这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

1. 研究作者与发表信息

本研究由Borui Lyu（香港科技大学博士后研究员）、Yu Wang（香港科技大学教授，通讯作者）等7位作者合作完成，发表于ASCE旗下期刊《Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering》2025年第8期（DOI: 10.1061/jggefk.gteng-13369）。研究团队来自香港科技大学、香港城市大学及香港特别行政区政府土木工程拓展署（GEO）。

2. 学术背景

研究领域与背景

研究聚焦于三维（3D）地下地质建模，属于岩土工程与机器学习交叉领域。传统建模依赖钻孔数据（borehole logs），但实际工程中钻孔数据稀疏且成本高昂；而地球物理数据（geophysical data）虽覆盖范围广，却因解释复杂且与钻孔数据来源不同，难以直接整合。

研究动机与目标

针对以下问题：
- 如何利用不同地点的地球物理数据补充目标场地的稀疏钻孔数据？
- 如何解决钻孔数据不完整（如部分深度缺失）的挑战？
研究提出一种基于多尺度生成对抗网络（Multiscale Generative Adversarial Network, MS-GAN）的数据驱动方法，实现跨场地数据融合，并量化建模不确定性。

3. 研究方法与流程

研究流程

（1）数据准备与验证
- 研究对象：香港大屿山东涌填海工程（TCE site）与顺朗路（SL site）两个相邻场地，地质条件相似。
- 钻孔数据：TCE场地25个钻孔（部分不完整），SL场地钻孔用于验证地球物理数据。
- 地球物理数据：SL场地通过地震反射和磁力勘测获取，解译为4个地层界面（海床、海相沉积层基底、冲积层基底、III级岩石顶面）。
- 数据验证：通过SL场地钻孔与地球物理解译地层的标高差异分析，确认地球物理数据可作为可靠先验知识（训练图像）。

（2）MS-GAN算法框架
- 核心改进：
- 多尺度迭代生成：从粗到细逐步生成3D模型。第1尺度以稀疏钻孔为输入，生成预测钻孔；后续尺度结合前序结果迭代优化。
- 不规则钻孔处理：设计3×3子模板（subtemplate），利用邻近完整钻孔数据填补缺失部分（图9）。
- 训练流程：
1. 从地球物理数据构建3D训练图像（28×30×81体素，分辨率10m×5m×0.5m）。
2. 通过5×5矩形模板提取地层模式，训练GAN模型生成预测钻孔。
3. 结合不确定性量化（公式1：分散度Dispersion计算）评估模型置信度。

（3）案例验证
- 输入设置：将TCE场地钻孔分为输入钻孔（5~24个）和测试钻孔，评估不同数据量下的模型精度（公式2：准确率计算）。
- 计算平台：Intel Core i9-13900KF CPU与NVIDIA RTX 4090 GPU，单次生成耗时约5分钟。

4. 主要结果

（1）模型精度与不确定性

• 典型场景（10个输入钻孔）：
  
  • 整体准确率：测试钻孔对比显示平均准确率达90%（图13）。
    
  • 地层分布：模型成功复现海相沉积层（水平分布）与风化岩/基岩（复杂界面）的空间模式（图12）。
    
  • 不确定性：地层边界处分散度较高（图11c-d），与钻孔数据缺失区域一致。
    

（2）输入数据敏感性

• 钻孔数量影响（图15）：
  
  • 输入钻孔从24个减至5个时，中位准确率仍高于80%。
    
  • 仅需2.8%的3D空间数据即可生成高分辨率模型。
    

（3）跨场地数据融合有效性

• SL场地的地球物理数据成功辅助TCE场地建模，证明相似地质条件下数据迁移的可行性。
  

5. 结论与价值

科学价值

• 方法创新：首次将MS-GAN应用于跨场地地质数据融合，解决钻孔稀疏与不完整问题。
  
• 理论贡献：提出“先验地质知识（3D训练图像）+数据驱动”的混合建模框架，为岩土不确定性量化提供新工具。
  

应用价值

• 工程实践：可降低钻孔成本，加速城市地下空间开发（如填海工程、隧道设计）。
  
• 扩展性：方法适用于其他需整合多源地质数据的场景（如矿产勘探）。
  

6. 研究亮点

1. 跨场地数据融合：首次实现地球物理数据与钻孔数据的跨场地协同建模。
   
2. 算法增强：改进MS-GAN处理不完整钻孔的能力，提升工程适用性。
   
3. 高分辨率与低数据需求：仅需少量钻孔即可生成米级分辨率模型。
   

7. 其他价值

• 数据共享：研究数据可通过通讯作者合理获取，促进同行验证。
  
• 政策支持：获香港特别行政区土木工程拓展署及研资局（RGC Project 11207724）资助，体现政府-学界合作优势。
  

（报告字数：约2000字）