- Код статьи
- S0002333725010061-1
- DOI
- 10.31857/S0002333725010061
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том / Номер выпуска 1
- Страницы
- 88-102
- Аннотация
- В настоящее время нейронные сети успешно применяются для решения обратных и других задач геофизики. Цель данной работы, которая является продолжением серии работ авторов, состоит в повышении эффективности НС метода решения нелинейных обратных 3D-задач геоэлектрики на основе конструирования авторской нейронной сети сверточного типа. Сеть включает ряд дополнительных специальных преобразований (сжатие данных, подавление влияния неизвестной фоновой среды и др.), предшествующих обучению классической MLP-нейросети и адаптированных к решаемой обратной задаче. Это позволяет формализовано, исключая человеческий фактор, решать обратные задачи геоэлектрики большой размерности без задания первого приближения на основе данных, измеренных в областях, размеры которых превышают размеры области обучения сети. Скорость инверсии составляет первые десятки секунд и практически не зависит от физической размерности (2D или 3D) данных. Найденное с помощью обученной нейросети решение обратной задачи, при необходимости, может уточняться методом случайного поиска. Приводятся численные результаты решения 3D-задач геоэлектрики на модельных и полевых данных, подтверждающие заявленные параметры разработки.
- Ключевые слова
- МТЗ 3D-обратная задача геоэлектрика нейронные сети сверточные сети НС аппроксиматор уточнение нейросетевого решения
- Дата публикации
- 05.11.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 52
Библиография
- 1. Бердичевский М.Н., Дмитриев В.И. Модели и методы магнитотеллурики. М.: Научный мир. 2009. 680 с.
- 2. Гужва А.Г., Доленко С.А., Оборнев Е.А. и др. Использование адаптивных алгоритмов отбора существенных признаков при нейросетевом решении обратной задачи электроразведки // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2010. № 3. С. 46–54.
- 3. Дмитриев В.И. Обратные задачи геофизики. Монография. М.: МАКС Пресс. 2012. 340 с.
- 4. Жданов М.С. Теория обратных задач и регуляризации в геофизике. М.: Научный мир. 2007. 712 с.
- 5. Корженевский A.B. Использование искусственных нейронных сетей для решения обратных задач электроимпедансной и магнитоиндукционной томографии // Журнал радиоэлектроники. 2001. № 12. [Электронный ресурс http://jre.cplire.ru/jre/dec01/index_e.html]
- 6. Оборнев Е.А., Оборнев И.Е., Родионов Е.А., Шимелевич М.И. Применение нейронных сетей в нелинейных обратных задачах геофизики // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2020. Т. 60. № 6. С. 1053–1065. DOI: 10.31857/S0044466920060071
- 7. Оборнев Е.А., Шимелевич М.И., Доленко С.А., Шугай Ю.С. Классификация магнитотеллурических данных с использованием нейросетевого метода // Изв. высших учебных заведений. Геология и разведка. 2007. № 5. С. 60–68.
- 8. Ротштейн А.П., Митюшкин Ю.И. Идентификация нелинейных зависимостей нейронными сетями // Проблемы бионики. 1998. №49. С.168–174.
- 9. Сараев А.К., Антащук К.М., Никифоров А.Б., Прокофьев О.М., Романова Н.Е., Денисов Р.В. Возможности аудиомагнитотеллурических зондирований при решении структурных и поисковых задач в алмазоносных районах // Вопросы геофизики. 2010. Т. 443(43). С. 126–158.
- 10. Спичак В.В., Борисова В.П., Фрейнберг Э.Б. и др. Трехмерная электромагнитная томография эльбрусского вулканического центра по магнитотелургическим и спутниковым данным //Вулканология и сейсмология. 2007. № 1. С. 58–73.
- 11. Спичак В.В. Электромагнитная томография земных недр. М.: Научный мир. 2019. 374 с.
- 12. Спичак В.В. Трехмерная байесовская инверсия. Электромагнитные исследования земных недр / Спичак В.В. (ред.). М.: Научный мир. 2005. С. 91–109.
- 13. Спичак В.В., Попова И.В. Методология нейросетевой инверсии геофизических данных // Физика Земли. 2005. № 3. C. 71–85.
- 14. Спичак В.В., Попова И.В. Применение нейросетевого подхода для реконструкции параметров трехмерной геоэлектрической структуры // Физика Земли. 1998. № 1. С. 39–45.
- 15. Тихонов А.Н., Гласко В.Б., Дмитриев В.И. Математические методы в разведке полезных ископаемых. М.: изд-во “Знание”. Сер. Математика и кибернетика. 1983. № 12. 64 с.
- 16. Тихонов А.Н., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г. Численные методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1990. 232 с.
- 17. Тихонов А.Н., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука. 1979. 286 с.
- 18. Фельдман И.С., Окулесский Б.А., Сулейманов А.К. и др. Электроразведка методом МТЗ в комплексе региональных нефтегазопоисковых работ в европейской части России // Записки Горного института. 2008. Т. 176. С. 125–131.
- 19. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс, 2-е издание. Пер. с англ. М.: ООО “И.Д. Вильямс”. 2006. 1104 с.
