李國(guó)法 朱廣輝 孫文斌

（1.兗礦東華建設(shè)有限公司，山東 鄒城 273500；2.北京探創(chuàng)資源科技有限公司，北京 100067）

1 礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)處理與解釋系統(tǒng)

礦井瞬變電磁探測(cè)工程具有施工空間小、電磁干擾源多、工期短等特征，在技術(shù)上具有全空間、小回線源裝置的特點(diǎn)。目前常規(guī)正反演方法大多借鑒地面半空間理論，憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行全空間校正。針對(duì)礦井瞬變電磁探測(cè)的特殊性，結(jié)合兗礦集團(tuán)多年礦井物探應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和科研攻關(guān)項(xiàng)目成果，研究開發(fā)了礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)（圖1）。針對(duì)通用性、全空間小回線源計(jì)算、復(fù)雜數(shù)據(jù)整理、快速成圖等要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。目前該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：多種格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)的手工、自動(dòng)濾波；關(guān)斷時(shí)間校正、全空間視電阻率計(jì)算、時(shí)深轉(zhuǎn)換；曲線、多測(cè)道剖面顯示；扇形超前探測(cè)和工作面剖面探測(cè)快速成圖數(shù)據(jù)整理。

圖1 礦井物探超前探測(cè)數(shù)據(jù)在線處理與解釋平臺(tái)界面

1.1 導(dǎo)入、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換功能

本文礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)處理解釋系統(tǒng)選用了被同行認(rèn)可的TerraTEM 儀器的數(shù)據(jù)格式和通用的usf、tem 格式作為數(shù)據(jù)導(dǎo)入格式。礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，對(duì)多次探測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理是未來發(fā)展的趨勢(shì)，該處理系統(tǒng)開發(fā)了支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的功能，可以從數(shù)據(jù)庫(kù)直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，處理結(jié)果可以導(dǎo)出到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理功能（手動(dòng)調(diào)整、自動(dòng)濾波）

由于礦井瞬變電磁施工環(huán)境較地面復(fù)雜，干擾因素較多，很多情況下數(shù)據(jù)質(zhì)量較差。在盡量排除施工干擾情況下，對(duì)數(shù)據(jù)的預(yù)處理非常重要。本系統(tǒng)開發(fā)了人工和自動(dòng)濾波兩種類型的數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)的人工調(diào)整主要在對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)-時(shí)間曲線上利用鼠標(biāo)對(duì)畸變數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，人工調(diào)整包括單點(diǎn)調(diào)整、兩點(diǎn)之間的插值調(diào)整，以及采用平移、旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。自動(dòng)濾波調(diào)整利用了三點(diǎn)濾波、插值切割濾波算法對(duì)V/i-t 數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，消除局部的畸變點(diǎn)。對(duì)于多測(cè)點(diǎn)形成的剖面數(shù)據(jù)，采用中值濾波、滑動(dòng)平均濾波、中值平均濾波等算法對(duì)橫向數(shù)據(jù)畸變進(jìn)行濾除。

1.3 圖形顯示

數(shù)據(jù)的單支曲線顯示和多測(cè)道剖面曲線顯示是瞬變電磁數(shù)據(jù)處理中常用的顯示方式，通過兩種數(shù)據(jù)顯示方式可以對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量進(jìn)行分析判斷。同時(shí)系統(tǒng)中增加了多測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的單支曲線疊加顯示，可以分析數(shù)據(jù)離散情況，具體見圖2 所示。

圖2 多測(cè)道顯示

1.4 關(guān)斷時(shí)間校正、全區(qū)電阻率計(jì)算及時(shí)-深轉(zhuǎn)換功能

礦井瞬變電磁法由于采用了多匝小回線裝置形式，造成關(guān)斷時(shí)間的增加，關(guān)斷時(shí)間對(duì)早期的電阻率計(jì)算的影響非常大，該處理系統(tǒng)采用了三種關(guān)斷時(shí)間校正算法，減小了關(guān)斷時(shí)間對(duì)淺層的影響。電阻率計(jì)算可以采用晚期公式和平移算法的全區(qū)視電阻率計(jì)算方法，以獲得可靠的電阻率轉(zhuǎn)換值。時(shí)-深轉(zhuǎn)換采用了半空間和全空間深度算法，以適應(yīng)含高阻煤層和全巖空間的頂?shù)装迳疃扔?jì)算。

1.5 礦井瞬變電磁探測(cè)后數(shù)據(jù)整理導(dǎo)出功能

礦井瞬變電磁常用的探測(cè)方法為扇形超前方式和頂?shù)装迤拭嫣綔y(cè)方式。為了適應(yīng)礦井瞬變電磁項(xiàng)目快速的需求，系統(tǒng)中整合11 點(diǎn)和16 點(diǎn)扇形超前探測(cè)數(shù)據(jù)輸出和多方向剖面數(shù)據(jù)輸出功能。在對(duì)導(dǎo)入的扇形超前探測(cè)或剖面探測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)過預(yù)處理、電阻率計(jì)算和時(shí)深轉(zhuǎn)換后，根據(jù)工作方式自動(dòng)對(duì)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)和數(shù)據(jù)點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行換算，分探測(cè)方向?qū)С銎拭鏀?shù)據(jù)。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)直接通過Surfer 等繪圖軟件快速成像，滿足了礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)快速成圖的要求。

