吉林大学学报(地球科学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (3): 975-985.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20240179

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

基于条件生成对抗网络的深部水文地质剖面生成方法

陈应显, 朱喆, 富颉鹏, 马慧茹   

  1. 辽宁工程技术大学矿业学院,辽宁阜新123000
  • 出版日期:2026-05-26 发布日期:2026-06-03
  • 通讯作者: 朱喆(1999—), 男, 硕士研究生, 主要从事深度学习地质建模方面的研究, E-mail:472220995@stu.lntu.edu.cn
  • 作者简介:陈应显(1975—), 男, 副教授, 硕士生导师, 主要从事数字矿山和深度学习地质建模方面的研究, E-mail: chenyingxian@lntu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(52374123,52204135);辽宁省教育厅基本科研项目(LJ222410147010);辽宁工程技术大学鄂尔多斯研究院校地科技合作培育项目(YJY-XD-2024-B-008)

Deep Hydrogeological Profile Generation Method Based on Conditional Generation Adversarial Network

Chen Yingxian, Zhu Zhe, Fu Jiepeng, Ma Huiru   

  1. College of Mining, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, Liaoning, China
  • Online:2026-05-26 Published:2026-06-03
  • Supported by:
    Supported by the National Natural Science Foundation of China (52374123,52204135), the Fundamental Scientific Research Project of Liaoning Provincial Department of Education (LJ222410147010) and the University-Local Sci-Tech Cooperation Cultivation Project of Liaoning Technical University Ordos Research Institute (YJY-XD-2024-B-008)

摘要: 为充分利用已揭露的水文地质信息生成深部水文地质剖面,提出一种基于条件生成对抗网络的深部水文地质剖面生成方法。首先,对浅部地质剖面图进行分割处理,提取已揭露的地质剖面数据作为训练样本,并生成相应虚拟钻孔作为条件数据,构建出条件生成对抗网络的样本库;随后,搭建并训练条件生成对抗网络,其中生成网络使用U-Net网络结构,判别网络使用多尺度卷积网络,并设计出多尺度的判别损失函数;接着,输入深部钻孔数据到训练完成的生成网络,成功生成目标区块的深部水文地质剖面;最后,与基于迭代卷积的XGBoost模型进行对比,验证本文方法的精度与应用效果。结果表明:条件生成对抗网络在剖面的细节和结构表现上具有明显优势,生成的剖面更完整且准确度更高;输入相同的6条钻孔时,相比于XGBoost方法,评价指标中的峰值信噪比(PSNR)值平均提升了1.165 2 dB,结构相似性(SSIM)值平均提升了0.051 0,图像块感知相似度(LPIPS)指标平均降低了0.023 8;当输入6条深部钻孔时,模型生成的剖面与矿区结合多种数据绘制出的剖面图高度接近。


关键词: 水文地质, 钻孔数据, 深度学习, 条件生成对抗网络(CGAN), 剖面生成

Abstract:  To fully utilize the revealed hydrogeological information for the generation of deep hydrogeological profiles, a generation method of deep hydrogeological profiles based on conditional generative adversarial network (CGAN) was proposed. Firstly, the shallow geological profiles were segmented, the revealed geological profile data were extracted as training samples, and the corresponding virtual boreholes were generated as conditional data to construct the sample library for the conditional generative adversarial network. Subsequently, the conditional generative adversarial network was constructed and trained. The U-Net architecture was adopted by the generator, a multi-scale convolutional network was employed by the discriminator, and a multi-scale discriminative loss function was designed. Then, the deep borehole data were input into the well-trained generator to effectively generate the deep hydrogeological profile of the target area. Finally, a comparative experiment was conducted with the XGBoost model based on iterative convolution.The results show that the CGAN method presents obvious advantages in the detail and structural representation of profiles, with more complete structure and higher accuracy of generated profiles. When inputting the same six boreholes, compared with the XGBoost method, the peak signal-to-noise ratio (PSNR) is averagely increased by 1.165 2 dB, the structural similarity index measure (SSIM) is averagely improved by 0.051 0, and the learned perceptual image patch similarity (LPIPS) is averagely reduced by 0.023 8. When six deep boreholes are input, the profile generated by the proposed model is highly consistent with the hydrogeological profile of the mining area compiled by integrating multiple types of data.


Key words: hydrogeology, drilling data, deep learning, conditional generative adversarial network (CGAN), profile generation

中图分类号: 

  • P641
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