Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Булах Е.Г. Автоматизированная система интерпретации гравитационных аномалий (метод минимизации)

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
23.10.2023
Размер:
4.94 Mб
Скачать

3. РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ З А Д А Ч И ДЛЯ ГРУППЫ ЦИЛИНДРОВ ПО АНОМАЛИИ Ѵ_

Интерпретацию гравитационных аномалий методом минимизации проиллюстрируем примером. Пусть задана аномалия Ѵхг и уста­ новлена возможность аппроксимации возмущающих тел цилинд­ рами. Положение и геометрические размеры каждого цилиндра могут характеризоваться следующими параметрами: d— абсцисса эпицентра, Ii — глубина залегания оси, ст избыточная плотность (рис. 3). Здесь следует отметить, что производные по массе имеют очень малые значения. Следовательно, изменения этого параметра невелики по сравнению с другими. Такая неравномерность изме­ нения параметров приводит к очень медленной сходимости итераци­

онного процесса вычислений. Выразим мас­ су через линейный параметр.

 

 

 

Масса

единицы длины цилиндра

опре­

 

 

 

деляется

соотношением M =

nR2o.

Как

 

 

 

известно,

раздельно определить ст и Я не

 

 

 

представляется

возможным.

Обозначим

 

 

 

\ajR2j\=t2j

и будем в дальнейшем опреде­

Р и с .

3. З н а ч е н и я

парамет­

лять

параметр t.

Д л я того,

чтобы

учесть

знак

избыточной

плотности,

примем

 

ров,

которые характери ­

 

 

 

 

 

 

 

 

зуют местоположение ци­

 

 

OjR) = sign (CT;) ()•

 

 

 

линдрического

тела.

 

 

 

 

 

Здесь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sign (CT/) =

1,

если

ст/>-0,

 

 

 

 

 

— 1,

если

сту<;0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таким образом, положение и размеры каждого цилиндра опре­ деляют следующие четыре параметра {t, h, d, sign (er)}. Составим функцию

 

xz набл1

4nk

sign (07) p-jhj (ХІ di)

.(1.23)

i=\

[ ( A - , _ d / ) 2

 

/,2.]2

l

/= 1

+

 

 

 

 

 

Параметры

sign (er/) будем считать постоянными,

тогда неизвест­

ными будут m трехмерных

векторов:

 

 

 

 

Pi*={t,,hhd,).

Найдем составляющие этих векторов, при которых функция

(1.23) становится минимальной.

 

 

 

Зададимся

начальными

приближениями:

Р°/ — [tf\

hf\ df\

sign (er/)}. Последующие

приближения будем определять по форму­

лам:

 

 

 

 

 

 

df+1»

= df] -

Xk

{Fdj)k

(j = 1, 2,

. . . , m).

(1.24)

20

 

Производные

выразятся

так:

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F't.

= 16 sign(07) nk

У

ô,

 

tjbiixi-dj)

 

 

 

Fft, =

8 sign (a/) я/г

>. о,- —-

 

 

 

;

 

' -— ,

 

f rf. = — 8 sign

or,) п/е

Ô,

"

J

 

;

,

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

Kcz набл (Xi)

VXz

теор

 

 

 

В

последних

соотношениях

 

 

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

t)hj (x

dj)

 

 

 

 

 

S sign (07)

 

 

 

 

 

 

-

 

 

 

Коэффициент

X будем вычислять

по

методу

Ньютона (1.12).

§

4. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ З А Д А Ч И

 

 

 

 

 

 

 

Применение метода рассмотрим на следующем примере. Пусть

задана

аномалия

горизонтального

градиента

силы тяжести

(рис. 4)

и установлено, что

возму­

 

 

 

 

 

 

щающие

геологические

те­

 

 

 

 

 

 

ла можно отнести к двух­

 

 

 

 

 

 

мерным,

например

по

ме­

 

 

 

 

 

 

тоду А. А. Юнькова [81].

