đ m m

m m ệ

2.1.2.3 S iê ệ iữ ậ ộ với y u ố ị – vậ ý k

nhau Mậ đ đ đ đ ệ đầ đ ệ

đ N đ đ ểm đ đ , đ mậ đ ,

ể ệ m đ đ

ệ đ đ , đ ệ ồ C

đ , ể đ đ , ể đ

C đ mậ đ : ầ đ đ , đ ổ m đ ỗ ổ đ C đ (m m , ) đ ổ mậ đ ú

ụ ầ ậ ẹ ( , f , f ,…)

ậ ( , m , mf , , ,…) ú đ C đ đ ừ đ m m ầm Tù

ầ m đ ụ ( ệ đ , , m đ ầ ậ ) m mậ đ đ đ Q , mậ đ ể m đ C đ ầm đ ổ ( ừ ) mậ đ

ậ ú V ậ m mậ đ đ ,

m đ ụ đ ổ ầm ú 2.1.3 Đ tr g v hi u h h tr g

2.1.3.1 P ươ v

đ ệ đ

ù đ đ V ệ m đ

m đ , đ ệ S ệ đ , đ đ ểm đ

đồ đ đ

m

P ú đ ,

đ đổ đ N ụ

m m , ầ ,…

ể đ ể ụ đ ,

t ậ , ậ ể

C đ đ đ đ đ ĩ đ ể đ ậ

, đ ĩ đ đ ồ

c iệu chỉ h kho g kh g do (F ee-air correction):

H ệ ệ F ệ

đ , ệ ầ để đ đ đ đ ểm , đ H m đ ( H) m đ ,

[ ( )

đã đ ệ Faye, Bouguer, đ ĩ đ Bouguer

N m Bouguer đ

m m đ V ậ , m Bouguer

2.2 C C HƯ NG H H N T CH Đ NH Ư NG

2.2.1 h g ph p th g

2.2.1.1 h g ph p iểm ặ tr g

T để , đ ểm đ ( ù đ , ể , đ ểm ,…để ) ể đ , ậ m ầ đú ừ

z = 1,6 ậ ể đ

P m đ

ồ

2.2.2 h g ph p dù g i ổi F urier

Có hiều hư g h sử dụ g hé biế đổi Fou ie để h ch đ h

ượ g i iệu ừ v g c; o g đó h i hư g h h g dụ g hư g pháp Parker-O de bou g v hư g h hố g kê củ S ec o v

   

2 2

ˆ '

!

h

k z n

h

n

n n

2

h

z ù + C đầ '

ˆ

1 10

!

h

k z k

h

n

k n

ù để đ đ đ đ ậ ể ừ ; đ

ệ đ ụ ã đ ụ

H h 2 4: P ng kê c a Spector và Grant v i ba d ng đ sâu



 



Trong quá trình phân , H đã m ệ

2( , )

đ ừ (2.59) và (2.60):

( , )2

( , )

A x y d

để ệ m m Q ồm : m ,

ệ m ; m

đ

S đồ đ 2.6

H h 2.6: c c n gi đ ệu tr ng l c

ể đ , ú ể đ ểm đ m

mậ đ L ú ẳ đ đ ểm P :

U z 'dx 'dz ' g(P) 2k

n 1 z N

N

n n 1 n 2

gt

2 k



Hình 2.9: M t c t ngang mô hình c a bồn trầm tích s dụ a

Bott

đ ầ :

- 1: T , g(k )j đ mỗ đ ểm ( N ậ ) đ đ ừ

Mỗ ậ m j đ j ( j = 1, 2,…., N)

T , đ đầ ồ ầm (

ậ ) đ đ mỗ ậ m m T , :

) k ( j

j )

k ( j

) 1 k ( j

g

gt

T ụ : , ệ ẽ đ ệ m

đ mỗ

H J , R C., Moring, B.C., 1990(Blakely, 1995) T ồ ầm

d

b gg

1 (

arctan( / 2) / ( / 2) arctan( / 2) / ( / 2) arctan( / 2) / ( / 2) arctan( / 2) / ( / 2)

2.2.6.2 Ngu ê tắ ph g ph p Compact

T Compact,

m :

T (2.82), m ậ ij (2.79) đ ệ ậ đ ểm V

ệ mậ đ , G C ệ mậ đ đầ đ V

m

V V V V

n

G G G G