Вычисление кубатуры, определение границ, определение мощности слоев
ПРИМЕНЕНИЕ СЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ТОЧНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ГРАНИЦ И КУБАТУРЫ
При проектировании и строительстве часто важна, насколько это возможно, точная оценка земляных работ или перемещения материалов как антропогенного, так и природного происхождения. Такие работы применимы при устройстве насыпей, оценке объемов отвалов и свалок. Для этого, помимо геотехнического бурения и геодезической съемки, применяются непрерывные, быстрые и неинвазивные геофизические исследования. В связи с необходимостью определения границ между геотехническими слоями, хранящимися в разное время, а также обозначения диапазона коренных пород такие геофизические исследования особенно полезны и применяются во многих отраслях промышленности и инвестиций.
Сейсморазведка на месте свалки бытовых отходов с целью определения границ слоев и ареала отходов
Наиболее часто применяются следующие геофизические методы исследований:
сейсмо-рефракционная томография,
сейсмическая рефракция,
томограф сопротивления ERT,
Георадарное профилирование.
Эти методы могут относительно хорошо отображать структуру, но наиболее убедительные результаты получаются при сейсморазведке из-за прямой корреляции между скоростями сейсмических волн и структурой или геомеханическим состоянием.
Трехмерные карты высот верхней и нижней поверхности свалки бытовых отходов. Верхняя карта была создана на основе геодезической съемки, а нижняя карта была создана путем тщательного определения подошвы полигона с помощью сейсморазведки вдоль профилей, отмеченных на верхней карте.
Пример продольного (вверху) и поперечного (справа) сейсмического разреза, выполненного для определения диапазона залегания отходов полигона. На обоих участках имеются четкие геофизические границы, где сплошной линией обозначен диапазон глубин всего полигона. Штриховая линия отмечает четкую сейсмическую границу, разделяющую два этапа захоронения отходов.
Сейсморазведка позволяет непосредственно определить так называемые сейсмические границы. Они связаны с границами между различными слоями в изучаемой среде. Разрешить однозначное определение положения и курса с глубиной, например. подножие: насыпи, заполнители, слои с различной плотностью или покрытием полигона бытовых отходов. Информация, полученная в результате таких исследований, используется для определения поверхности и кубатуры (объема) определенных слоев. Его определяют на основе геодезических координат верхней поверхности и пространственного положения границ по сплошным сейсморазведочным работам, выполненным по профилям измерений.
3D модель участка (верхняя и средняя), построенная на основе геодезических измерений и геофизических изысканий. Он использовался для подсчета объема отходов. На нижнем рисунке показана выбранная визуализация поперечного сечения вместе с оценкой дополнительного объема, обнаруженного сейсмическими испытаниями.
Проверка объема всегда выполняется двумя методами: суммой отдельных кубоидов и полными телами между треугольными полигонами, описанными для кровли и подошвы анализируемого слоя.
Результаты таких исследований представляются в виде разрезов с установленными границами, увязанными с геологической информацией и в виде картографирования контуров и пространственных блоков, а также разрезов визуализации в любых выбранных местах модели. Другие геофизические методы (сопротивление, георадар) имеют больше ограничений и очень чувствительны к изменениям влажности и степени уплотнения, что дает неубедительные результаты.
Наше предложение
Кубатурный фильтр Калмана при минимальной энтропии ошибки с опорными точками для интеграции INS/GPS
[1]
Б. Паркинсон, Дж. Спилкер, П. Аксельрад и П. Энге, Глобальная система позиционирования: теория и приложения . Норвуд, Массачусетс, США: Artech House, 2008.
.
[2]
Л. Чанг, Дж. Ли и К. Ли, «Выравнивание на основе оптимизации для бесплатформенной инерциальной навигационной системы: сравнение и расширение», IEEE Trans. Аэросп. Электрон. Сист. , том. 52, нет. 4, стр. 1697–1713, август 2016 г. doi: 10.1109/TAES.2016.130824
[3]
Д. Титтертон и Дж. Уэстон, Бесплатформенная инерциальная навигационная технология .
