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(1) GoogLeNetINV神经网络架构设计与大地电磁反演模型构建

大地电磁测深法是一种利用天然电磁场源探测地下电性结构的地球物理勘探方法，通过测量地表电磁场分量的频率响应特性来推断地下介质的电阻率分布。从观测数据到地下模型的转换过程称为反演，是大地电磁数据解释的核心环节。传统反演方法基于迭代优化思想，通过不断修正模型参数使得正演响应与观测数据之间的误差最小化，但这类方法存在对初始模型依赖性强、计算耗时长以及容易陷入局部最优等固有缺陷。深度学习作为一种强大的非线性映射学习工具，能够从大量数据中自动学习输入与输出之间的复杂关系，为大地电磁反演提供了全新的解决思路。

本研究设计了专门面向大地电磁反演任务的GoogLeNetINV神经网络架构，该网络在经典的GoogLeNet结构基础上进行了针对性改进以适应地球物理反演问题的特点。网络的输入为视电阻率频率响应曲线，这是大地电磁测量的直接产出数据，包含了地下电性结构的信息；网络的输出为地电模型的电阻率分布，即反演结果。GoogLeNet的核心创新是Inception模块，该模块通过并行使用不同尺寸的卷积核并融合其输出，能够同时捕获不同尺度的特征信息。在大地电磁反演场景下，不同频率的电磁响应对应不同深度范围的地下信息，Inception模块的多尺度特性恰好适合处理这种多尺度信息融合的需求。

网络架构的具体设计经过了系统的调试和优化。输入层接收固定长度的视电阻率序列，序列的每个元素对应一个测量频率点的视电阻率值。数据首先经过若干常规卷积层进行初步特征提取，然后进入由多个改进Inception模块堆叠组成的深层网络进行复杂特征学习。改进的Inception模块相比原始版本减少了通道数以降低计算复杂度，同时增加了批归一化层以加速收敛和提升稳定性。网络的后半部分采用全局平均池化替代全连接层以减少参数量和过拟合风险，最终通过线性输出层生成与地下模型网格数相等维度的电阻率预测向量。训练过程采用均方误差损失函数度量预测电阻率与真实电阻率之间的差异，优化器选用Adam算法，学习率采用阶梯衰减策略。通过在大量合成数据上的训练，网络学习到了从视电阻率曲线到地电模型的非线性映射关系，具备了快速反演的能力。

(2) 理论观测系统设计与训练数据集的生成方法

深度学习模型的训练需要大量的输入输出数据对，对于大地电磁反演任务而言，需要准备大量的地电模型及其对应的视电阻率响应数据。由于真实测量数据往往数量有限且缺乏准确的地下真值模型，本研究采用数值模拟方法生成合成数据集用于网络训练。数据生成流程包括观测系统设计、地电模型随机生成和正演模拟计算三个主要步骤，需要精心设计以保证训练数据的多样性和代表性。

观测系统的设计模拟实际大地电磁测量的配置方案，定义了测点位置分布和测量频率范围。测点沿测线方向均匀分布，间距根据目标探测深度和分辨率要求确定，本研究设置了覆盖目标研究区域的足够密度的测点。测量频率范围从高频到低频跨越多个数量级，高频响应主要反映浅部结构信息，低频响应则携带深部信息，频率采样采用对数等间距方式以平衡各深度的信息权重。正演模式选择TM模式，即横磁模式，该模式对横向电阻率变化敏感，适合研究二维地电结构。

地电模型的随机生成是数据集构建的核心环节，需要保证生成模型涵盖足够多样的地质情况。本研究设计了多种典型的地电模型类型，包括水平层状模型、含低阻异常体模型、含高阻异常体模型、倾斜界面模型以及复合异常模型等。每种类型的模型参数（如层厚度、异常体位置和形状、电阻率值等）在合理的地质范围内随机采样生成大量变体。异常体的形状涵盖矩形、椭圆形和不规则多边形等多种几何形态，电阻率值的变化范围从几欧姆米到数千欧姆米，覆盖了从导电到高阻的各种地质体。对于每个生成的地电模型，调用有限元或有限差分正演程序计算其在设定观测系统下的视电阻率响应，正演计算考虑了电磁场在非均匀介质中的传播和感应效应。最终生成了包含数万个模型响应对的训练数据集，并按比例划分为训练集、验证集和测试集，用于后续的网络训练、超参数调优和性能评估。

(3) 抗噪声能力验证与实测数据反演应用

深度学习反演方法在实际应用中需要面对观测数据中不可避免存在的噪声干扰，因此模型的抗噪声能力是评价其实用性的重要指标。本研究设计了系统的噪声试验来验证GoogLeNetINV网络在含噪数据条件下的反演性能。噪声模型采用与实际测量噪声特性相似的高斯白噪声，噪声水平通过信噪比参数控制，试验设置了从高信噪比到低信噪比的多个级别。对于测试集中的每个合成模型，分别在其正演响应上添加不同强度的噪声，然后将含噪数据输入训练好的网络进行反演，比较反演结果与真实模型之间的偏差。

噪声试验结果表明，GoogLeNetINV网络表现出良好的抗噪声鲁棒性。在低噪声水平下，反演结果与真实模型高度吻合，主要地电结构的位置、形态和电阻率值都能准确恢复。随着噪声水平的提高，反演结果的细节精度有所下降，但整体的地电结构格架仍能可靠识别。即使在信噪比降至较低水平的极端情况下，网络仍能给出合理的反演结果，对主要异常体的位置和大致范围的判断基本正确。

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