一种基于复杂土壤结构的地电位测算方法及设备与流程

本发明涉及测量磁变量，具体涉及一种基于复杂土壤结构的地电位测算方法及设备。

背景技术：

1、目前由特高压直流输电技术的接地极引发的地电位升高等问题日益突出，已经给交流电网的稳定运行带来了严重的影响，测试计算其影响范围内的地电位是研究该类问题的关键，但因其影响范围内土壤结构复杂，多采用土壤分层结构来反映其复杂的变化情况。因此，多层土壤分层结构是地电位测试计算的重点。

2、目前的多层土壤分层结构计算方法利用电磁场中波的传播理论，在分层土壤结构的界面产生波的反射和折射原理，得到地电位的求解表达式，该方法计算复杂，参数众多，理解困难，而且对于土壤分层数量较大的土壤结构，计算时间长；同时由于土壤中相同分层内存在的多种其他成分的干扰，使得所获取到的反射信号中出现其他成分的强度变化影响，需要逐一对干扰信号进行分析，计算复杂度高，同时增加了误差出现概率。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于复杂土壤结构的地电位测算方法及设备，所采用的技术方案具体如下：

2、一种基于复杂土壤结构的地电位测算方法，所述方法包括：

3、通过地电雷达法发射不同频率电磁波获取反射信号；

4、将所述反射信号按照时序变化建立第一坐标系，得到每个频率对应的反射信号的数据折线；

5、针对每条数据折线，获取并计算其峰值点的表现分层起始点的可能性；

6、依据所有峰值点的表现分层起始点的可能性计算该峰值点表现干扰成分的可能性；

7、依据所述该峰值点表现干扰成分的可能性对该峰值点的表现分层起始点的可能性进行修正，得到最终可能性；

8、对所有峰值点的最终可能性数据进行聚类运算后，依据聚类结果确定土壤结构；利用土壤结构对应的反射信号确定电导率，基于所述电导率测算对应的地电位。

9、进一步地，所述峰值点包括：极大值点和极小值点；

10、所述计算其峰值点的表现分层起始点的可能性进一步包括：

11、针对当前频率下的任意一个极大值点，获取该极大值点相较于相邻的两个极小值点之间的极差；

12、依据其相较于相邻的两个极小值点之间的极差计算得到该极大值点的信号强度极差变化差异水平；

13、获取该极大值点相邻两侧各预设数量的极大值点和极小值点，获取这些极大值点和极小值点按照时序方向的反射信号强度；

14、依据所述反射信号强度和所述该极大值点的信号强度极差变化差异水平计算该极大值点的表现分层起始点的可能性。

15、进一步地，所述依据所述反射信号强度和所述该极大值点的信号强度极差变化差异水平计算该极大值点的表现分层起始点的可能性进一步包括：

16、依据该极大值点相邻左右两侧各预设数量的极大值点和极小值点的反射信号强度，分别计算该极大值点左右两侧延时序方向上的数值变化趋势；

17、依据该极大值点左右两侧延时序方向上的数值变化趋势确定该极大值点左右两侧的信号强度递减趋势；

18、依据所述该极大值点左右两侧的信号强度递减趋势求均值确定该极大值点的信号强度递减趋势；

19、依据该极大值点的信号强度递减趋势和所述该极大值点的信号强度极差变化差异水平计算该极大值点的表现分层起始点的可能性。

20、进一步地，所述计算其峰值点的表现分层起始点的可能性进一步包括：

21、针对当前频率下的任意一个极小值点，获取该极小值点相较于相邻的两个极大值点之间的极差；

22、依据其相较于相邻的两个极大值点之间的极差计算得到该极小值点的信号强度极差变化差异水平；

23、获取该极小值点相邻两侧各预设数量的极大值点和极小值点，获取这些极大值点和极小值点按照时序方向的反射信号强度；

24、依据所述反射信号强度和所述该极小值点的信号强度极差变化差异水平计算该极小值点的表现分层起始点的可能性。

25、进一步地，所述第一坐标系以时间为横轴，反射信号强度为纵轴；

26、所述方法还包括：

27、依据相邻峰值点的时间差异作为峰值点之间的相位构建横轴，每个峰值点的表现分层起始点的可能性作为纵轴，构建第二坐标系。

28、进一步地，所述构建第二坐标系之后，所述方法还包括：

29、在所述第二坐标系中以任意一个峰值点为中心，沿着横轴正方向取若干个峰值点；

30、该若干个峰值点形成局部数据段，对所述局部数据段所取峰值点个数进行迭代，在迭代过程中，使其以整数由小到大增加，保证向横轴正方向上的所有峰值点的反射信号强度的极差变化差异水平始终小于当前峰值点的极差变化差异水平；