P. D. Groves, Принципы интегрированных GNSS, инерциальных и мультисенсорных навигационных систем . Вашингтон, США: Американский институт аэронавтики и астронавтики, 1996.
.
[5]
М. Гревал, Л. Вейл и А. Эндрюс, Системы глобального позиционирования, инерциальная навигация и интеграция . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, 2007.
.
[6]
Ф. Чжао, К. Чен, В. Хе и С. Сэм Ге, «Подход к фильтрации на основе MMAE для интегрированной навигационной системы БИНС/ЦНС»,
IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica , vol. 5, нет. 6, стр. 1113–1120, ноябрь 2018 г. doi: 10.1109/JAS.2017.7510445
[7]
Y. Huang, Y. Zhang и L. Chan, «Новый быстрый метод грубой настройки в движении для недорогих SINS с помощью GPS», IEEE/ASME Trans. Мехатроника , вып. 23, нет. 3, pp. 1303–1313, May 2018. doi: 10.1109/TMECH.2018.2835486
[8]
К. Б. Медейрос и М. М. Вандерли, «Многомодельный линейный фильтр Калмана для непредсказуемых сигналов»,
IEEE Sensors J. , vol. 14, нет. 4, стр. 979–991, апрель 2014 г. doi: 10.1109/JSEN.2013.2291683
[9]
А. Сингх, «Основное развитие гауссовской фильтрации после использования фильтра Калмана без запаха», IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica , том. 7, нет. 5, стр. 1308–1325, сентябрь 2020 г.
[10]
С. Джулиер и Дж. Ульманн, «Новое расширение фильтра Калмана для нелинейных систем», в Proc. 11-й междунар. Симп. Аэрокосмическая/оборонная служба, Simul. Controls , 1997, стр. 182–193.
[11]
К. Х. Ким, Дж. Г. Ли и К. Г. Парк, «Адаптивный двухэтапный расширенный фильтр Калмана для отказоустойчивой слабосвязанной системы INS/GPS», IEEE Trans. Аэросп. Электрон. Сист. , том. 45, нет. 1, стр. 125–137, январь 2009 г. doi: 10.1109/TAES.2009.4805268
[12]
Д. Сан, М. Г. Петовелло и М. Э. Кэннон, «Сверхплотная интеграция GPS/уменьшенный IMU для навигации наземных транспортных средств», IEEE Trans. Аэросп. Электрон. Сист. , том. 49, нет. 3, стр. 1781–1791, июль 2013 г. doi: 10.1109/TAES.2013.6558019
[13]
Дж. Вендел, Дж. Мецгер, Р. Моэникес, А. Майер и Г. Ф. Троммер, «Сравнение производительности тесно связанных навигационных систем GPS/INS на основе расширенных и сигма-точечных фильтров Калмана», Navigation , vol. 53, нет. 1, стр. 21–31, август 2014 г.
[14]
Дж. Чжоу, Ю. Ян, Дж. Чжан, Э. Эдван и О. Лоффелд, «Сильная связь INS/GPS с использованием неароматизированного фильтра Калмана на основе кватернионов», в Проц. AIAA Guid., Navigat. , Control Conf.
, Портленд, штат Орегон, США, 2011 г., стр. 1–14.
