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

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 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 NĂ 2014 NG CHƯ NG TR NH H N T CH T THƯỜNG TRỌNG C NG ẠNG RC TR N TR NG I TRƯỜNG AT A – mã đ : 13.01-TB, Ngu H g H i, h g u tr – Thi t ệ T đ H i g h h v Đ t Tr g Đ i h A Giang thông qua g 11 th g 09 ăm 2014 Th h i h Ch t h H i g i ỜI C T G P , Lã đ –T , Q T TP.HCM, đ , ú đỡ, V đ M đ ậ , m m, ù m đ T ú đỡ PGS.TS đ V ậ đ K T , đ ệm – T m , , đ , , ã K ệ ậ ệ đ , ậ Q S m T ệ –K đồ m ú đỡ, m C Vậ Kỹ ú đỡ ệ ầ , mđ đ Giám ệ Vậ - Vậ , ệ ệ H m, đ , T ú đỡ G m Q K ệ đ C L ệ ậ , m P m ầ TẠ ậ đ ầ đầ để ệ m ể ầ ệ đ ể đ m , V i g g y 20 h Ng i th ThS Ngu ii g ăm 14 hi H gH i T C m m m mụ đ , ầm , đ ầm C ệ m đ , đồ , đ đ ù Bouguer m ù L ;C M , ể T T tên đ “X P m m Perceptron đ m m đ m đ M ầ m mM m ”đ ; ệ mậ ệ phân tích ệ : ệ ụ ; có , ệ mậ đ , ; m , ậ Qua k ểm N , C L :C ù đ đ ụ m đ , đ ; đồ m p m ;T mN ;T ệm, ể đ : M ; 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 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 iii ỜI CA T m đ T đ C ậ m N a đ i g g y 20 h Ng i th ThS Ngu iv g ăm 14 hi H gH i ệ C LƠI C T C TẠ ii T T III LỜI CA T .IV C C V ANH CH ANH CH H NH .IX ANH NG VIII C C C CH I T T T XII CHƯ NG : GI I THI 1.1 T NH C N THI T C T I 1.2 M C TI U NGHI N C U 1.3 IT NG V PH M VI NGHI N C U 1.4 PH ƠNG PH P NGHI N C U 1.5 N I UNG NGHI N C U 1.6 NH NG NG G P C T NG CHƯ NG T I AN THĂ 2.1 C C NGUY N L CƠ TRỌNG N TRONG TH M C TR NG L C đ 2.1.1 C s 2.1.2 Mậ đ đ đ ệ 2.1.3 c 2.2 C C PH ƠNG PH P PH N T CH 2.2.1 Ph 2.2.2 Ph 2.2.3 Ph 2.2.4 Ph 2.2.5 Ph 2.2.6 Ph NH L NG 10 10 ù đổ F ệ 12 15 18 đ 21 ng pháp Compact 24 2.3 K T LU N 28 CHƯ NG : S TH NG LƯ C NG TR NG ẠNG N RA C CH NH ATLAB 29 3.1 NEUR L SINH H C 29 v 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 3.2.2 C 3.3 ú 31 m 34 M NG PERCEPTRON 35 3.3.1 L ậ 36 3.3.2 L ậ (LMS, L 3.4 C C NG FILE, H M V C U TR C TH NG M S ): 37 NG TRONG MATLAB 38 3.4.1 C f 3.4.2 C 3.4.3 C m 3.4.4 C ú 3.4.5 C ú ụ ệ M ụ đồ ệ ệ 38 M 40 40 đ ệ 41 42 3.5 L P TRÌNH GUI TRONG M TL 3.5.1 M ch 3.5.2 Các 3.5.3 T đổ 3.5.4 V ệ 43 43 ụ ổ GUI 44 đ ể 45 ng trình 45 3.6 K T LU N 46 CHƯ NG : XÂY D NG PHƯ NG H NG ẠNG RC TR N GI I IT CHƯ NG TR NH 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 4.2 X Y để