 

 

 

 

 

 

Даже беглый

анализ

пока­

 

 

 

 

 

 

зывает,

что

возмущающие

 

 

 

 

 

 

массы рассредоточены вдоль

 

 

 

 

 

 

профиля. Можно

выделить

 

 

 

 

 

 

три

 

аномалиеобразующих

 

 

 

 

 

 

объекта. Допустим, что

по­

 

 

 

 

 

 

ставлена

задача

 

оценить

 

 

 

 

 

 

раздельно каждое

 

геологи­

 

 

 

 

 

 

ческое

 

тело — определить

 

 

 

 

 

 

его массу и центр тяжести.

 

 

 

 

 

 

Для

решения

задачи

мож­

 

 

 

 

 

 

но аппроксимировать

каж­

 

 

 

 

 

 

дое геологическое

тело ци­

 

 

 

 

 

 

линдром. Определению под­

 

 

 

 

 

 

лежат

 

параметры

 

 

трех

 

 

 

 

 

 

цилиндров (всего девять ве­

 

 

 

 

 

 

личин). Зафиксируем на оси

Рис .

4. Аномалия

Vxz,

обусловленная тремя

наиболее

характерные

 

возмущающими

телами.

 

точки

наблюденной

анома­

 

 

 

 

 

 

лии. Всего выделено

13 точек, которые сведены

в

таблицу — ка­

талог

(табл.

1). Учитывая размеры аномалии, за линейные

единицы

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

1

Номер

1

2

 

 

4

5

6

7

 

к

9

10

и

12

 

точки

 

 

 

 

X

0

200

300

400

500

550

600

650

800

950

1050

1150

 

ѴХ2 74 168 32 —88

- 5

13

38

83

159

123

—17

—162

 

взяты

метры.

Исходя

из самых общих предпосылок, выберем

схему первого приближения,

параметры

ее приведены в табл. 2. (Не­

 

 

 

 

 

 

которые

замечания

методического харак-

 

 

 

 

3

2

тера

по расчету

этих параметров будут при-

Номер воз -

 

 

 

d

ведены во второй

главе).

 

 

 

мущаіощего

'

h

 

Данные

табл.

1,

2 являются исходны-

тела

 

 

 

 

 

ми

для

решения

задачи.

Результаты

ре-

 

 

 

 

 

 

1

 

120

200

3

2 0

шения сведены

в табл. 3.

Здесь

показаны

 

 

 

все

промежуточные

результаты

вычисле-

 

 

 

 

 

 

2

 

60

100

570

ний

от

итерации

к

итерации

(некоторые

3

 

130

220

 

 

итерации

опущены).

 

 

 

 

 

1

0 4 0

Функция

при начальных значениях

па­

 

 

 

 

 

 

раметров получилась

равной 18768 этвеш2.

Функция

F в последующих

итерациях

принимает

такие

значения:

12449,

7369, 4376,

2780, . . . .

 

 

 

 

 

 

 

 

га

о

 

•2

 

 

 

 

7

 

0

 

0

i

3

4 .

5

6

8

Й І І

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

120

123

129

132

136

137

139

138

139

141

ftl

200

198

194

192

190

190

189

193

192

192

 

320

319

316

313

309

306

306

305

306

306

h

60

54

53

57

58

65

62

71

68

66

 

100

104

105

104

105

106

109

111

113

115

 

570

573

578

583

588

594

594

596

596

596

 

130

134

141

146

149

149

149

148

148

148

lh

220

218

213

209

206

205

205

203

203

201

d,

1040

1040

1042

1043

1045

1047

1048

1049

1049

1049

F

18768

12499

7369

4376

2780

2378

1899

2559

1628

1302

 

Определим значение F, при котором следовало бы закончить

вычисления. Обратимся к формуле

(1.13). В нашем случае

п = 13.

