李富強(qiáng)

（天津華北地質(zhì)勘查局核工業(yè)二四七大隊(duì)，天津 300801）

在當(dāng)前礦山勘探的發(fā)展過程中，存在很多問題，如異常體分辨、礦山具體位置、假異常情況等，并且隨著對礦產(chǎn)資源需求加大，礦產(chǎn)資源逐漸變少，開采難度也隨之增加，礦化線索難以發(fā)現(xiàn)，以往勘查手段不能發(fā)揮良好作用。如果想要解決這些問題，就要提高礦山勘探的水平，由此提出基于瞬變電磁法的礦山物探精準(zhǔn)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，瞬間電磁法是一種建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的人工源電磁探測方法，其原理是利用磁源向地下發(fā)送磁場，在其激發(fā)下，地下的地質(zhì)體會發(fā)生相應(yīng)的感應(yīng)，通過感知地質(zhì)體的特征，提取信息，達(dá)到探測地下地質(zhì)體的目的。以下是對礦山物探精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)[1]。

1 電磁定位系統(tǒng)硬、軟設(shè)計(jì)

（1）電磁定位系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。對礦山物探精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)，是為了更順利的進(jìn)行礦山勘探，一個(gè)優(yōu)秀的定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)該具備良好的穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性，所以，此次設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)定位系統(tǒng)硬件包括數(shù)據(jù)采集端口、5個(gè)模擬信號隔離器、CIN模塊、母版、電池和I/U轉(zhuǎn)換接口等，通過硬件設(shè)計(jì)來完成各路信號的監(jiān)測和定位。在硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，引入KIN定位裝置，通過此裝置能夠提高物探定位系統(tǒng)的快速性和準(zhǔn)確性，其原理是發(fā)送導(dǎo)航定位信號確定地面待測點(diǎn)的三維坐標(biāo)，其選點(diǎn)方便，并且觀測時(shí)不受天氣的限制，操作方便，自動化程度較高，可以將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合使干擾進(jìn)一步降低，實(shí)時(shí)傳播數(shù)據(jù)，向工作人員傳遞終端信息，很大程度上能夠減少勞動作業(yè)強(qiáng)度，減少野外工作量，能夠提高工作效率。對于地形復(fù)雜、通視條件差的地點(diǎn)同樣適用，滿足了各種環(huán)境下的礦山精準(zhǔn)定位需求。KIN定位裝置的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)頁來實(shí)現(xiàn)，網(wǎng)頁提供友好的界面，并安裝安全的格式和工具，如果出現(xiàn)KIN定位裝置被控制時(shí)，根據(jù)自定義的臨界值發(fā)送臨界報(bào)警，保證數(shù)據(jù)觀測與接收數(shù)據(jù)的安全性。在此基礎(chǔ)上，利用CIN模塊對現(xiàn)場定位的數(shù)據(jù)存入到規(guī)定的寄存器中，在運(yùn)行時(shí)，逐條讀取指令，通過接收的信息反應(yīng)信號的狀態(tài)，并傳到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行軟件處理。

（2）電磁定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。在礦山物探軟件設(shè)計(jì)中，參數(shù)設(shè)計(jì)非常重要，要加強(qiáng)對參數(shù)選擇工作的重要性的認(rèn)識，保證工作效率。在對不同地質(zhì)進(jìn)行勘查中，對參數(shù)詳細(xì)設(shè)計(jì)，保證各項(xiàng)工作進(jìn)行詳細(xì)的劃分[2]，防止數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，并且在軟件使用過程中，加強(qiáng)道間距選擇，加強(qiáng)對細(xì)節(jié)的重視。并且做好相關(guān)數(shù)據(jù)的分析把控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在勘探中存在的問題，并及時(shí)解決，在數(shù)據(jù)分析過程中，做好對數(shù)據(jù)信號的分析處理，在數(shù)據(jù)處理過程中，注意按照有效面波時(shí)獲得模擬曲線，并且實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的提取管理，對側(cè)點(diǎn)間數(shù)值進(jìn)行科學(xué)計(jì)算。提出定位算法，將讀寫器設(shè)置功率控制等級，每個(gè)等級對應(yīng)相應(yīng)的讀寫距離，每個(gè)讀寫器帶有自動調(diào)節(jié)功能，各讀寫器與主機(jī)實(shí)時(shí)保持聯(lián)系，將一次場、二次場數(shù)據(jù)自動采樣，將所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。算法如下所示：選定讀寫器N，在目前的功率下識別參考標(biāo)簽集，將讀寫器的功率加大一級，記錄能夠識別的參考標(biāo)簽集，并將參考標(biāo)簽集的差集進(jìn)行求解，其公式為;