NG CH ƠNG TRÌNH 53 4.2.1 S đồ ng trình 53 ậ 4.2.2 Ch 4.2.3 G 48 ệ 53 ng trình 54 vi 4.3 TÍNH TỐN TRÊN MƠ HÌNH 61 ậ 4.3.1 Mơ hình I - ậ 61 ậ 4.3.2 Mơ hình II - ậ ậ 4.3.3 Mơ hình III - ệ ậ 62 63 4.4 K T LU N 64 NG CHƯ NG Đ NG L C BOUGUER ÂM 5.1 5.1.1 H N T CH C C NG THƯỜNG TRỌNG NG C U LONG 65 LIỆU 65 đồ ệ 5.2.2 H ệ mậ đ ù 65 66 5.3 K T QU PH N T CH M T S TH ỜNG TR NG L C 67 5.3.1 C ( 5.3.2 T mN ( T ) 69 4.3.3 T ( T ) 71 M G ) 67 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 T I I THA T N 79 H C C C NG TR NH 80 H A HỌC C vii LIÊN QUAN 81 DANH g 1: S g 2: S m ệ CH NG m ã ú 30 31 g 1: H ệ mậ đ C u Long 67 g 2: m ậ 77 C g 3: đ m m m ù đồ L 78 viii g 1: H ệ mậ đ C L ( L đ V L ệ , 1995) Tê vù g Δρ (kg/m3) Long Xuyên -650 Cầ T -400 C -270 Long Vậ ệ mậ đ : Δρ= -455(kg/m3) = -0,455 (g/cm3) 53 T H N T CH T 531 ầ th g , ù đồ T THƯỜNG TRỌNG ụ uguer Châu Đố (An Giang): ụ T ệ – 11 39,6-5 33 (UTM) 26mGal T m 33 Δ , N m T đ 35 m, 40 m, H h 2: : 33 , K m : - ể m ù mC đ ểm đ 30 ), mỗ đầ 30 0, m m đ ểm ụ ẳ C m đ ểm đ m; ỡ để mụ 5.2.1 o M ậ ( C C o C : m, đ để -0,32 g/cm3 đ 67 m m, ậ : 0,1 m; 0,001; H 5.3 ồm 33 30 = 990 0,1 m đ 0,01; H h 3: K T ầ đồ , H h 4: mC (H 5.4): đ m m ể đ đ (m mC đ ) đồ : H ệ mậ đ m đ Δρ = -0,43408 g/cm3, ầ ù Δρ = -0,455 g/cm3, ệ ể ể ệ ệ mậ đ đ ù C , E = 2,2951.10-6, ệ = 5,913 s m m T đ 0,4 m ầ đ đ đ 1,5 m N m để đ đ 0,5 m, đ ù m K 68 -5 -10 delta g (mgal) Độ sâu (Km) -0.5 -1 -1.5 -15 -20 -25 -2 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 -30 45 )đ 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 45 ) H h 5:K C tính b ng thuật gi i di truy n K ậ ( m 5.5) ( ù T N ầ ; , ệ = 31 s m ( đ ầ m mM 7.10 (R2010 ), ệ đ W w m P Intel(R) Core(TM) i3-3227U CPU @ 1.90GHz; RAM 4.00GB) ể E = 0,03 , 2014) 532 th g uguer T m N g (Đ H h 6: g Th p T mN T mN ụ ù – Tây T đ m 20 m, 20 m, T m M ậ ( 33 Δ , ẳ : 33 , đ ểm đ 30 ), mỗ ( T ể m m, ) ,m : 11 82-5 65,2 (UTM) -15mGal o đ ểm ụ m, 69 : o m ù ồm 33 0,1 m 30 = 990 C m đ ểm đ m; ỡ đầ : đ để -0,32 g/cm3 K đ ậ : 0,1 m; 0,001; H 5.7 H h 7: K T T mN ầ đồ ( , H h 8: 5.8): đ m m ể K : H ệ mậ đ E = 2,8597.10-6, m m đ đ T mN mđ T (m đ ( T đồ ( T ) đ ) đ ) Δρ = -0,40691 g/cm3, ệ = 6,412 s đ 0,3 m ầ đ đ 70 0,01; đ m để đ đ ù 0,5 m, đ 0,7 km K ậ ( m 5.9)( ù T N 2014) ầ ; , ệ = 23 m ( đ ầ m mM 7.10 (R2010 ), ệ đ W w m P I (R) C (TM) 