- 20. Цымблер М.Л., Юртин А.А. Восстановление пропущенных значений временного ряда на основе совместного применения аналитических алгоритмов и нейронных сетей // Вычислительные методы и программирование. 2023. Т. 24. № 3. С. 243–259. DΟΙ:10.26089/NumMet.v24r318
- 21. Шарден Б., Массарон Л., Боскетти А. Крупномасштабное машинное обучение вместе с Python. М.: ДМК Пресс. 2018. 358 с.
- 22. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А., Оборнев И.Е., Родионов Е.А. Аппроксимационный нейросетевой метод решения многомерных нелинейных обратных задач геофизики // Физика Земли. 2017. № 4. С. 100–109.
- 23. Шимелевич М.И. Методы повышения устойчивости инверсии данных геоэлектрики на основе нейросетевого моделирования // Геофизика. 2013. № 4. С. 49–55.
- 24. Шимелевич М.И. О методе расчета модуля непрерывности обратного оператора и его модификаций с приложением к нелинейным задачам геоэлектрики // Вычислительные методы и программирование. 2020. Т. 21. Вып. 4. С. 350–372. DOI: 10.26089/NUMMET.V21R430
- 25. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А. Аппроксимационный метод решения обратной задачи МТЗ с использованием нейронных сетей // Физика Земли. 2009. № 12. С. 22–38.
- 26. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А. Аппроксимационный подход к решению обратной задачи геоэлектрики с использованием нейронных сетей. Тез. докл. Международная конференция “Обратные и некорректные задачи математической физики”. Новосибирск, Академгородок, 5–12 августа, 2012. С. 289.
- 27. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А. Нейросетевая инверсия МТ данных в классах параметризованных геоэлектрических разрезов // Физика Земли. 2007. № 3. С. 25–30.
- 28. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А. Применение метода нейронных сетей для аппроксимации обратных операторов в задачах электромагнитных зондирований // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 1999. № 2. С. 102–106.
- 29. Шимелевич М.И., Оборнев Е.А., Оборнев И.Е., Родионов Е.А. Алгоритм решения обратной задачи геоэлектрики на основе нейросетевой аппроксимации // Сибирский журнал вычислительной математики. 2018. Т. 21. № 4. С. 451–468. DOI: 10.15372/SJNM20180408
- 30. Шимелевич М.И., Родионов Е.А., Оборнев И.Е., Оборнев Е.А. Нейросетевая 3D инверсия полевых данных геоэлектрики с расчетом апостериорных оценок // Физика Земли. 2022. № 5. С. 3–13. DOI: 10.31857/S0002333722050246
- 31. Backus G. E. Bayesian inference in geomagnetism // Geophys. J. Int. 1988. V. 92(1). Р. 125–142.
- 32. Bengio Y. Learning Deep Architectures for AI // Foundations and Trends in Machine Learning. V. 2. Is. 1. P. 1–127. 2009. DOI:10.1561/2200000006
- 33. Cybenko G. Approximation by superpositions of a sigmoidal function // Math. Control Signals Syst. 1989. V. 2 (4). P. 303–314.
- 34. Hidalgo H., Gomez–Trevino E., Swiniarski R. Neural network approximation of an inverse functional. Proceedings of 1994 IEEE International Conference on Neural Networks (ICNN’94). 1994. V. 5. P. 3387–3392.
- 35. Obornev I.E., Shimelevich M.I., Obornev E.A., Dolenko S.A., Rodionov E.A. Method of focusing neural network approximators for solving a nonlinear inverse problem of geophysics. Conference Proceedings, 1st Regional Conference on Data Science in Oil and Gas 2020. P. 1–6. DOI: 10.3997/2214-4609.202054022
- 36. Poulton M., Glass C., Sternberg B. Recognizing EM ellipticity patterns with neural networks. 59th Ann. Internat. Mtg., Soc. Expl. Geophys. 1989. P. 208–212.
- 37. Poulton M., Sternberg B., Glass C. Neural network pattern recognition of subsurface EM images // Journal of Applied Geophysics. 1992. V. 29. Is. 1. P. 21–36.
- 38. Poulton М.М. Neural networks as an intelligence amplification tool: A review of applications // Geophysics. 2002. V. 67. Is. 3. Р. 979–993. DOI: 10.1190/1.1484539
- 39. Raiche A. A pattern recognition approach to geophysical inversion using neural nets // Geophysics J. Int. 1991. V. 105. Is. 3. Р. 629–648.
- 40. Shimelevich M., Obornev E. The method of neuron network in inverse problems MTZ. Abstracts of the 14-th workshop on Electromagnetic Induction in the Earth, Sinaia. Romania, 1998. P. 159.
- 41. Ziming Liu, Yixuan Wang, Sachin Vaidya, Fabian Ruehle, James Halverson, Marin Soljačić, Thomas Y. Hou, Max Tegmark. KAN: Kolmogorov-Arnold Networks. arXiv. 2024.DOI: 10.48550/arXiv.2404.19756
- 42. Spichak V., Popova I.V. Artificial neural network inversion of MT-data in terms of 3D earth macro-parameters // Geoph. J. Int. 2000. V. 142. P. 15-26.
- 43. Spichak V.V. Computational Geo-Electromagnetics: Methods, Models and Forecasts. Cambridge, MA, USA: Elsevier. 2020. 462 p.