本發(fā)明涉及凍土檢測，尤其涉及一種凍土的多參量一體化檢測方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、富冰凍土廣泛分布于高緯度和高海拔地區(qū)，其物理和熱學(xué)參數(shù)對工程建設(shè)、環(huán)境監(jiān)測和氣候研究具有重要意義。準確測量富冰凍土的溫度、含水量、含冰量、導(dǎo)熱系數(shù)和容積熱容量等參數(shù)，對于預(yù)測凍土變化、評估工程穩(wěn)定性和理解氣候變化至關(guān)重要。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，溫度測量通常采用埋設(shè)熱電偶或熱敏電阻的方法，能夠獲取土壤溫度，但無法提供其他物理參數(shù)。含水量測量使用時域反射儀（tdr）或頻域反射儀（fdr），通過測量介電常數(shù)推算土壤含水量，但在凍土中精度下降。含冰量測量多采用取樣分析或核磁共振等方法，過程復(fù)雜，無法實時監(jiān)測。導(dǎo)熱系數(shù)和容積熱容量測量采用穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)熱導(dǎo)方法，如熱板法或線熱源法，需要復(fù)雜的實驗條件，難以在現(xiàn)場應(yīng)用。上述方法各自獨立，無法實現(xiàn)多參數(shù)的同步測量，且在富冰凍土環(huán)境下應(yīng)用受限，因此，亟需一種能夠同時檢測凍土中的多種參量的方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種凍土的多參量一體化檢測方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)，以解決不能同時檢測凍土中多種參量的問題。

2、第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種凍土的多參量一體化檢測方法，包括：

3、獲取待檢測區(qū)域的土壤溫度數(shù)據(jù)；其中，土壤溫度數(shù)據(jù)包括三維空間位置、時間和相應(yīng)的時空溫度；

4、將土壤溫度數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練的多參量檢測模型，得到待檢測區(qū)域的土壤的含水量、土壤的含冰量、土壤的導(dǎo)熱系數(shù)和土壤的容積熱容量；其中，多參量檢測模型基于預(yù)先構(gòu)建的數(shù)據(jù)集對pinn模型進行訓(xùn)練得到，數(shù)據(jù)集包括凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)、凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量；

5、多參量檢測模型的訓(xùn)練過程包括：

6、將凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)作為pinn模型的輸入，將凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量作為pinn模型的輸出，對pinn模型進行訓(xùn)練；根據(jù)凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)構(gòu)建一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程，根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程構(gòu)建損失函數(shù)，當損失函數(shù)達到收斂，訓(xùn)練得到多參量檢測模型。

7、在一種可能的實現(xiàn)方式中，損失函數(shù)包括數(shù)據(jù)損失函數(shù)和物理損失函數(shù)；

8、根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程構(gòu)建損失函數(shù)，包括：

9、根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程構(gòu)建數(shù)據(jù)損失函數(shù)和物理損失函數(shù)；

10、根據(jù)數(shù)據(jù)損失函數(shù)和物理損失函數(shù)構(gòu)建損失函數(shù)。

11、在一種可能的實現(xiàn)方式中，一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程為：

12、

13、式中， t（ x,t）為 x位置 t時刻的土壤溫度， ρ、 c、 k分別為土壤的密度、容積熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)， q( x, t)為熱源項；

14、損失函數(shù)為：

15、

16、式中，λdata為權(quán)重系數(shù)，為數(shù)據(jù)損失函數(shù)，λphysics為權(quán)重系數(shù)，為物理損失函數(shù)；

17、數(shù)據(jù)損失函數(shù)為：

18、

19、式中，為預(yù)測溫度， tobs為觀測溫度， n為數(shù)據(jù)點數(shù)量；

20、物理損失函數(shù)為：

21、

22、式中，為預(yù)測溫度， m為采樣點數(shù)， ρ、 c、 k分別為土壤的密度、容積熱容量和導(dǎo)熱系數(shù)， q為熱源項。

23、在一種可能的實現(xiàn)方式中，獲取待檢測區(qū)域的土壤溫度數(shù)據(jù)，包括：

24、將傳感器植入至待檢測區(qū)域的凍土中；其中，傳感器包括三根平行設(shè)置的探針，中間的探針能夠加熱和測量溫度，兩側(cè)的探針能夠測量溫度；

25、使中間的探針向周圍的土壤施加脈沖；

26、同時采集三根探針隨空間位置和時間變化的溫度數(shù)據(jù)，得到土壤溫度數(shù)據(jù)。

27、在一種可能的實現(xiàn)方式中，將土壤溫度數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練的多參量檢測模型之前，還包括：