3-3227U CPU 1.90GHz; R M 4.00G ) ể E = 0,02 : -4 -6 delta g (mgal) -0.2 §é s©u (Km) , -0.4 -0.6 -0.8 -8 -10 -12 -14 -1 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 -16 45 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 45 ) )đ H h 9: K Tam Nơng tính b ng thuật gi i di truy n 433 th g uguer Th p T i (Đ M g Th p ụ T ệ – N m T đ 25 m, 40 m, 11o41,7-5o68,2 (UTM) -17mGal T m 31 Δ , ẳ H h 10: đ ểm ụ T 71 m m M m ù ( T 200, : ể ) M ậ ( : 31 , C m đ ểm đ m; ỡ đ ểm đ 30 ), mỗ đầ đ o: để -0,32 g/cm3 K m, đ m m, ậ : 0,1 m; 0,001; H 5.11 H h 11: K T , T ầ đồ H h 12: ( 5.12): đ ồm 31 30 = 930 0,1 m M m m ể đ đ T M sâu 72 đ 0,01; ( (m T đ ) đồ ( T ) ) đ K : H ệ mậ đ E = 1,7033.10-5, m m đ 1,1 m mđ đ ù Δρ = -0,41439 g/cm3, ệ = 6,38s 0,2 m T ầ đ đ N m để đ đ 0,4 m, đ 0,7 m 0 delta g (mgal) §é s©u (Km) -5 -0.5 -10 -15 -1 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 -20 45 )đ 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 45 ) H h 13: K T M ng thuật gi i di truy n K 5.13) ( ù T N 2014) ầ ; , ệ = 11 m ( đ ầ m mM 7.10 (R2010 ), ệ đ W w m P I (R) C (TM) 3-3227U CPU 1.90GHz; R M 4.00G ) ể E = 0,03 534 ậ th g ( m uguer : iêu H h 14: L o , L ụ ệ m – Tây Nam T đ m 35 m, 50 m, o 10 48,6-5 48,4 (UTM) -20mGal 73 30 0, m : ể T m 33 Δ , đ ểm ụ ẳ M ậ ( : 33 , C m đ ểm đ m; ỡ đ ểm đ 30 ), mỗ đầ : đ để -0,32 g/cm3 K m, đ m m m, ậ : 0,1 m; 0,001; H 5.15 ồm 33 30 = 990 0,1 m đ H h 15: K T , H h 16: ầ đồ ù 0,01; L ( 5.16): đ m m ể đ đ (m đồ L 74 đ ) đ K : H ệ mậ đ E = 1,4003.10-5; m m đ 1,4 m mđ đ ù Δρ = -0,40704 g/cm3; ệ = 8,33s 0,1 m T N m ầ đ đ để đ đ ng 0,1 m; đ 0,8 km K ậ ( m 5.17) ( ù T N , 2014) ầ ; , ệ = 29 m ( đ ầ m mM 7.10 (R2010 ), ệđ W w m P : I (R) C (TM) 3-3227U CPU 1.90GHz; R M 4.00G ) ể E = 0,05 0 delta g (mgal) Độ sâu (Km) -5 -0.5 -1 -10 -15 -20 -1.5 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 -25 45 )đ 10 15 20 25 x (Km) 30 35 40 45 ) H h 17: K L ng thuật gi i di truy n 535 th g uguer C C M u ụ ệ m – Tây Nam T đ m 20 m, 30 m, 10o16,3-5o08,9 (UTM) -10mGal H h 18: C M 75 300, m : ể T m 21 M ậ ( : 21 , C 0,01; Δ , ẳ đ ểm đ 30 ), mỗ m đầ đ ểm đ m; m đ ểm ụ m, m m m, : để K đ đ ậ H : 0,1 m; 0,001; đ 5.19 H h 19: K H h 20: ồm 21 30 = 630 0,1 m -0,32 g/cm3 ỡ T , ù ầ đồ C M ( 5.20): đ m m ể đ đ sâu 76 C M (m đ ) đồ đ : H ệ mậ đ m đ Δρ = -0,39718 g/cm3 ù Δρ = -0,455 