Если

принять, что погрешность

наблюдений составляет 3

этвеш,

тогда

FKoa

=

234 этвеш?.

В 26-м приближении

получилось

/-2 0 =

=

153 этвеш2,

и значение

искомых

векторов Р} = (147, 199,

302),

Рг

= (82,

137, 600), Ps =

(148,

198,

1049). После 37-го приближе­

ния получили F47 = 31 этвеш2

и Pj =

(149, 200, 301), Р2

=

(86,

144, 600), Р3 = (149, 198, 1050).

 

 

 

 

 

 

Положим,

что цилиндры имеют

избыточные

плотности

а х

= 1,

2

=

0,8, а 3 =

1. В этом случае легко вычислить радиусы R,

= iL .

Получаем

^

= 301, R2 =

97, Rs

=

149.

 

 

 

 

 

Приведенная аномалия была рассчитана для трех цилиндров,

имеющих следующие параметры: Рг=

(150; 200; 300), Р2(89,4;

150;

600),

Р3

= (150; 200;

1050).

 

 

 

 

 

§ 5. ХАРАКТЕР С Х О Д И М О С Т И МЕТОДА СКОРЕЙШЕГО СПУСКА ПРИ РЕШЕНИИ ОБРАТНЫХ З А Д А Ч ДЛЯ ГРУППЫ ЦИЛИНДРОВ

Рассмотрим табл. 3, в которой приведены результаты вычисле­ ний. Вначале функция убывает. На седьмой итерации наблюдается нарушение монотонного изменения функции. Причем, градиент из­ менения функции на последующем шаге принимает самое большое

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

3

приближения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

„ 5

10

п

12

13

14

15

16

17

18

26

37

Точноі зиачеі

141

142

143

142

143

146

144

145

146

147

149

150

194

194

194

196

195

195

195

197

197

199

200

200

305

305

305

304

304

305

304

303

304

302

301

300

73

72

70

75

73

72

74

79

78

82

86

89,4

117

119

121

122

123

127

126

129

130

137

144

150

597

597

597

598

598

598

598

599

599

600

600

600

148

148

148

148

148

149

148

147

147

148

149

150

201

201

201

201

200

200

200

199

199

198

198

200

1049

1049

1049

1049

1049

1049

1049

1049

1049

1049

1050

1050

 

1709

1092

909

1098

737

823

578

603

396

153

31

 

22

23

120

127

135

137

140

140,9

142,4

143,5

144,5

200

195

190

190

190

192

193,6

195,1

195,4

320

317

310

308

305

305

305

304,4

304,2

60

47

57

61

66

68

70,6

73,5

74,4

100

107

106

107

113

116,5

120,4

124,1

126,4

570

576

586

590

597

596

597

597,8

598,1

130

137

149

149

148

148

148,1

147,8

147,7

220

216

207

206

203,5

202,4

201,3

200,3

199,9

1040

І04І

1044

1046

1049

1048,8

1048,8

1018,9

1049

0,02102 0,0247 0.04157 0,0810 0.07954 0,07634 0,1064 0,0580 0,0304

0,25

_

14S97

3820

2235

1471

1161

896

672

551

451

276

0,5

12449

3365

2269

1697

1346

1013

822

579

436

291

0,75

11137

3319

2686

2386

1904

1396

1201

716

492

370

1

10728

3627

3431

3568

2865

2060

1838

965

623

515

1,25

11032

4242

4457

3272

4260

3018

2723

1332

831

724

1.5

 

IIC9S

5121

5724

7529

6119

4285

3872

1821

1119

1000

 

18768

10728

3319

2235

1471

1154

896

672

551

436

276

значение. После 10-й итерации опять наблюдается увеличение значения F, которое необходимо минимизировать. Далее скачки

взначениях функции становятся довольно частыми. Какова же причина скачков?

Как отмечалось

ранее, в методе

скорейшего спуска отыскивает­

ся вектор-градиент.

