胥值禮，孟慶敏，李文杰，崔志強

(中國地質科學院 地球物理地球化學勘查研究所，廊坊 065000)

0 前言

航空物探具有效率高、成本較低、適用于大面積快速勘查等優(yōu)點，它可為礦產(chǎn)資源、油氣資源、海洋地質、地下水資源、工程地質與環(huán)境，基礎地質、軍事與國防等方面提供大量信息。近年來在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮了重要的作用，得到了快速發(fā)展和廣泛應用。隨著硬件和軟件技術的發(fā)展，高分辨率、超高分辨率航空物探技術也得到快速發(fā)展。因此相應的數(shù)據(jù)處理軟件面臨著大數(shù)據(jù)量、不同采樣率、多參數(shù)、不同存儲方式等問題，這就對數(shù)據(jù)處理的效率和質量提出了更高要求。

針對上述問題，本次研究對現(xiàn)有的軟件(多為使用 FORTRAN 語言編寫的獨立程序，且不具備直觀的軟件操作界面)統(tǒng)一使用C/C++語言進行了移植、優(yōu)化，并開發(fā)了新的功能，集成為一套能處理航空電磁法、航空磁法、航空放射性數(shù)據(jù)的航空物探數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，以滿足越來越多、越來越高的社會需求。

本系統(tǒng)選用的開發(fā)平臺為加拿大 Geosoft公司的Oasis Montaj(簡稱 OM)基本軟件平臺。它是目前在地球科學領域中應用最廣泛的軟件平臺，是最著名的礦產(chǎn)勘查和地球科學調查領域的領先軟件，得到了各著名礦業(yè)公司、油氣公司、勘探公司、咨詢公司、科研院所和政府部門的一致認可和長期使用。它具有高性能的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可高效地存儲和處理多達 64T 字節(jié)的數(shù)據(jù)，能為多種地球物理勘查海量數(shù)據(jù)提供強有力的存儲管理支撐。它提供的 GX Developer 二次開發(fā)軟件包，具有數(shù)據(jù)庫操作、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)成圖等諸多基本功能，可進行應用功能的快速定制開發(fā)[6]。因此采用這種開發(fā)模式，可將開發(fā)重點集中在對專業(yè)數(shù)據(jù)處理方法的研究上，適合于多種數(shù)據(jù)處理軟件功能的開發(fā)，具有較強的靈活性，能大大地提高開發(fā)效率和開發(fā)質量、節(jié)約開發(fā)成本。

1 系統(tǒng)設計

1.1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為：Windows XP 及以上版本的操作系統(tǒng)、加拿大 Geosoft 公司的 Oasis montaj V7.2 基本軟件平臺、Visual C++ 6.0 軟件編程平臺、C/C++ 及 GXC(Geosoft 的 GX 編程語言)程序語言。

1.2 系統(tǒng)架構

本系統(tǒng)采用三層結構：第一層為Windows XP操作系統(tǒng)；第二層為 OM 平臺(包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))；第三層為航空物探數(shù)據(jù)處理應用軟件系統(tǒng)(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構圖Fig．1 The diagram of system architecture

1.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的主要功能分為：數(shù)據(jù)管理、航磁數(shù)據(jù)處理、航電數(shù)據(jù)處理、航放數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)調平處理五大類(圖2)。

(1)數(shù)據(jù)管理功能。它包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)裁剪模塊。該功能適用于航電、航磁、航放數(shù)據(jù)。

(2)航磁數(shù)據(jù)處理功能[7-10]。它包括日變數(shù)據(jù)預處理、日變校正、滯后校正、方向差校正、正常場校正、航磁總精度統(tǒng)計模塊。

(3)航電數(shù)據(jù)處理功能，包括視電阻率轉換模塊。

(4)航放數(shù)據(jù)處理功能[8-9]，包括氣壓高度轉換、數(shù)據(jù)配置、數(shù)據(jù)預處理、背景消除、含量計算、比率計算模塊。

(5)數(shù)據(jù)調平處理功能。它包括基于測線數(shù)據(jù)的調平(一維人機交互調平[1]、二維自動調平[2-3])、基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的二維自動調平模塊，適用于航電、航磁、航放數(shù)據(jù)。航磁實測切割線數(shù)據(jù)調平模塊，適用于航磁數(shù)據(jù)。