g/cm , ệ ể M m ù ù mậ đ ; 1,8856.10-5; ệ = 4,04s đ 0,1 m T N m ầ đ đ d để đ đ 0,2 m, đ ù 0,4 m K C E= m m đ 0,7 m 0 -2 delta g (mgal) Độ sâu (Km) -0.2 -0.4 -0.6 -4 -6 -8 -10 -0.8 10 15 20 x (Km) 25 30 -12 35 )đ 10 15 20 x (Km) 25 30 35 ) H h 21: K C M b ng thuật gi i di truy n K ậ ( m 5.21) ( ù T N ầ ; , ệ = 13 m ( đ ầ m mM 7.10 (R2010 ), ệ đ W w m P I (R) C (TM) 3-3227U CPU 1.90GHz; R M 4.00G ) ể E = 0,05 , 2014) Th u 5.2 m ù C L m ậ K mậ đ ù mậ đ sâu vùng 455 kg/m ệ R ù C M , đ ệ mậ đ ù ,đ ể M m ù ù mậ đ g 2: th g perceptron Thu t gi i di tru : m đồ ệ mậ đ C ậ Châu Đố Tam Nông Tháp i Δρ (kg/m3) -434,08 -406,91 -414,39 -407,04 -397,18 E 2,2951.10-6 2,8597.10-6 1,7033.10-5 1,4003.10-5 1,8856.10-5 t (giây) 5,913 6,412 6,38 8,33 4,04 Δρ (kg/m3) -428 -407 -409 -406 -402 E 0,03 0,02 0,03 0,05 0,05 t (giây) 31 23 11 29 13 g 77 iêu Cà Mau g 3: đ i c a m t móng m ù sơng C u Long sâu c Tê vù g Tam Nông Δgmax (mGal) -26 -15 -17,7 -20 -10.1 zmax (km) -1,5 -1,0 -1,1 -1,4 -0,7 ztrung bình (km) - 1,0 -0,7 0,7 -0,8 -0,4 T đ L 5.3 đ S ù , (797m) m L T N 54 T – ụ ) K ể m m i đ iêu đồng b ng Châu Đố sông C m Th p ng thu m ù đ C m X L ầ đ (350m), đ đ , đ ụ đ đ ể ù đ đ đ ệm m m (đ m Cà Mau đ m 2120m, C L Cầ 0,4 m đ ù ệ ù ầm ệm 78 CHƯ NG : T Đối chiếu với mục tiêu b đầu đề c c mục iêu đề Cụ hể : mặt h N hậ hấy g đề i ho h h thu t: -T m đ m ,đ đ ;đ , ệ ệ Compact -X m , m , ểm đ , ụ ù C m ậ m để : ể ệ mậ đ ; mặt th ti : -X ệ ệ m đ , ệ : ệ ụ ; ệ mậ đ , , ể H đ , , , đ ; đồ ậ - Qua k ểm N , p L :C ;T mN đ đ ệm, m C ; đồ đ đ m m ;T : đ đ Bouguer m ù ; L ;C M , ể M ù m sông ù ụ g ph t triể : G ểđ m ụ ậ đ ể ệ neural :m ệ đ m ụ án 2D 2D ụ i ẳ ; đồ ệ 79 m perceptron ệ ụ ,m ,…V , ầ m ụ ệ T I I THA H Beale,M.H, Hagan,M.T & Demuth,H.B (2012) Neu Guide.USA: The Math Works Inc Ne wo k Too box Use ’s Blakely,R.J (1995) Potential theory in gravity and magnetic applications.USA: Cambridge University Press ù T N (2014) Ph ch mộ số d hư Cửu Lo g b g huậ o di uyề (L ậ Cầ T , Cầ T , V ệ N m V L ệ (1995) Ph ch kế hợ Nam (L ậ PTS Hồ C M , V ệ N m g g c vù g đồ g b g s ỹ ), i iệu v ), g g c miề N m Việ ổ , TP Hsu, S.K., Sibuet, J.C & Shyu, C.T (1996) High-resolution detection of geologic boundaries from potential-file anomalies: An enhanced analytic signal technique Geophysics, Vol.61(2), pp 373-386 Kariya T & Kurata