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。
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。
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。
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。