1.4 模塊開發(fā)

如圖3所示，應用功能模塊自上而下的調用流程為：OM 平臺菜單-> GX 接口模塊->航空物探應用軟件模塊-> OM 開發(fā)庫模塊(GX API)。在本系統(tǒng)中，開發(fā)的模塊為：GX 接口模塊、航空物探應用軟件模塊。

(1)OM 平臺菜單。在 OM 平臺上動態(tài)加載的菜單，由它調用 GX 接口模塊。

(2)GX 接口模塊。在 OM 平臺上開發(fā)的菜單調用接口模塊，由它調用航空物探應用軟件模塊。

(3)航空物探應用軟件模塊。在Visual C++ 6.0 平臺上開發(fā)的動態(tài)鏈接庫(DLL)或可執(zhí)行模塊(EXE)，由它們調用 OM 平臺的 GX API 開發(fā)庫模塊，完成航空物探數(shù)據(jù)處理功能。它是本系統(tǒng)的核心模塊，提供參數(shù)設置用戶界面和數(shù)據(jù)處理功能。

(4)OM開發(fā)庫模塊(GX API)。OM 平臺提供的二次開發(fā)庫，由它完成對數(shù)據(jù)庫(簡稱 GDB)的操作和一些基本處理功能(如數(shù)據(jù)濾波、圖形生成與顯示等)。

1.5 軟件編譯

(1)GX 接口模塊由 GX Developer Toolkit 7.3.0 I8 提供的編譯器進行編譯。

(2)航空物探應用軟件模塊由 Visual C++ 6.0 提供的編譯器進行編譯。

圖2 系統(tǒng)功能結構圖Fig．2 The diagram of system function structure

圖3 軟件功能調用流程圖Fig．3 The flow chart of system function

1.6 系統(tǒng)集成

圖4為系統(tǒng)集成主界面示意圖。圖2中的功能模塊可以“插件”方式動態(tài)加載到 OM 平臺上，加載的主菜單分別為AGS_Data(數(shù)據(jù)管理)、AGS_Mag(航磁數(shù)據(jù)處理)、AGS_EM(航電數(shù)據(jù)處理)、AGS_Rad(航放數(shù)據(jù)處理)和AGS_Lev(數(shù)據(jù)調平處理)。各個主菜單分別由其相應的功能子菜單組成。

2 系統(tǒng)特點及主要優(yōu)勢

本系統(tǒng)具有以下幾個主要技術特色。

2.1 剖面平面圖方式的數(shù)據(jù)顯示與處理功能

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)的圖層管理模式[4] [5]，以剖面平面圖方式(剖面平面曲線圖、剖面平面顏色漸變圖，分別見圖4的左下、右下界面)動態(tài)直觀地顯示和處理測線數(shù)據(jù)，克服了單一剖面顯示方式不能觀察測區(qū)整體情況、不能即時觀察處理效果以及切換測線的重復操作而導致處理效率低下等問題。此“所見即所得”方式便于數(shù)據(jù)的選擇性處理和人機交互分析，可極大地提高數(shù)據(jù)處理的質量和效率。

2.2 數(shù)據(jù)調平處理功能

(1)基于測線數(shù)據(jù)的自動二維調平功能。采用了二維空間移動平均濾波和二分法搜索等算法，來消除零漂、基值不一致對數(shù)據(jù)造成的影響，以改善成圖質量，突出目標異常。

(2)基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的自動二維調平功能。采用了規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)運算和二維空間褶積濾波等算法，對數(shù)據(jù)進行精細調平處理，消除局部不水平和隨機噪聲的影響，以改善成圖質量，突出目標異常。

2.3 數(shù)據(jù)批處理功能

本系統(tǒng)開發(fā)的宗旨是面向生產(chǎn)應用。在設計時，充分考慮了航空物探的數(shù)據(jù)特點和生產(chǎn)中用戶提出的需求，實現(xiàn)了按飛行時間段或測量分區(qū)對數(shù)據(jù)進行自動批處理功能?？煞謩e保存不同采集系統(tǒng)、不同時間段的處理參數(shù)，克服了處理參數(shù)輸入的繁雜性和重復性，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率與質量，具有較強的實用性。