В окрестности

выбранного

приближения вдоль

этого направления

происходит наибольшее

изменение функции.

В самом начале она интенсивно уменьшается, затем, достигая миниму­ ма в какой-то точке, начинает увеличиваться. Задача состоит в том, чтобы определить точку, в которой функция достигает минимума. Коэффициент XK и определяет эту точку. Однако вычислить его довольно сложно. Приближенное значение Х К , определенное по ме­ тоду Ньютона, не всегда удовлетворяет необходимой точности.

Обратимся снова к примеру, который приведен в предыдущем параграфе.

В каждой итерации сделаем несколько вычислений функции F вдоль вектора-градиента. Дл я этого будем полагать XK = SX^N- Па-

,

1

1 3

. 5

3 ,

,

И з

шести

раметру s будем давать значения

-j-,

- у, -^,

1,

- у .

 

значений функции выбрем F = Fmln

и

соответствующее

 

этой

функ-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

4

приближений

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20

21

22

23

24

25

 

30

35

 

37

 

39

40

Точное значеш

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

146,5

147,1

142,2

145

147,3

146,2

 

147,9

148,8

 

149

149,2

149,4

150

197,5

197,5

198,6

197

196,4

197,6

 

198,1

199,6

 

199,6

199,8

199,7

200

302,8

302,7

303,4

303,6

302,6

302,1

 

301,8

300,9

 

300

300,6

300,6

300

80

79,6

82,6

79,7

81,6

81,5

 

83,4

86,6

 

86,9

 

87,6

87,5

89,4

134,1

135,2

134,1

136,1

136,6

138,1

 

140,8

145

 

145,7

146,7

146,9

150

599

599,2

599

598,9

599,1

599,6

 

599,7

600,1

 

600,1

600.2

600,1

600

147,4

147,7

147,5

147,4

147,3

147,9

 

147,7

148,3

 

148,5

148,7

148,8

150

198,9

198,6

198,6

198,4

198,2

197,9

 

198

198.2

 

198,4

198,6

198,6

200

1049,2

1049,3

1049,3

1049,4

1049.4

1049,3

1049,5

1019.8

 

1049,8

'049,8

1049,8

1050

0,2152

0,1278

0,1043

0.01165

0,1560

0,1237

0,1060

0,3996

0,3450

0,4060

-

-

функции F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

244

219

 

955

737

192

298

 

84

31

 

19

13,9

11

288

264

 

3437

558

187

160

 

100

28

 

23

13,7

9,7

407

374

 

7673

418

219

195

 

141

30

 

333

16

10

603

547

13690

318

288

261

 

208

36

 

48

21

12

877

781

21537

256

396

357

 

299

47

 

70

29

15

1230

1071

31283

232

543

481

 

416

 

 

 

 

 

 

 

 

244

219

955

232

187

160

 

84

28

 

19

13,7

9.7

-

ции Xk. Этот коэффициент

используем

для

дальнейших

расчетов

параметров

цилиндрических

тел. Сделанные

таким

образом вычис­

ления

приведены

в табл. 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На

рис. 5 показаны

графики изменения

функции

вдоль вектора-

градиента.

В

первых

итерациях

минимум

функции

соответствует

значению Xk

=

À^(s =

1). Однако

уже после второго приближения

функция

F принимает

минимальное

значение

при Xk

= sXw,

где

 

 

 

 

 

 

3

 

1

 

1

 

п

 

_

 

вначале

параметр s — -^, затем s =

- у и s =

-^. I Іо кривой 7 вид­

но, что вычисленное значение функции F при s — 1 будет

большим,

чем в предыдущем приближении. Решая задачу с фиксированным

значением s = 1, мы и получали скачки

в изменении функции F

(рис. 5, б).

 

 

 

Необходимо

иметь в виду еще одну особенность. После скачков

в значении функции следующая итерация,

как правило,

сопровож­

дается большим

значением коэффициента

s. Так, из табл.