28、將待檢測區(qū)域的土壤溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理，將濾波處理后的土壤溫度數(shù)據(jù)去除噪聲，將去除噪聲后的土壤溫度數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練的多參量檢測模型。

29、在一種可能的實現(xiàn)方式中，將待檢測區(qū)域的土壤溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理，包括：

30、利用濾波器對土壤溫度數(shù)據(jù)進行濾波處理，得到濾波處理后的土壤溫度數(shù)據(jù)；

31、將濾波處理后的土壤溫度數(shù)據(jù)去除噪聲，包括：

32、利用小波變換或中值濾波對濾波處理后的土壤溫度數(shù)據(jù)去除噪聲處理，得到去除噪聲后的土壤溫度數(shù)據(jù)。

33、在一種可能的實現(xiàn)方式中，方法還包括：

34、獲取數(shù)據(jù)集；數(shù)據(jù)集包括凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)、凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量；

35、將數(shù)據(jù)集中預(yù)設(shè)比例的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練集，將剩余的數(shù)據(jù)作為測試集；

36、根據(jù)訓(xùn)練集對pinn模型進行訓(xùn)練，根據(jù)測試集對pinn模型進行測試，得到多參量檢測模型。

37、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種多參量一體化檢測裝置，包括：

38、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取待檢測區(qū)域的土壤溫度數(shù)據(jù)；其中，土壤溫度數(shù)據(jù)包括三維空間位置、時間和相應(yīng)的時空溫度；

39、參量檢測模塊，用于將土壤溫度數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練的多參量檢測模型，得到待檢測區(qū)域的土壤的含水量、土壤的含冰量、土壤的導(dǎo)熱系數(shù)和土壤的容積熱容量；其中，多參量檢測模型基于預(yù)先構(gòu)建的數(shù)據(jù)集對pinn模型進行訓(xùn)練得到，數(shù)據(jù)集包括凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)、凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量；

40、多參量檢測模型的訓(xùn)練過程包括：

41、將凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)作為pinn模型的輸入，將凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量作為pinn模型的輸出，對pinn模型進行訓(xùn)練；根據(jù)凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)構(gòu)建一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程，根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程構(gòu)建損失函數(shù)，當損失函數(shù)達到收斂，訓(xùn)練得到多參量檢測模型。

42、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種終端，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器中并可在處理器上運行的計算機程序，處理器執(zhí)行計算機程序時實現(xiàn)如上第一方面或第一方面的任一種可能的實現(xiàn)方式中所述方法的步驟。

43、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如上第一方面或第一方面的任一種可能的實現(xiàn)方式中所述方法的步驟。

44、本發(fā)明實施例提供一種凍土的多參量一體化檢測方法、裝置、終端及存儲介質(zhì)，通過獲取待檢測區(qū)域的土壤溫度數(shù)據(jù)；其中，土壤溫度數(shù)據(jù)包括三維空間位置、時間和相應(yīng)的時空溫度，是后續(xù)檢測的基礎(chǔ)。將土壤溫度數(shù)據(jù)輸入至預(yù)先訓(xùn)練的多參量檢測模型；其中，多參量檢測模型基于預(yù)先構(gòu)建的數(shù)據(jù)集對pinn模型進行訓(xùn)練得到，數(shù)據(jù)集包括凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)、凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量；多參量檢測模型的訓(xùn)練過程包括：將凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)作為pinn模型的輸入，將凍土試樣的含水量、凍土試樣的含冰量、凍土試樣的導(dǎo)熱系數(shù)和凍土試樣的容積熱容量作為pinn模型的輸出，對pinn模型進行訓(xùn)練；根據(jù)凍土試樣的土壤溫度數(shù)據(jù)構(gòu)建一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程，根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程構(gòu)建損失函數(shù)，根據(jù)損失函數(shù)評估模型預(yù)測值與真實值之間的差異，優(yōu)化模型參數(shù)。當損失函數(shù)達到收斂，訓(xùn)練得到多參量檢測模型，便于凍土的含水量、含冰量、導(dǎo)熱系數(shù)和容積熱容量等多參量的同時檢測。