[15]
Л. Чанг, К. Ли и Б. Ху, «Надежный фильтр погрешности процесса на основе оценки M компании Huber для интегрированной ИНС/GPS», IEEE Sensors J. , vol. 15, нет. 6, стр. 3367–3374, июнь 2015 г. doi: 10.1109/JSEN.2014.2384492
[16]
И. Арасаратнам и С. Хайкин, «Кубатурные фильтры Калмана», IEEE Trans. автомат. Контроль , об. 54, стр. 1254–1269, июнь 2009 г. doi: 10.1109/TAC.2009.2019800
[17]
B. Cui, X. Chen и X. Tang, «Улучшенный кубатурный фильтр Калмана для GNSS/INS на основе преобразования апостериорной ошибки сигма-точек»,
IEEE Trans. Сигнальный процесс. , том. 65, нет. 11, стр. 2975–2987, март 2017 г. doi: 10.1109/TSP.2017.2679685
[18]
Ю. Чжао, «Оценка производительности кубатурного фильтра Калмана в тесно связанной навигационной системе GPS/IMU», Signal Process., том. 119, стр. 67–79, февраль 2016 г. doi: 10.1016/j.sigpro.2015.07.014
[19]
B. Cui, X. Chen, Y. Xu, H. Huang и X. Liu, «Анализ производительности усовершенствованного повторяющегося кубатурного фильтра Калмана и его применение к GNSS/INS»,
М. Д. Фам, К. С. Лоу, С. Т. Гох и С. С. Чен, «Расширенный фильтр Калмана с планированием усиления для системы определения ориентации наноспутников», IEEE Trans. Аэросп. Электрон. Сист. , том. 51, нет. 2015. Т. 2. С. 1017–1028. doi: 10.1109/TAES.2014.130204
[21]
С. В. Бордонаро, П. В., Ю. Бар-Шалом и Т. Лугинбул, «Сигма-точечный фильтр Калмана с преобразованными измерениями для бистатического гидролокатора и радиолокационного слежения», IEEE Trans. Аэросп. Электрон. Сист. , том. 55, нет. 1, стр. 147–159, февраль 2019 г. doi: 10.1109/TAES.2018.2849179
[22]
K. Feng, J. Li, X. Zhang, X. Zhang, C. Shen, H. Cao, Y. Yang, and J. Liu, «Улучшенный кубатурный фильтр Калмана с сильным отслеживанием для интегрированных навигационных систем GPS/INS», Датчики , об. 18, нет. 6, статья № 1919, июнь 2018 г. doi: 10.3390/s18061919
[23]
X. Chen, C. Shen, WB Zhang, M. Tomizuka, Y. Xu и KL Chiu, «Новый гибрид сильного фильтра Калмана и вейвлетной нейронной сети для GPS/INS во время сбоев GPS», Measurement , vol. 46, нет. 10, стр. 3847–3854, декабрь 2013 г. doi: 10.1016/j.measurement.2013.07.016
[24]
Арулампалам М. С., Маскелл С., Гордон Н. и Клапп Т. Учебное пособие по фильтрам частиц для онлайн-нелинейного/негауссовского байесовского отслеживания, IEEE Trans. Сигнальный процесс., том. 50, нет. 2, стр. 174–188, февраль 2002 г. doi: 10.1109/78.978374
[25]
X. Лю, Х. Цюй, Дж. Чжао и П. Юэ, «Кубатурный фильтр Калмана с квадратным корнем максимальной корреляции с применением к интегрированным системам БИНС/GPS», ИСА Транс. , том. 80, стр. 195–202, май 2018 г. doi: 10.1016/j.isatra.2018.05.001
[26]
JC Príncipe, Информационно-теоретическое обучение: энтропия Реньи и перспективы ядра , Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: Springer, 2010.
[27]
Д. Л. Алспах и Х. Соренсон, «Нелинейная байесовская оценка с использованием аппроксимаций суммы Гаусса», IEEE Trans. автомат. Контроль , об. 17, нет. 4, стр. 439–448, август 1972 г. doi: 10.1109/TAC.1972.1100034
[28]
Y. Huang и Y. Zhang, «Новый устойчивый к неопределенности процесса фильтр Калмана на основе t Стьюдента для интеграции SINS/GPS», IEEE Access , vol. 5, стр. 14391–14404, июль 2017 г. doi: 10.1109/ACCESS.2017.2726519
[29]
О. Страка и Я. Дуник, «Стохастическая интеграция, фильтр Стьюдента — t », в Proc. 20-й междунар. конф. Инф. Fusion , стр. 1–8, июль 2017 г.
[30]
Ю. Хуанг и Ю. Чжан, «Надежный стохастический кубатурный фильтр Стьюдента на основе t для нелинейных систем с шумами процессов и измерений с тяжелыми хвостами», IEEE Access , vol. 5, нет. 5, стр. 7964–7974, май 2017 г.