H (2004) Generalized Least Squares, John Wiley & Sons, Ltd K m ,V.H (1974) ), N m T ậ m , H N i đ (N ễ V T ụ Krahenbuhl, R A & Li, Y (2006) Gravity inversion using a binary formulation (Master Thesis), Colorado School of Mines, USA Last B.J & Kubik K (1983) Compact gravity inversion.Geophysics,Vol.48, pp 713721 Li, X & Groize, H J (2004) Tutorial Ellipsoid, geoid, gravity, geodesy and geophysics.Geophysics, Vol.66 (6), pp 1660–1668 Nabighian M.N (1972) The analytic signal of two-dimensional magnetic bodies with polygonal cross section: its properties and use for automated anomaly interpretation.Geophysics, Vol.37 (3), pp 507-517 Nabighian, M.N (1984) Toward a three-dimensional automated interpretation of potential field data via generalized Hilbert tranforms: Fundamental ralation Geophysics, Vol.49 (6), pp 780-786 N ễ T ú (2000) T dụ g, TPHCM: NX G uệ h ụ o- g Oldenburg D.W (1974) The inversion and anomalies.Geophysics, Vol.39 (4), pp 526-536 o : hư g h interpretation v ứ g of gravity Onur Osman, Muhittin Albora A & Osman Nuri Ucan (2007) Forward Modeling with Forced Neural Networks for Gravity Anomaly Profile.Math Geol, Vol.39, pp 593-605 P mH ụ (2009) N : NX K g ỹ o v ứ g dụ g o g điều khiể ậ P m T N Y , N H T , L T Hù & N (1999) C sở b v ứ g dụ g H N : NX K Tầ V K N (2008) Phư ỹ ậ độ g H g h g 80 c o g đ ễ T L ỹ H ậ vậ ý TPHCM: NXB C C C NG TR NH H A HỌC C Nguyễ Hồ H , N ễ N T S & mó g kế i h củ mộ số d hư g g Lo g b g hư g h o cưỡ g K ầ VIII, K T I N AN V L ệ (2012) c đ h mặ c vù g đồ g b g s g Cửu P H Q TPHCM Nguyen Ngoc Thanh Son, Nguyen Hong Hai, Luong Phuoc Toan & Dang Van Liet (2012), Determination of the crytal basement of some gravity anomalies in Mekong delta area using the forced neural network, Proceedings of the International Scientific confere ce eo hysics – Cooperation and Sus i b e deve o me pp.371-379, Publishing house for Science and Technology, ISBN: 978-604-913-091-5 N ễ Hồ H (2013) ụ T ch ho h c T tr.25-33, ISSN 0866 - 7780 81 C m g Đ i h c Phú ê , (09/2013), ...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 NĂ 2014 NG CHƯ NG TR NH H N T CH T THƯỜNG... "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... 3.5 L P TRÌNH GUI TRONG M TL 3.5.1 M ch 3.5.2 Các 3.5.3 T đổ 3.5.4 V ệ 43 43 ụ ổ GUI 44 đ ể 45 ng trình 45 3.6 K T LU N 46 CHƯ NG : XÂY D