3 應用實例

3.1 航空電磁數(shù)據(jù)處理

圖5為北方某區(qū)域航電數(shù)據(jù)的處理結果。圖5(a)為使用視電阻率轉換功能對原始數(shù)據(jù)(固定翼飛機采集)轉換得到的視電阻率，水平不一致和噪聲影響較為嚴重；圖5(b)為二維自動調平處理后的視電阻率，較好地消除了水平不一致和噪聲的影響，從而使視電阻率的分布特征更加清晰。

圖4 系統(tǒng)集成主界面示意圖Fig．4 The main interface of integrated system

圖5 北方某區(qū)域航電視電阻率處理圖(中頻1563 Hz)Fig．5 The processed map of apparent resistivity from an airborne electromagnetic survey in northern China (1563Hz)(a)原始數(shù)據(jù)轉換的視電阻率；(b)二維自動調平后的視電阻率

圖6 南方某區(qū)域航磁數(shù)據(jù)處理圖Fig．6 The processed map of △T from an airborne magnetic survey in southern China(a)原始數(shù)據(jù)；(b)常規(guī)處理結果；(c)2D自動調平結果

圖7 南方某區(qū)域航放鈾元素數(shù)據(jù)處理圖Fig．7 The processed map of uranium element from an airborne radioactivity survey in southern China(a)原始鈾計數(shù)率；(b)常規(guī)處理得到的鈾含量；(c)基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)二維自動調平的鈾含量

3.2 航空磁測數(shù)據(jù)處理

圖6為南方某區(qū)域航磁數(shù)據(jù)(直升飛機采集)的處理結果。圖6(a)為原始數(shù)據(jù)(總場△T)；圖6(b)為常規(guī)處理(日變數(shù)據(jù)預處理、日變校正、滯后校正、方向差校正和正常場校正)的結果，從圖中可以看出，數(shù)據(jù)的水平不一致現(xiàn)象和隨機噪聲干擾較明顯；圖6(c)為先經(jīng)基于測線數(shù)據(jù)的二維自動調平，再經(jīng)基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的二維自動調平的結果，較好地消除了圖6(b)中的水平不一致及隨機噪聲的影響，清晰地顯示出了異常的特征。

3.3 航空放射性數(shù)據(jù)處理

圖7為南方某區(qū)域航放鈾元素數(shù)據(jù)(直升飛機采集)的處理結果。圖7(a)為鈾元素的原始計數(shù)率；圖7(b)為常規(guī)處理(飛機本底消除、宇宙本底消除、大氣氡本底消除、康普頓譜剝離、高度衰減影響消除和放射性元素含量計算)的鈾含量；圖7(c)為基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)二維自動調平的鈾含量，較好地消除了水平不一致及噪聲的影響，使異常形態(tài)更加清晰。

4 結束語

本系統(tǒng)可同時處理航空電磁法、磁法、放射性數(shù)據(jù)，具有集成度高、功能強、實用性強、可視化程度高、運行效率高、運行穩(wěn)定可靠、操作簡便、容錯性強等諸多優(yōu)勢，尤其是剖面平面圖方式的數(shù)據(jù)顯示與處理、數(shù)據(jù)調平處理、數(shù)據(jù)批處理功能，可極大地提高數(shù)據(jù)處理的效率與質量。對大量實測數(shù)據(jù)的處理結果表明，所實現(xiàn)的功能能很好地滿足航空物探的數(shù)據(jù)處理要求。

在本系統(tǒng)基礎上，可對功能進行逐漸增加和完善，使之成為一套高效適用的集測線規(guī)劃、質量分析、數(shù)據(jù)處理和綜合解釋為一體的航空物探軟件系統(tǒng)，以完成航空物探的一系列工作流程，更好地服務于生產(chǎn)應用。

參考文獻：

[1] 胥值禮，劉還林，丁志強，等.頻率域航空電磁法數(shù)據(jù)調平軟件設計與實現(xiàn)[J].物探化探計算技術，2009,31(4):333-338.

[2] 胥值禮，孟慶敏，崔志強.基于GIS的航磁實測切割線網(wǎng)自動調平軟件[J].物探化探計算技術，2010，32(4):423-428.

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