[31]
F. Sun и L. Tang, «Кубатурный фильтр частиц», Syst. англ. Электрон. , том. 33, нет. 11, стр. 2554–2557, ноябрь 2011 г.
[32]
B. Cui, X. Chen, X. Tang, H. Huang и X. Liu, «Надежный кубатурный фильтр Калмана для GNSS/INS с отсутствующими наблюдениями и окрашенным шумом измерений», ИСА Транс., том. 72, стр. 138–146, январь 2018 г. doi: 10.1016/j.isatra.2017.09.019
[33]
Мили Л., Стино Г., Добрака Ф. и Френч Д. Надежный метод оценки для выявления топологических ошибок // IEEE Trans. Система питания , том. 14, нет. 4, стр. 1469–1476, ноябрь 1999 г. doi: 10.1109/59.801932
[34]
Л. Мили и К. В. Коукли, «Надежная оценка в структурированной линейной регрессии», Ann. Статист. , том. 24, нет. 6, стр. 2593–2607, декабрь 1996 г.
[35]
Ю. С. Шмалий, «Итеративный алгоритм типа Калмана, игнорирующий шум и начальные условия», IEEE Trans. Сигнальный процесс. , том. 59, нет. 6, стр. 2465–2473, июнь 2011 г. doi: 10.1109/TSP.2011.2129516
[36]
Т. Чиен-Хао, С. Ф. Лин и Дж. Дах-Джинг, «Надежный кубатурный фильтр Калмана на основе Губера для обработки GPS-навигации», J. Navigat , vol. 229, нет. 7, том. 70, стр. 527–546, Otc. 2016.
[37]
К. Ли, Б. Ху, Л. Чанг и Ю. Ли, «Надежный квадрат — кубатурный корневой фильтр Калмана на основе методологии оценки Хубера», Проц. Инст. мех. англ. Г-Дж. воздух , том. 229, нет. 7, стр. 1236–1245, июнь 2015 г. doi: 10.1177/0954410014548698
[38]
А. Сингх и Дж. К. Принсипе, «Использование коррентропии как функции стоимости в линейных адаптивных фильтрах», в Proc. Междунар. Совместная конф. Нейронная сеть (IJCNN) , июль 2009 г., стр. 2950–2955.
[39]
Б. Чен, Дж. Ван, Х. Чжао, Н. Чжэн и Дж. К. Принсипи, «Сходимость алгоритма с фиксированной точкой по критерию максимальной коррентропии», IEEE Signal Process. лат. , том. 22, нет. 10, стр. 1723–1727, Otc. 2015. doi: 10.1109/LSP.2015.2428713
[40]
B. Chen, X. Liu, H. Zhao, JC Príncipe, «Максимальный корретропный фильтр Калмана», Automatica , vol. 76, стр. 70–77, февраль 2017 г. doi: 10.1016/j.automatica.2016.10.004
[41]
Х. Ван, Х. Ли, Дж. Цзо, В. Чжан и Х. Ван, «Надежный фильтр Калмана без производной корретропии и сглаживатель», IEEE Access , vol. 6, стр. 70794–70807, ноябрь 2018 г. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2880618
[42]
С. Ван, С. Инь, Г. Цянь, Ю. Фэн, С. Кай и Л. Ван, «Кубатурный фильтр Калмана с максимальной корретропией, основанный на статистической линейной регрессии», C.N. Патент, 106487358 A, 8 марта 2017 г. [Онлайн]. Доступно: https://ieeexplore.ieee.org/document/9546666.
[43]
Б. Чен, Л. Син, Б. Сюй, Х. Чжао и Дж. К. Принсипи, «Понимание надежности оценки энтропии с минимальной ошибкой», IEEE Trans. Нейронная сеть. Учиться. Сист., том. 29, нет. 3, стр. 731–737, март 2018 г. doi: 10.1109/TNNLS.2016.2636160
[44]
Д. Эрдогмус и Дж. К. Принсипе. «Минимизация энтропии ошибки для контролируемого обучения нелинейных адаптивных систем», IEEE Trans. Сигнальный процесс. , том. 50, нет. 7, стр. 1780–1786, июль 2002 г. doi: 10.1109/TSP.2002.1011217
[45]
Y. Zhang, B. Chen, X. Liu, Z. Yuan и JC Príncipe, «Сходимость алгоритма энтропии минимальной ошибки с фиксированной точкой», Entropy , vol. 17, нет. 8, стр. 5549–5560, август 2015 г.