4 видно,

что после 21-го приближения произошел сбой в машине (вычисления велись без двойного счета), нарушилось монотонное убывание функ­ ции и 22-е приближение стало хуже предыдущего. При вычислении

24

25

 

23-го приближения

значение коэффициента s =

- у . Это значит,

что вектор значительно увеличился. Изменение

функции вдоль

F{s)-]o3

вектора проиллюстрировано

на рис. 5, е. Уже

і

в последующих итерациях,

когда значение

a

S

.

В

г

Р и с . б. Изменение функции F вдоль вектора - градиента (различные итерации)-

Приведенный пример указывает на необходимость определения коэффициента s при вычислениях. В дальнейшем все программы вычисления составлены с учетом расчета величины s.

§ 6. О Б УЛУЧШЕНИИ С Х О Д И М О С Т И МЕТОДА СКОРЕЙШЕГО СПУСКА ПРИ РЕШЕНИИ ОБРАТНЫХ З А Д А Ч ГРАВИРАЗВЕДКИ

В предыдущем разделе был установлен характер изменения функ­ ции вдоль вектора-градиента. В этом направлении функция F, ко­ торую необходимо минимизировать, зависит от одного параметра. Этим параметром является величина s. Задача состоит в том, что­ бы найти такое значение параметра s, при котором функция F вдоль направления вектора-градиента принимает минимальное значение. Исходя из геометрической интерпретации метода скорейшего спус­ ка, можно сделать заключение о характере этой функции. Допустим, что функция F изменяется по параболическому закону

F = as2 + bs + c.

(1.25)

Такая аппроксимация вполне согласуется с результатами вычис­ ления, которые проиллюстрированы рис. 5.

26

 

Найдем такое s, при

котором F (s) =

Fmln.

Дл я этого

достаточ-

но найти

 

 

 

dF

0. Дифференцируя

(1.25),

найдем

корень уравнения - ^ - =

Откуда

 

 

2as + b =

0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д л я

вычисления

искомого параметра

s

необходимо определить

коэффициенты а и b в

равенстве (1.25).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нам

известно значение

функции

F (0) = F0.

При s =

0

функ­

ция

принимает значение предшествующего

расчета. Дл я

определе­

ния

коэффициентов а и b вычислим функцию F (s) при двух

значе­

ниях

s =

st и s = s2. Пусть

F (Sj) =

Рг и F (s2) =

F2. Подставляя

эти значения в (1.25),

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F0 =

с,;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

as? +

bst

+

F0,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F2 = as\ +

bs2

- f F0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Из последних двух

уравнений

находим

а и

6, после чего

лег­

ко определить параметр s:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2[s2(F1-Fn)-sl(F2-F0)]-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

Таким образом, рекомендуется следующая методика вычислений.

Определенное ранее

значение функции

обозначаем

через

F0.

Вы­

числяем

функцию F (s) при s = Sjl и s =

s2. Получаем T7

(sx) =

 

и F (s2) = ,F2 . По формуле (1.26) вычисляем коэффициент s,

а

затем

значение

функции F (s).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возникает вопрос о выборе значений sx и s2. Пусть

Sj <

 

s2.

Наилучший результат

в отыскании минимума функции F (s)

сле­

дует

ожидать тогда,

когда

Sj < sm l n

<с s2.

Можно

рекомендовать

для выбора значений sx и s2 использовать

значение s = sn p ,

вычис­

ленное в предшествующей

итерации, и

принимать

sx =

-j-sn p ,

а

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s2

=

-g-Snp. В расчетах

первой итерации

можно

положить Sj =

1,

s2

=

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 7. ДРУГОЙ АЛГОРИТМ М И Н И М И З А Ц И И

ФУНКЦИИ

 

 

 

 

 

 

МНОГИХ

ПЕРЕМЕННЫХ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мы установили, что при решении обратных задач

минимизации

подлежит функция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

= F(Pl,p2,

. . . , pN).

