计算物理 ›› 2023, Vol. 40 ›› Issue (6): 742-751.DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8684
收稿日期:
2022-12-19
出版日期:
2023-11-25
发布日期:
2024-01-22
通讯作者:
马中华
作者简介:
刘贵鑫(1997-), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为高性能计算与并行计算, E-mail: 0221201012@tute.edu.cn
基金资助:
Guixin LIU(), Zhonghua MA(
)
Received:
2022-12-19
Online:
2023-11-25
Published:
2024-01-22
Contact:
Zhonghua MA
摘要:
为了提高断层识别的准确率, 提出改进Unet模型。为编码器部分设计一种多分支的并联结构M-block(Multi-branch block), 它可以捕获多尺度上下文信息, 并且多分支的并联结构会带来高性能收益。在解码器部分加入Self-Attention块和注意力门控机制。Self-Attention通过对输入特征上下文的加权平均操作, 不仅使注意力模块能够灵活地关注图像的不同区域, 而且弥补了CNN(Convolutional Neural Network)网络局部性的缺点, 为神经网络带来更多的可能性。通过合成数据和实际数据证实, 该模型将传统卷积中的权值共享优点和Self-Attention动态计算注意力权重的优点结合, 提高了断层识别的精度, 与Unet相比, 验证损失下降了33.68%。模型不仅准确识别出了断层特征, 且比目前流行的深度学习方法更准确。
中图分类号:
刘贵鑫, 马中华. 改进Unet网络对叠后地震数据的断层识别[J]. 计算物理, 2023, 40(6): 742-751.
Guixin LIU, Zhonghua MA. Fault Identification of Post Stack Seismic Data by Improved Unet Network[J]. Chinese Journal of Computational Physics, 2023, 40(6): 742-751.
图6 左侧为Unet网络的特征图,蓝色虚线框内的为加入Self-Attention后M-SA-Unet的特征图
Fig.6 The feature diagram of the Unet network on the left, and the feature diagram of M-SA-Unet after adding Self-Attention in the blue dotted box
图7 (a) 从Unet网络选择的5个epoch特征图; (b)改进M-SA-Unet网络的特征图
Fig.7 (a) Five epoch feature diagrams selected from the Unet network, and (b) the feature diagram of the improved M-SA-Unet network
图10 在预测帧上M-SA-Unet和M-SA-Eunet与其他模型断层识别的比较
Fig.10 Comparison of M-SA-Unet and M-SA-Eunet with other model fault recognition results on the forecast frame
Train Loss | Val Loss | Epoch | Batchsize | 优化器 | 学习率 | 训练miou | 测试miou | |
Unet | 0.078 | 0.095 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.831 | 0.800 |
Eunet | 0.058 | 0.091 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.873 | 0.801 |
Segnet | 0.055 | 0.069 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.890 | 0.875 |
Unet++ | 0.035 | 0.065 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.911 | 0.904 |
Unet+++ | 0.065 | 0.113 | 30 | 8 | AdamW | 0.001 | 0.848 | 0.749 |
Attention-Unet | 0.055 | 0.076 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.911 | 0.877 |
M-SA-Unet | 0.033 | 0.062 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.914 | 0.882 |
M-SA-Eunet | 0.034 | 0.063 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.926 | 0.911 |
表1 在训练和验证过程中各项参数的设置和结果
Table 1 Sets and results of parameters in the training and verification process
Train Loss | Val Loss | Epoch | Batchsize | 优化器 | 学习率 | 训练miou | 测试miou | |
Unet | 0.078 | 0.095 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.831 | 0.800 |
Eunet | 0.058 | 0.091 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.873 | 0.801 |
Segnet | 0.055 | 0.069 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.890 | 0.875 |
Unet++ | 0.035 | 0.065 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.911 | 0.904 |
Unet+++ | 0.065 | 0.113 | 30 | 8 | AdamW | 0.001 | 0.848 | 0.749 |
Attention-Unet | 0.055 | 0.076 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.911 | 0.877 |
M-SA-Unet | 0.033 | 0.062 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.914 | 0.882 |
M-SA-Eunet | 0.034 | 0.063 | 30 | 16 | AdamW | 0.001 | 0.926 | 0.911 |
图11 Unet,Eunet,M-SA-Unet和M-SA-Eunet的(a)训练损失、(b)验证损失、(c)训练miou和(d)验证miou
Fig.11 Unet, Eunet, M-SA-Unet and M-SA-Eunet (a) training loss, (b) validation loss, (c) training miou and (d) validation miou
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