[46]
Б. Чен, Л. Данг, Ю. Гу, Н. Чжэн и Дж. К. Принцип, «Энтропийный фильтр Калмана с минимальной ошибкой», IEEE Trans. Сист. , Человек , Кибер. , Сист. , том. 51, нет. 9, стр. 5819–5829, сентябрь 2021 г.
[47]
Лю В. , Похарел П. П. и Принсипи Дж. К., «Энтропия ошибок, коррентропия и М-оценка», в Proc. 16-й семинар IEEE по машинному обучению. Сигнальный процесс ., 2006, стр. 179–184.
[48]
Дж. Чжао и Л. Мили, «Надежный фильтр Калмана с обобщенным максимальным правдоподобием для оценки динамического состояния энергосистемы», IEEE J. Sel. Темы Сигнальный процесс. , том. 12, нет. 4, стр. 578–592, август 2018 г. doi: 10.1109/JSTSP.2018.2827261
[49]
К. Андреу и В. Каратанасси, «Оценка количества конечных элементов с использованием надежного метода обнаружения выбросов», IEEE J. Сел. Темы Наблюдение за Землей. Дистанционный датчик , том. 7, нет. 1, стр. 247–256, январь 2014 г. doi: 10.1109/JSTARS.2013.2260135
[50]
B. Chen, X. Wang, Y. Li, and JC Príncipe, «Критерий максимальной корретропии с переменным центром», IEEE Signal Process.
Разрешить однозначное определение положения и курса с глубиной, например. подножие: насыпи, заполнители, слои с различной плотностью или покрытием полигона бытовых отходов. Информация, полученная в результате таких исследований, используется для определения поверхности и кубатуры (объема) определенных слоев. Его определяют на основе геодезических координат верхней поверхности и пространственного положения границ по сплошным сейсморазведочным работам, выполненным по профилям измерений.
Другие геофизические методы (сопротивление, георадар) имеют больше ограничений и очень чувствительны к изменениям влажности и степени уплотнения, что дает неубедительные результаты.
Мехатроника , вып. 23, нет. 3, pp. 1303–1313, May 2018. doi: 10.1109/TMECH.2018.2835486
Аэросп. Электрон. Сист. , том. 45, нет. 1, стр. 125–137, январь 2009 г. doi: 10.1109/TAES.2009.4805268
, Control Conf. 
, том. 119, стр. 67–79, февраль 2016 г. doi: 10.1016/j.sigpro.2015.07.014
Сист. , том. 55, нет. 1, стр. 147–159, февраль 2019 г. doi: 10.1109/TAES.2018.2849179
, том. 50, нет. 2, стр. 174–188, февраль 2002 г. doi: 10.1109/78.978374
5, стр. 14391–14404, июль 2017 г. doi: 10.1109/ACCESS.2017.2726519
, том. 72, стр. 138–146, январь 2018 г. doi: 10.1016/j.isatra.2017.09.019
Navigat , vol. 229, нет. 7, том. 70, стр. 527–546, Otc. 2016.
Chen, X. Liu, H. Zhao, JC Príncipe, «Максимальный корретропный фильтр Калмана», Automatica , vol. 76, стр. 70–77, февраль 2017 г. doi: 10.1016/j.automatica.2016.10.004
, том. 29, нет. 3, стр. 731–737, март 2018 г. doi: 10.1109/TNNLS.2016.2636160
, Похарел П. П. и Принсипи Дж. К., «Энтропия ошибок, коррентропия и М-оценка», в Proc. 16-й семинар IEEE по машинному обучению. Сигнальный процесс ., 2006, стр. 179–184.