- DOI:10.22144/ctu.jvn.2018.033 PHÂN TÍCH TÀI LIỆU TRỌNG LỰC 2-D VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG BẰNG CÁC THUẬT GIẢI TỐI ƯU TOÀN CỤC. - Bồn trầm tích, thuật giải di truyền, thuật giải memetic Keywords:. - Bài báo trình bày kết quả tính bề dày bồn trầm tích 2-D bằng thuật giải di truyền và thuật giải memetic. - Hai thuật giải áp dụng thuộc nhóm thuật giải tối ưu toàn cục. - Trong đó, thuật giải memetic là sự kết hợp của thuật giải di truyền và phương pháp tìm kiếm địa phương Quasi-Newton.. - Hai thuật giải được kiểm tra trên mô hình. - Kết quả độ sâu cực đại và cực tiểu tính bằng hai thuật giải hầu như trùng khớp nhau và có giá trị cực tiểu là 0,3 km – 0,4 km và độ sâu cực đại là 1,6 km. - thời gian tính bằng thuật giải memetic nhanh hơn thời gian tính bằng thuật giải di truyền.. - Phân tích tài liệu trọng lực 2-D vùng Đồng bằng sông Cửu Long bằng các thuật giải tối ưu toàn cục. - trung bình của dị thường tính và dị thường quan sát (hàm mục tiêu). - Để khắc phục khuyết điểm trên, trong những năm gần đây, người ta sử dụng thuật giải tối ưu toàn cục trong đó có thuật giải di truyền (genetic algorithm, viết tắt là GA) để giải bài toán ngược trọng lực vừa nêu. - Ban đầu, thuật giải tạo ra một quần thể (population) ngẫu nhiên gồm nhiều cá thể, mỗi cá thể hay nhiễm sắc thể (chromosomes) là một lời giải của bài toán. - khi đó, thuật giải chọn ra một lời giải tốt nhất trong nhiều bộ lời giải. - Với các bước tính vừa nêu cho thấy thuật giải này có không gian tìm kiếm giải pháp lớn do đó thuật giải không bị rơi vào cực tiểu hay cực đại địa phương và lời giải đạt được là phong phú và khách quan. - Với các ưu điểm vừa nêu, thuật giải di truyền được các tác giả sử dụng để giải bài toán ngược trọng lực, trong đó mô hình được chọn là những ô hay các khối hình hộp chữ nhật có kích thước và mật độ không đổi (Boschetti et al., 1997;. - Ở Việt Nam, cũng có các tác giả sử dụng thuật giải di truyền, thuật giải tiến hóa để tính mặt móng kết tinh (Đặng Văn Liệt với mô hình được chọn là một đa giác. - Lương Phước Toàn và ctv dùng thuật giải. - di truyền liên tục và thuật giải di truyền nhị phân để tính bề dày bồn trầm tích với mô hình là tập hợp những tấm chữ nhật có hiệu mật độ không đổi và thay đổi theo độ sâu theo qui luật hàm parabôn (Lương Phước Toàn và Đặng Văn Liệt, 2015).. - Chương trình giải bài toán ngược trọng lực bằng thuật giải di truyền thường hội tụ chậm (hội tụ sau nhiều thế hệ tiến hóa). - Để giảm số vòng lặp, thời gian tính, trong bài này, thuật giải memetic (viết tắt là MA) (Moscato, 2003. - kết hợp giữa thuật giải di truyền và phương pháp tìm kiếm địa phương Quasi-Newton (the genetic algorithm and Quasi-Newton local search, viết tắt là GA-QN) được dùng để giải bài toán ngược trọng lực. - Thuật giải di truyền và thuật giải memetic vừa nêu được kiểm tra trên mô hình, sau đó áp dụng để tính bề dày bồn trầm tích 2-D trên tuyến đo dị thường trọng lực Bạc Liêu vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). - So sánh các kết quả tính như độ sâu, độ chính xác, thời gian tính từ hai thuật giải áp dụng.. - 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mô hình dị thường trọng lực. - Bài toán xác định bề dày của bồn trầm tích là xác định độ sâu z j của các tấm chữ nhật từ các giá trị của dị thường quan sát.. - Dị thường trọng lực của mô hình. - Dị thường trọng lực g(x) của một tấm hình chữ nhật, bề rộng là w, bề dày là z, mật độ thay đổi theo qui luật hàm parabôn (1) (Hình 2) tại điểm bất kỳ P(x,0) nằm trên mặt đất được cho