(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210656375.8 (22)申请日 2022.06.10 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 籍多发　翟长海　李晨曦　温卫平　 王泽宇　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 侯静 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/10(2006.01) G06T 17/00(2006.01) G06N 3/04(2006.01)G06N 3/08(2006.01) (54)发明名称 基于循环神经网络的无网格三维地震波场 的建立方法 (57)摘要 基于循环神经网络的无网格三维地震波场 的建立方法， 本发明为了解决传统三维地震波场 建模方法耗时且无法计算非网格点处物理量的 问题。 无网格三维地震波场的建立方法： 一、 建立 控制方程； 二、 确定差分格式和边界条件； 三、 矩 张量源信息作为网络的输入， 建立循环卷积神经 网络； 四、 基于泰勒展开的原理， 利用循环卷积神 经网络计算得到的网格点上应力值线性组合近 似表示， 根据该网格点在空间中与相邻网格点的 相对位置， 推导加权系数矩阵得到任意非网格点 处的加速度值， 再进行积分滤波得到速度值。 本 发明建立了三维有限差分和RCNN结构之间的本 征联系， 在网格点上具有和同等尺 寸网格有限差 分解同等的精度， 且计算 耗时更短。 权利要求书4页 说明书9页 附图6页 CN 115081274 A 2022.09.20 CN 115081274 A 1.基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特征在于该无网格三维地 震波场的建立方法按照以下步骤实现： 步骤一、 建立控制方程： 均匀弹性， 各向同性介质中速度 ‑应力格式的三维地震 波动方程如下： 三维地震 波动方程的完整形式为： 上式中， v＝[vx,vy,vz]T表示质点运动速度矢量， τ＝[τxx, τxy, τxz； τxy, τyy, τyz； τxz, τyz, τzz]表示二阶应力 张量， f＝[fx,fy,fz]T表示体力项， ρ表示介质 密度， b代表介质 密度的倒 数， c表示四阶弹性张量， λ， μ代表反映介质弹性性质的拉梅常数， 分别代表三个 方向的空间偏导 算子 代表时间偏导 算子 步骤二、 确定 差分格式和边界条件： 采用交错网格有限差分方法对三维地震波动方程进行离散化处理， 吸收边界条件采用 PML吸收边界条件； 步骤三、 建立循环卷积神经网络： 根据交错网格时域有限差分迭代过程建立循环卷积神经网络， 矩张量源信 息作为网络 的输入， 质点速度波场时程信息、 应力波场时程信息作为网络的输出， 循环神经网络内部状 态为当前时刻的网格点处速度波场和应力波场； 步骤四、 无网格地震 波场建模： 基于泰勒展开的原 理， 空间任意非网格点处应力的偏导数利用步骤三中循环卷积神经 网络计算得到的网格点上应力值线性组合近似表示， 根据该网格点在空间中与相 邻网格点 的相对位置， 推导加权系 数矩阵得到任意非网格点处的加速度值， 再进行积分滤波得到速 度值， 从而完成无网格三维地震 波场的建立。 2.根据权利要求1所述的基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特 征在于步骤一中λ 的取值 为9.75Gpa， μ 的取值 为9.52Gpa。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115081274 A 23.根据权利要求1所述的基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特 征在于步骤二中所述的有限差分方法采用时间二阶差分， 空间四阶差分。 4.根据权利要求3所述的基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特 征在于所述的差分公式为： 上式中， 物 理量上标代表时间索引， 下标代表物 理量的空间位置索引， 其中n指n时刻， i 指x方向第i个网格点， j指y方向第j个网格点， k指z方向第k个网格点， Dx指x 方向微分算子， Dy指y方向微分算子， Dz指z方向微分算子， Δt指离 散后的时间步长 。 5.根据权利要求1所述的基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特 征在于步骤三中循环卷积神经网络是在执行波场更新的RNN过程中嵌入了卷积神经网络 CNN， 通过CN N执行空间导数的差分近似过程。 6.根据权利要求1所述的基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特 征在于步骤三中循环卷积神经网络的输入、 输出的权重取1.0， 当前时刻 波场信息向下一时 刻传递的权 重根据PML吸 收边界的衰减因子张量以及时间步长设定 。 7.根据权利要求1所述的基于循环神经网络的无网格三维地震波场的建立方法， 其特 征在于当前时刻 波场信息向下一时刻传递的权重根据P ML吸收边界的衰减因子张量以及时 间步长设定的公式如下： 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115081274 A 3