 

 

 

(1.27)

 

Описываемый алгоритм основан на градиентном методе скорейшего спуска [10, 22]. Зафиксируем некоторое начальное значение

27

{pf\ pf\ P1N), которым в N-мерном пространстве фиксируется определенная точка. Теперь выберем одно направление таким образом, чтобы оно совпадало с вектором-градиентом, но было про­ тивоположно ему по направлению. Если вдоль вектора-градиента функция максимально увеличивается, то в противоположном на­ правлении она будет уменьшаться. Выбранный луч характеризует­ ся направляющими косинусами

COS (X/ = -

- F ' o i

 

N

 

 

Ii (

V

 

1=1

'

Функция (1.27) вдоль вектора-градиента может быть записана как

функция одной переменной /. Д л я

этого нужно в (1.27)

параметры

представить

 

 

 

 

 

 

 

 

Pt-pf

+

lcosa,

 

( / = 1 , 2

ЛЛ).

(1.28)

Таким образом, вдоль

выбранной

оси F — F (2).

 

 

 

Теперь поставим задачу найти такое значение 1 = 1*,

для

кото­

рого F (/*) = min. Д л я

этого необходимо решить

уравнение

 

 

F ' (I) =

ср (/) = 0.

 

 

 

(1.29)

Новое обозначение

функции

ср (/) введено

для

удобства

даль­

нейших изложений. Нужно найти корни трансцендентного уравне­ ния (1.29).

Воспользуемся методом сведения решения трансцендентных

уравнений к

решению дифференциальных

уравнений [58].

Итак,

задано

уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф(/) = 0.

 

 

(1.30)

Рассмотрим

функцию

 

 

 

 

 

 

 

 

* =

<P(Q.

 

 

(1.31)

Значение

1 =

1*,

обращающее эту функцию

в нуль,

является

корнем

уравнения

(1.29). Если

функция

(1.31)

имеет

обратную

 

 

 

 

l =

L(t),

 

 

(1.32)

то задача нахождения корня уравнения (1.29) сводится к вычис­

лению функции

(1.32) при t = 0, ибо

 

 

/* = L ( f ) =

L (0).

(1.33)

Производная

функции (1.32) как

обратная

(1.31)

 

 

 

( L 3 4 )

Таким образом, мы имеем дифференциальное уравнение функции (1.32). Выбрав произвольное значение / = /0 и подставив его в (1.31), получаем начальные условия для решения дифференциаль­ ного уравнения (1.34) при t = t0 = ср (/0 ), / = /0 .

£ 3

Л ас интересует лишь одно значение функции (1.32) / = L (0). Интервал интегрирования определяется

 

 

ht

tKoa

— tua4

= 0 —10

= — ф ( / 0 ) .

 

 

Вполне естественно

выбрать

начальное

значение

10 = 0, тогда

 

 

 

 

 

Af = — Ф(0) .

 

 

 

 

 

Если для

вычисления

/* применить

метод Рунге-Кутта, при­

няв

шаг вычисления

равным

А/, то

необходимо

рассчитать

=

- Ф ( 0 )

. _

- Ф(0 )

ъ _

- ф ( 0 )

.

_

- Ф ( 0 )

 

1

Ф'(0) '

 

Ф ' (

^ )

'

Ф ' ( і * 2 )

'

4

" *Ы "

 

Тогда

Теперь новые значения искомых величин определяются, соглас­ но (1.28),

P l = pf> - f /* cos ah

(1.35)

Если при вычисленных значениях параметров функция доста­ точно мала, то расчет закончен. Формулы (1.35) дают окончатель­ ный результат решения. В противном случае итерационный цикл повторяется. Точка, координаты которой вычислены по формулам (1.35), принимается за начальную.