bởi (Rao et al., 1993):. - 2.3 Thuật giải di truyền và thuật giải memetic. - Lý thuyết thuật giải di truyền đã giới thiệu trong phần mở đầu và cũng được nhiều tác giả trình bày (Krahenbuhl, 2005. - Thuật giải memetic sử dụng trong bài báo có lưu đồ như Hình 3, gồm ba bước tính:. - Xây dựng mô hình: Ban đầu, thuật giải tạo ra ngẫu nhiên M bộ lời giải, mỗi bộ lời giải là một mô hình - tập hợp độ sâu các tấm hình chữ nhật thẳng đứng đặt liền kề.. - Xét độ chính xác: Sử dụng công thức (4) để tính dị thường của mỗi mô hình. - Từ dị thường này và dị thường quan sát, tính giá trị thích nghi của mỗi mô hình bằng hàm mục tiêu (5) (hàm thích nghi);. - Hình 3: Lưu đồ thuật giải memetic. - Các bước vừa trình bày là một thế hệ của thuật giải di truyền. - Khi thuật giải đạt được N max thế hệ tiến hóa thì phương pháp Quasi-Newton một lần nữa. - Phương pháp Quasi-Newton vừa trình bày sẽ kết hợp với thuật giải di truyền nhằm cải thiện nhanh giá trị thích nghi của cá thể - rút ngắn thời gian tính (giải bài toán ngược trọng lực). - là dị thường được cộng nhiễu. - Hai dị thường này xem là dị thường quan sát để tính lại độ sâu của mô hình bằng thuật giải di truyền và thuật giải memetic đã trình bày ở trên. - hàm thích nghi (5) dùng chung cho hai thuật giải.. - Hình 4: Mô hình bồn trầm tích 2-D Hình 5: Dị thường không nhiễu (đường liền) và dị thường chứa nhiễu (dấu chấm) 3.1.1 Trường hợp dị thường quan sát không. - Gọi và g obs là dị thường quan sát (đường liền trong Hình 5), với các tham số của thuật giải di truyền vừa trình bày thì kết quả tính được tổng hợp trong Bảng 1. - 0,0125, sai số của dị thường Φ d (m. - Hình 6c: Dị thường quan sát (dấu chấm) và dị. - Hình 6c biểu diễn dị thường quan sát (“dấu. - Các tham số của GA-QN bao gồm các tham số của thuật giải di truyền vừa nêu ngoại trừ số thế hệ tiến hóa được chọn là 450, đồng thời cứ sau N gene. - Cũng với dị thường quan sát g obs như trên (đường liền trong Hình 5) và tham số của thuật giải memetic vừa trình bày thì các kết quả tính được trình bày trong Bảng 1. - 0,0123, sai số của dị thường Φ d (m. - Hình 6d biểu diễn dị thường quan sát (“dấu. - Các tham số của GA và GA-QN vừa sử dụng cũng được dùng để tính bề dày bồn trầm tích trên dữ liệu thực – tuyến đo dị thường trọng lực Bạc Liêu ở mục 3.2.. - 3.1.2 Trường hợp dị thường quan sát có nhiễu. - ở đây dị thường quan sát có nhiễu g obs được biểu diễn bằng các “dấu. - Các tham số của thuật giải GA và thuật giải GA-QN được chọn trùng với các tham số thuật giải sử dụng trong trường hợp dị thường không nhiễu (mục 3.1.1).. - 0,0295, sai số của dị thường Φ d (m. - Hình 7c biểu diễn dị thường quan sát (“dấu. - Hình 7c: Dị thường trọng lực quan sát (dấu chấm). - và dị thường tính (đường liền) bằng GA Hình 7d: Dị thường trọng lực quan sát (dấu chấm) và dị thường tính (đường liền) bằng GA-. - 0,0339 sai số của dị thường Φ d (m. - Hình 7d biểu diễn dị thường quan sát (“dấu. - Kết quả tính bằng 2 thuật giải được tổng hợp trong Bảng 1. - Về độ sâu tính: Cả hai thuật giải đều cho kết quả gần như trùng khớp nhau và trùng khớp với mô hình. - Cụ thể là độ sâu cực đại tính bằng GA và GA- QN trong trường hợp dị thường quan sát không có nhiễu là 1,5 km (độ sâu cực đại của mô hình là 1,5 km). - Về thời gian tính: Thời gian tính bằng GA- QN là 15 giây, nhanh hơn thời gian tính bằng thuật giải GA (30 giây). - Đây là ưu điểm quan trọng của thuật giải GA-QN trong giải bài toán ngược trọng lực.. - Bảng 1: Kết quả kiểm tra thuật giải GA và GA-QN trên mô hình trọng lực 2-D. - THUẬT GIẢI GA THUẬT