تخمین چگالی تَرَک برپایه امواج التراسونیک با شبکه های عصبی کانولوشنی

عنوان دوره: پنجمین همایش ژئوفیزیک اکتشافی نفت
کد مقاله : 1808-NIGS
نویسندگان
1استادیار/دانشگاه زنجان
2Fraunhofer IEG, and Ruhr-University Bochum, Bochum, Germany
چکیده
ترک‌ها از جمله ناپیوستگی‌های مخرب در سنگ، خاک و سیمان به شمار می‌روند. درک بهتر ما در مورد ویژگی‌های مختلف آنها در پدیده‌های طبیعی و سازهای دست‌ساز بشر امری ضروری است. شناخته‌ترین پارامتری که برای این ارزیابی وجود دارد سرعت موج عبوری از درون نمونه است. در مقیاس‌های کوچک چنین اطلاعاتی از تست موج التراسونیک به عنوان یک آزمون غیر مخرب بدست می‌آید. در این مطالعه ما از پیشرفت‌های اخیر در زمینه یادگیری ماشین برای تخمین چگالی ترک (تعداد ترک در واحد حجم) با استفاده از شکل موج منتشر شده در نمونه بهره خواهیم برد. برای این کار، مدل‌های عددی بسیاری با چگالی ترک و نیز نسبت طول موج به طول ترک متفاوت تهیه شد و با استفاده از یک روش اختلاف محدود موج الاستیک درون نمونه‌ها منتشر شد. سپس از یک شبکه عصبی کانولوشنی برای تخمین مقادیر چگالی ترک استفاده گردید. نتایج نشان داد، بهترین تخمین‌ها در نسبت طول موج به طول ترک 34 اتفاق می‌افتد. مقادیر تخمینی از امواج عبوری اندکی بهتر از امواج بازتابی‌اند. همچنین تخمین‌های امواج 2بعدی عملکرد بهتری نسبت امواج 1بعدی دارند. با این وجود، دقت تخمین‌های امواج 1بعدی (عبوری یا بازتابی) آنقدر بالا است (97% < R2) که بتوان از آنها برپایه روش‌های یادگیری ماشین در تخمین چگالی ترک استفاده نمود.
کلیدواژه ها
 
Title
Crack density prediction based on ultrasonic waves using convolutional neural networks
Authors
Sadegh Karimpouli, Erik Saenger
Abstract
Cracks are accounted as the most destructive discontinuity in the rock, soil, and concrete. Enhancing our knowledge from their properties is crucial in geo-systems. The most well-known mechanical parameter for such an evaluation is wave velocity. In small scales, such information is obtained using the ultrasonic pulse velocity (UPV) technique as a non-destructive test. In this paper, we take advantage of the recent advancements in machine learning (ML) for analyzing wave signals and predict rock properties such as crack density (CD)‒ the number of cracks per unit volume. To this end, we designed numerical models with different CDs, different wavelength to crack length ratio and, using the rotated staggered finite-difference grid (RSG) technique, simulated wave propagation. Then, convolutional neural networks were used for crack density prediction. Results revealed that wavelength to crack length ratio of 34 leads to best predictions. accuracy of the transmitted signals is slightly higher than the reflected signals. Also, accuracy of 2D signals is marginally higher than 1D signals. However, predations from 1D signals (either transmitted or reflected) are accurate enough (R2 > 97%) that be used for crack density predictions via a machine learning approach.
Keywords
Crack density, machine learning, Convolutional Neural Network, wave propagation