式中，?代表標(biāo)簽集的參數(shù)，Q代表數(shù)據(jù)采樣參數(shù)，bn代表兩者差集參數(shù)，此次計(jì)算不做定向分析。

在求出差解的基礎(chǔ)上，計(jì)算標(biāo)簽集的交集，計(jì)算每一個(gè)標(biāo)簽信號強(qiáng)度與所有參考標(biāo)簽，計(jì)算公式為：

式中，R代表所有數(shù)據(jù)集，Mv代表參考標(biāo)簽參數(shù)，pc代表信號強(qiáng)度值，此次計(jì)算不做定向分析。

通過上述公式計(jì)算，完成定位計(jì)算，實(shí)現(xiàn)定位系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。通過定位系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)能夠提高數(shù)據(jù)接受預(yù)處理的速度，能夠提高定位系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，具有實(shí)際應(yīng)用意義。

2 電磁定位系統(tǒng)的礦山物探精準(zhǔn)應(yīng)用

采用電磁定位系統(tǒng)中的四分量測量方式，進(jìn)行測量點(diǎn)距，由于礦山地區(qū)地形復(fù)雜，在實(shí)際工作中需依據(jù)地形的實(shí)際情況進(jìn)行偏移。

通過電磁定位系統(tǒng)中KIN定位裝置完成外業(yè)數(shù)據(jù)采集，在實(shí)際工作前，進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)，了解工作狀態(tài)的穩(wěn)定程度，觀測視阻率、相位曲線，計(jì)算各儀器間同一極化模式的視電阻率和相位。運(yùn)用KIN定位裝置保證動態(tài)范圍和分辨率，通過KIN定位裝置能夠避免校對時(shí)鐘同步的麻煩和出錯(cuò)的可能性，達(dá)到精準(zhǔn)定位目的。

3 實(shí)驗(yàn)論證分析

為了證明本文硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)的有效性，對傳統(tǒng)勘查系統(tǒng)與本文系統(tǒng)進(jìn)行對比，實(shí)驗(yàn)采用RUN控制器，再次控制器下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)定工作頻率為2.4GHz，最遠(yuǎn)讀寫距離可以達(dá)到100m，讀寫距離可以調(diào)節(jié)。對兩種勘探系統(tǒng)的精準(zhǔn)度與進(jìn)行對比，以下是實(shí)驗(yàn)對比圖：

圖1 精準(zhǔn)度對比圖

通過對比圖能夠看出，傳統(tǒng)系統(tǒng)在對礦山勘查中，誤差較大，精準(zhǔn)度不高，而本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)精準(zhǔn)度很高，只有很小的誤差，通過上述實(shí)驗(yàn)，一定程度上能夠證明本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有效性。

4 結(jié)語

近年來，瞬變電磁法的應(yīng)用范圍越來越廣，隨著對礦山勘查精度要求的提高，針對目前在礦山勘探中的問題，在瞬變電磁法基礎(chǔ)上對礦山物探精準(zhǔn)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，很大呈度上提高了礦山的精準(zhǔn)探測，并減少了一定的人力、物力和財(cái)力。并通過實(shí)驗(yàn)對比證明了本文系統(tǒng)的有效性，希望本文硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)能夠?qū)ΦV山行業(yè)提供一定的幫助。