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应用地球物理  2020, Vol. 17 Issue (2): 306-313    DOI: 10.1007/s11770-020-0810-1
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基于字典学习的航空电磁数据去噪技术研究*
薛舒杨1,殷长春 1,苏扬1,刘云鹤1,王勇2,刘才华3,熊彬4,孙怀凤5
1.吉林大学地球探测科学与技术学院,长春 130026;
2.吉林大学建设工程学院,长春 130026;
3.中陕核工业集团二一四大队有限公司,西安 710100;
4.桂林理工大学地球科学学院,桂林 541006;
5.山东大学岩土与结构工程研究中心,济南 250061
Airborne electromagnetic data denoising based on dictionary learning*
Xue Shu-yang 1, Yin Chang-chun 1, Su Yang 1, Liu Yun-he 1, Wang Yong 2, Liu Cai-hua 3, Xiong Bin 4, and Sun Huai-feng 5
1. College of Geo-Exploration Sciences and Technology, Jilin University, Changchun 130026, China.
2. Construction Engineering College, Jilin University, Changchun 130026, China.
3. Sino Shaanxi Nuclear Industry Group 214 Brigade Co., Ltd, Xi'an 710100, China.
4. College of Earth Sciences, Guilin University of Technology, Guilin 541006, China.
5. Geotechnical and Structural Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061, China.
 全文: PDF (791 KB)   HTML ( KB)   输出: BibTeX | EndNote (RIS)      背景资料
摘要 时间域航空电磁(AEM)勘探在测量过程中受各种噪声干扰,导致测量数据失真,影响了反演结果精度。传统的去噪方法大多针对数据本身进行加工,没有对数据的特征进行深入分析,所以去噪效果不理想。本文提出一种基于字典学习的航空电磁数据去噪方法。该方法是通过字典学习对含噪信号进行特征分析和提取,然后对信号进行重构。在字典学习过程中,把随机噪声作为残差过滤掉,达到去噪效果。为了验证所提去噪方法的有效性,我们将固定字典过完备离散余弦变换(Overcomplete discrete cosine transform,简称ODCT)、 最优方向法(Methodof optimal directions,简称MOD)字典学习算法和K-奇异值分解(K-singular value decomposition,简称K-SVD)字典学习算法用于时间域航空电磁单点衰减曲线和测线剖面上不同时间道数据去噪,结果表明三种字典学习方法对航空电磁数据去噪效果有明显差异,以K-SVD 字典学习方法效果最佳。
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关键词时间域航空电磁   数据处理   去噪   字典学习   稀疏表示     
Abstract: Time-domain airborne electromagnetic (AEM) data are frequently subject to interference from various types of noise, which can reduce the data quality and affect data inversion and interpretation. Traditional denoising methods primarily deal with data directly, without analyzing the data in detail; thus, the results are not always satisfactory. In this paper, we propose a method based on dictionary learning for EM data denoising. This method uses dictionary learning to perform feature analysis and to extract and reconstruct the true signal. In the process of dictionary learning, the random noise is filtered out as residuals. To verify the effectiveness of this dictionary learning approach for denoising, we use a fixed overcomplete discrete cosine transform (ODCT) dictionary algorithm, the method-of-optimal-directions (MOD) dictionary learning algorithm, and the K-singular value decomposition (K-SVD) dictionary learning algorithm to denoise decay curves at single points and to denoise profile data for different time channels in time-domain AEM. The results show obvious differences among the three dictionaries for denoising AEM data, with the K-SVD dictionary achieving the best performance.
Key wordsTime-domain AEM   data processing   denoising   dictionary learning   sparse representation   
收稿日期: 2019-12-17;
基金资助:

本项目由中科院先导专项(XDA14020102)、国家自然科学基金(41774125、41530320、41804098)及国家重点研发计划项目(2016YFC0303100、2017YFC0601900)联合资助。

通讯作者: 殷长春(E-mail: yinchangchun@jlu.edu.cn)     E-mail: yinchangchun@jlu.edu.cn
作者简介: 薛舒杨,硕士研究生。2019 年于吉林大学地球探测科学与技术学院获得学士学位,现就读于吉林大学地球探测科学与技术学院攻读硕士学位,所学专业为地球探测与信息技术。主要从事地球物理电磁正反演理论和方法技术研究。
引用本文:   
. 基于字典学习的航空电磁数据去噪技术研究*[J]. 应用地球物理, 2020, 17(2): 306-313.
. Airborne electromagnetic data denoising based on dictionary learning*[J]. APPLIED GEOPHYSICS, 2020, 17(2): 306-313.
 
没有本文参考文献
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