§ 8. ПРОГРАММА РЕШЕНИЯ ОБРАТНЫХ З А Д А Ч

МЕ Т О Д О М МИНИМИЗАЦИИ [СКОРЕЙШИМ СПУСКОМ)

Вобщем виде вся программа записана алгоритмическим языком

(АЛГОЛ-60). Она

состоит из отдельных

блоков и операторов.

В самом начале программы описаны те величины,

которые встретят­

ся

в программе. Об этих величинах речь

пойдет

несколько

ниже.

 

Д л я решения обратной задачи в вычислительную машину

долж­

на

быть введена числовая информация. Она состоит из

нескольких

групп. Первая группа —информация, характеризующая

наблюден­

ное

гравитационное

поле, содержит координаты

точек

и значение

поля в данных точках: X T [1 : п], УТ [1 : п], GNABL [1 : п].

Вто­

рая группа содержит значения параметров тел, которыми аппрок­

симируется

геологическая

схема:

РР1 [1 : m],

РР2 [1 : m], ...

PPT I I : m]

и PI [1 : m],

P2 [1 : m],

... PK [1 : т]. В массивах

Р Р 1 ,

РР2,

... PPT [1 : m] объединены

параметры,

значения

кото­

рых

подлежат

определению

(параметры переменные). Они

входят

в функции (1.2)

и (1.3).

 

 

 

 

Массивы

Р ] , Р2, ... PK [1 : пг] определяют геологическую схему,

но они при решении задачи

закреплены и имеют роль постоянных

параметров.

 

 

 

 

 

 

Так как при решении различных задач размеры первой и второй групп могут быть различными, то в память вычислительной машины

29

необходимо ввести

значения величин п — количество точек, кото­

рые используются

при

решении

задачи, m — количество

возму­

щающих тел,

которыми

аппроксимируется геологическая

схема.

Что же касается величины (Т +

К)

— общее количество

параметров

в элементарном

геологическом

теле, то оно постоянно

для

каждой

конкретной задачи. Например, если геологическое тело представ­

ляется совокупностью

цилиндрических

тел,

то Т + К — 4,

Т =

= 3 (это параметры t,

h, d), а параметр

/< =

1 это sign а. Если

гео­

логическая схема описана как совокупность прямых уступов, огра­

ниченных по простиранию (рис. 1), то

чаще

всего

Т — 1 (этим

параметром

является

d

положение

грани

уступа).

Величина

К = 5 (a,

h,

H,

Іъ

U) — все

они

считаются постоянными и

не подлежат изменениям в процессе минимизации (1.2).

 

 

Далее в

память

машины

должны быть

записаны

значения

F K 0 I I

и АК 0 1 І . Эти

величины

определят

окончание вычислительных

цик­

лов по критериям (1.13) и (1.14).

 

 

 

 

 

 

 

Значение

FKon

может быть вычислено, а

величина

Д К 0 І І

задается.

Она должна

быть определена в

процессе

опробования конкретных

практических задач или установлена из модельных исследований. Чаще всего эта величина колеблется в пределах 0,05—0,02. Таким образом, в оперативном запоминающем устройстве выделяется мас­ сив исходных значений для решения задачи. Обозначим его Мх. Размеры этого массива зависят от величины п и /п.

Введенная в вычислительную машину информация печатается. Это необходимо для возможной проверки исходных данных. Ведь даже незначительная на первый взгляд ошибка во введенной число­ вой информации может исказить замысел интерпретатора, и задача не будет решена.

Теперь вновь обратимся к описанию переменных величин в программе. Символами і, j обозначены переменные индексы: і изме­

няется от

0 до п, j — от

0 до пг. Величины SKL,

T K L , Р35,

Р7

определяются в самой программе. Первые две величины нужны

для

передачи

управления по

переключателям switch

KLM2:

=

АО,

A I , А2, A3; switch КХ37:

= Т6, Т14, Û. Возле наименования

пере­

ключателя указаны метки, которыми обозначены некоторые опера­ торы в программе. Величина SKL в процессе решения задачи может принимать значение от 1 до 4. В зависимости от значения этой ве­ личины переключатель KLM2 передает управление одному из опе­ раторов с метками АО, A l , А2 или A3. Величина T K L может при­ нимать в вычислительном процессе значения от 1 до 3. Целые числа Р35 и Р7 так же используются для передачи управления.