31、若大于或等于当前峰值点的极差变化差异水平则停止迭代；由此得局部数据段内的峰值点个数。

32、进一步地，所述依据所有峰值点的表现分层起始点的可能性计算该峰值点表现干扰成分的可能性进一步包括：

33、获取每一个峰值点，获取其所在局部数据段中的其他峰值点的相位方差；

34、对于该局部数据段的所有峰值点，依据所有峰值点的表现分层起始点的可能性计算其中每两个相邻两个峰值点之间的可能性差异；

35、根据该局部数据段内的峰值点个数、局部数据段中的其他峰值点的相位方差和所述可能性差异计算得到该峰值点的表现干扰成分的可能性。

36、进一步地，对所有峰值点的最终可能性数据进行聚类运算后，依据聚类结果确定土壤结构进一步包括：

37、对所有峰值点的最终可能性数据进行聚类运算，得到多个聚类簇；

38、针对每个聚类簇，获取该聚类簇内首尾数据点，若所述首尾数据点与相邻数据点之间的可能性差异大于预设阈值，则确定该聚类簇为同一土壤分层。

39、进一步地，所述利用土壤结构对应的反射信号确定电导率，基于所述电导率测算对应的地电位进一步包括：

40、将每一土壤分层对应的反射信号按照拉普拉斯变换建立复频域坐标；

41、基于所述复频域坐标，利用改进粒子群搜寻的反演简化法获得每一土壤分层对应的电导率；根据所述电导率确定土壤结构的地电位。

42、一种基于复杂土壤结构的地电位测算设备，所述设备包括：

43、数据获取模块，用于通过地电雷达法发射不同频率电磁波获取反射信号；将所述反射信号按照时序变化建立第一坐标系，得到每个频率对应的反射信号的数据折线；

44、计算模块，用于针对每条数据折线，获取并计算其峰值点的表现分层起始点的可能性；依据所有峰值点的表现分层起始点的可能性计算该峰值点表现干扰成分的可能性；

45、修正模块，用于依据所述该峰值点表现干扰成分的可能性对该峰值点的表现分层起始点的可能性进行修正，得到最终可能性；

46、聚类模块，用于对所有峰值点的最终可能性数据进行聚类运算后，依据聚类结果确定土壤结构。

47、本发明具有如下有益效果：本发明通过地电雷达法发射不同频率电磁波获取反射信号；将反射信号按照时序变化建立第一坐标系，得到每个频率对应的反射信号的数据折线；针对每条数据折线，获取并计算其峰值点的表现分层起始点的可能性；依据所有峰值点的表现分层起始点的可能性计算该峰值点表现干扰成分的可能性；依据该峰值点表现干扰成分的可能性对该峰值点的表现分层起始点的可能性进行修正，得到最终可能性；对所有峰值点的最终可能性数据进行聚类运算后，依据聚类结果确定土壤结构，也即对复杂的土壤结构进行了简化，基于简化后的土壤结构对应的反射信号对土壤结构的地电位进行测算。本发明通过分析分层起始点的反射信号两侧的数据变化情况，对采集的反射信号数据逐一进行分析，对每一个峰值点计算其表现分层起始点的可能性，避免了反射信号本身的较多特征峰对分层起始点识别的影响，提高了对分层识别的准确性；同时基于相同分层内信号强度逐渐减弱的特点，对不同峰值点在局部区域的数值变化规律进行分析， 由此获取任意一个峰值点表现干扰信号的可能性，避免了干扰信号同样具有分层起始点特征，对于分层区域识别的影响，提高了对土壤分层识别的准确性；再通过表现分层起始点可能性的变化规律与信号强度逐渐减弱规律相同的特点，对反射信号数据直接进行聚类，该操作避免了分层结构内部存在其他成分干扰信号影响，所导致的分层识别过程复杂、冗余的问题，提高了土壤结构分析的效率，降低了复杂性。