GIẢI GA-QN. - Dị thường. - Việc giải bài toán ngược trọng lực bằng thuật giải GA và GA-QN đã được kiểm tra trên mô hình.. - Các kết quả đạt được của hai thuật giải tương đồng nhau. - Phần tiếp theo là áp dụng hai thuật giải này để tính bề dày bồn trầm tích 2-D từ tài liệu trọng lực Bạc Liêu.. - 3.2 Áp dụng trên dữ liệu thực - tính bề dày bồn trầm tích 2-D từ dị thường trọng lực Bạc Liêu bằng GA và GA-QN. - Sau đó tính bản đồ dị thường. - Hàm mục tiêu (5) dùng làm hàm thích nghi và sử dụng chung cho hai thuật giải là GA và GA- QN trong phân giải tài liệu trọng lực.. - Hình 8: Tuyến dị thường trọng lực Bạc Liêu 3.2.1 Tính độ sâu bồn trầm tích bằng GA. - Các tham số thuật giải di truyền trong trường hợp này được chọn giống với các tham số thuật giải di truyền sử dụng để kiểm tra trên mô hình ở mục 3.1.1.. - Hình 9e biểu diễn giá trị của dị thường trọng lực tổng hợp từ mô hình tính được (đường liền) và dị thường quan sát (dấu. - thường trọng lực Bạc Liêu tính bằng GA Hình 9d: Kết quả phân tích độ sâu (2-D) của dị thường trọng lực Bạc Liêu tính bằng GA-QN. - Hình 9e: Dị thường quan sát (dấu. - và dị thường. - tổng hợp (đường liền) Bạc Liêu tính bằng GA Hình 9g: Dị thường quan sát (dấu. - và dị thường tổng hợp (đường liền) Bạc Liêu tính bằng GA-QN 3.2.2 Tính độ sâu bồn trầm tích bằng GA-QN. - Hình 9g biểu diễn dị thường tổng hợp (đường liền) tính từ mô hình lời giải và dị thường quan sát (dấu. - Kết quả sử dụng thuật giải GA và GA-QN để tính bề dày bồn trầm tích Bạc Liêu được tổng hợp. - Về độ sâu tính: Độ sâu cực đại (1,6 km), độ sâu cực tiểu (0,3 km – 0,4 km) và hình dạng bồn trầm tích tính bằng hai thuật giải giống nhau.. - sai số mô hình Φd(m) của hai thuật giải không có sự khác biệt lớn. - Sai số bình phương trung bình, RMS của GA là 0,2917 và sai số RMS của GA-QN là 0,270 cho thấy hai thuật giải áp dụng có độ chính xác cao (sai số nhỏ) và sự sai biệt không đáng kể.. - Số thế hệ tiến hóa: Thuật giải GA-QN hội tụ sau 400 thế hệ tiến hóa, trong khi thuật giải GA hội tụ sau 970 thế hệ tiến hóa cho thấy khác biệt lớn về số vòng lặp trong chương trình tính của hai thuật giải.. - Về thời gian tính: Thời gian tính bằng GA- QN là 15 giây, nhanh hơn khoảng 2 lần thời gian tính bằng thuật giải GA (30 giây). - Đây có thể nói là ưu điểm quan trọng nhất của thuật giải GA-QN so với GA trong giải bài toán ngược trọng lực.. - Bảng 2: Kết quả phân tích dị thường trọng lực Bạc Liêu bằng GA và GA-QN Kết quả. - Thuật giải. - Áp dụng thành công hai thuật giải tối ưu toàn cục là thuật giải di truyền và thuật giải memetic (thuật giải di truyền lai) trong giải bài toán ngược trọng lực – tính bề dày bồn trầm tích 2-D. - Việc lồng ghép phương pháp tìm kiếm địa phương Quasi-Newton vào trong các bước tính của thuật giải di truyền làm giảm đáng kể thời gian tính nhưng vẫn đảm bảo được tính chất tối ưu hóa toàn cục của thuật giải. - Độ sâu cực tính từ hai thuật giải giống nhau và bằng 1,6 km. - Hình dạng bồn trầm tích tính tương quan tốt với hình dạng dị thường quan sát.. - Tiếp tục sử dụng thuật giải GA-QN trong giải bài toán ngược trọng lực 3-D, trong đó, mô hình được chọn là tập hợp những khối hình hộp chữ nhật đặt. - Ứng dụng thuật giải di truyền để xác định mặt móng kết tinh từ tài liệu trọng lực. - Thuật giải di truyền – cách giải tự nhiên các bài toán trên máy tính. - Giải bài toán ngược trọng lực dùng thuật giải di truyền. - Xác định mặt móng kết tinh của một số dị thường trọng lực ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long bằng thuật giải di truyền nhị phân