Далее описаны массивы действительных чисел. В начале идут координаты точек и значения поля в данных точках, затем парамет­ ры геологической схемы. Д л я записи промежуточных данных выделе­

но две

группы массивов 7И2 и М3.

В группе М2 выделены массивы

РР1М2,

РР2М2,

РРТМ2 [1 : m] для записи результатов

вычис­

лений

в

очередной

итерации параметров

геологической

схемы.

В каждом

цикле вычислительного

процесса

после изменений

геоло-

30

гической схемы делается расчет гравитационного поля

У т е о р

(хс, t/t)

в и

точках. В программе этот массив обозначен GTM2

[1 : п\.

В мас­

сив

М3 переписываются вычисленные значения

геологических

параметров и рассчитанное гравитационное поле (массивы РР1МЗ,

РР2МЗ, ... РРТМЗ [1 : т]

и

GTM3 [1 :л]). Символами FPR1,

FPR2,

... FPRT [1 : т]

обозначены

массивы

значений

производных

от

функции (1.2) по искомым параметрам.

 

 

 

 

Затем следует описание действительных чисел. Как указыва­

лось,

FK 0 1 I , А к о п

вводятся

вместе с

исходными данными. Они опи­

саны

идентификаторами

FKON

и

DELT .

О

значении

других

чисел будет сказано дальше.

 

 

 

 

 

s1

Теперь перейдем к описанию

самой программы. Величинам

и s2 присваиваются значения

соответственно

1,0 и 2,0. Целое

число

Р7 получает значение 0. Далее следует составной оператор. Он опи­ сан меткой N . В цикле переписываются значения переменных па­

раметров в массиве М2. Переменным Р35, SKL,

T K L присваивается

значение 1 и управление передается оператору,

которому присвое­

на метка А.

 

В самом конце программы помещены четыре группы операторов, возле которых стоят метки А, В, С, К . Они тесно связаны между со­

бой, и представляют, по сути,

специализированные подпрограммы.

Меткой

А обозначен блок,

в

котором вычисляются значения

 

 

 

m

 

 

Ѵтеор (*£і Ус) =

І Ѵ^/теор (Х[,

Ус).

 

 

 

і=\

 

Под меткой

В записан блок вычисления функции

 

п

 

 

 

 

F = Il [Ѵнабл І,

У[) — Ѵтеор (*„

Ус)?.

Работает блок в одном вычислительном цикле четыре раза. Здесь помещен переключатель КХМ2 (switch KLM2: = АО, A I , А2, A3;).

Функция F поочередно записывается в

четыре разные ячейки

памяти.

 

На следующий блок (метка С) переходят только в том случае,

если число Р35 Ф 0. Здесь вычисляются

производные функции F

по искомым параметрам. Эти величины в каждом цикле вычисляют­ ся только один раз. Значит, каждый раз при переходе к А (а значит,

и к блоку

В, который следует за ним) всегда

нужно обращать вни­

мание на

значения числа

Р35.

 

С помощью оператора

К осуществляет выход из этой своеобраз­

ной подпрограммы в нужное место основной

программы.

Обращает на себя внимание, что операторы А и С не могут быть описаны конкретно в общей программе. В каждой задаче будут свои функции Ѵ/теор (xt, ус), значит, и разные значения производных функции F. При рассмотрении конкретных задач необходимо опи­ сать эти блоки.

Выход из подпрограммы с метками А — В — С К осуществ­ ляется на оператор Т6 при (TKL = 1). Вычисленное значение функ-

31

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