2 超前探測(cè)在線協(xié)作平臺(tái)

超前探測(cè)施工任務(wù)在線協(xié)作平臺(tái)可為跨區(qū)域、跨組織、跨礦井的超前探測(cè)施工人員和處理解釋專家提供一個(gè)分布式在線協(xié)同工作平臺(tái)，主要提供：超前探測(cè)施工任務(wù)的在線設(shè)計(jì)、部署及發(fā)布，以及探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、解釋和分析進(jìn)度跟蹤查詢服務(wù)。

超前探測(cè)施工任務(wù)的順利開展需要基于基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)和超前探測(cè)數(shù)據(jù)間的雙向關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)各種用戶之間、各種施工任務(wù)之間的工作流協(xié)同關(guān)系，支持施工和解釋業(yè)務(wù)進(jìn)度查詢的需求。該超前探測(cè)施工任務(wù)在線協(xié)作平臺(tái)主要包括角色管理、任務(wù)管理和審核查詢。

2.1 探測(cè)解釋任務(wù)角色管理

超前探測(cè)施工任務(wù)在線協(xié)作過程主要分為探測(cè)施工和處理解釋兩大工作流程，分別涉及到施工任務(wù)部署人員、探測(cè)單位、探測(cè)工人、解釋項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、報(bào)告主編、資料采集、數(shù)據(jù)處理、資料解釋、圖件編制、審核人員等眾多角色。

施工任務(wù)部署人員負(fù)責(zé)超前探測(cè)施工的在線設(shè)計(jì)、部署及發(fā)布；探測(cè)單位負(fù)責(zé)上傳探測(cè)數(shù)據(jù)；探測(cè)工人進(jìn)行超前探測(cè)實(shí)際施工；解釋項(xiàng)目負(fù)責(zé)人處理并分析基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)和多源超前探測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行在線資料采集、數(shù)據(jù)處理、資料解釋、圖件編制和報(bào)告主編等工作；審核人員審核并確認(rèn)施工、處理和解釋工作完成。根據(jù)角色進(jìn)行用戶管理界面如圖3 所示。

圖3 超前探測(cè)施工任務(wù)用戶角色管理界面圖

2.2 探測(cè)解釋工作流程管理

超前探測(cè)施工任務(wù)在線協(xié)作過程主要分為探測(cè)施工和處理解釋兩大工作流程，其中探測(cè)施工工作流程可細(xì)化分為施工任務(wù)設(shè)計(jì)、部署及發(fā)布，而處理解釋工作流程可細(xì)化分為在線數(shù)據(jù)處理、解釋和審核等環(huán)節(jié)。如圖4 所示。

圖4 超前探測(cè)施工任務(wù)在線協(xié)作平臺(tái)工作框圖

超前探測(cè)施工任務(wù)在線協(xié)作平臺(tái)針對(duì)兩個(gè)工作流程過程中各個(gè)工作節(jié)點(diǎn)之間的相互依賴關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)和解釋任務(wù)工作的有效管理和控制。

2.3 探測(cè)解釋任務(wù)審核查詢

探測(cè)解釋任務(wù)審核查詢主要包括任務(wù)審核和進(jìn)度查詢兩個(gè)方面。審核人員針對(duì)已完成的解釋工作進(jìn)行審核，通過審核后的整個(gè)工作將會(huì)標(biāo)記為完成。進(jìn)度查詢?yōu)槠脚_(tái)中各種協(xié)同業(yè)務(wù)工作角色提供當(dāng)前工作業(yè)務(wù)進(jìn)度的實(shí)時(shí)跟蹤查詢功能，實(shí)時(shí)更新當(dāng)前探測(cè)數(shù)據(jù)處理解釋進(jìn)度。

本系統(tǒng)基于PHP 腳本語言開發(fā)探測(cè)解釋任務(wù)審核查詢網(wǎng)頁及移動(dòng)手機(jī)端APP 應(yīng)用，將各個(gè)工作節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)和相關(guān)信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，用戶在進(jìn)度查詢過程中通過訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前施工解釋工作進(jìn)度狀況。

3 超前探測(cè)成果在線生成平臺(tái)

超前探測(cè)成果在線生成系統(tǒng)是超前探測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、解釋成果的在線生成軟件。

超前探測(cè)成果的生成涉及歷次解釋成果對(duì)比、解釋報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化以及成果數(shù)字簽名技術(shù)的應(yīng)用，解決傳統(tǒng)超前探測(cè)成果報(bào)告所產(chǎn)生的信息遺漏和判讀參考過于繁瑣等問題。本系統(tǒng)主要包括解釋成果對(duì)比功能、定制超前探測(cè)決策報(bào)告模板功能以及帶有電子簽名的成果報(bào)告自動(dòng)生成功能。

3.1 定制超前探測(cè)地質(zhì)成果報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化模板

超前探測(cè)決策報(bào)告模板是超前探測(cè)成果的一種重要表現(xiàn)形式，而通常由人工生成的決策報(bào)告會(huì)出現(xiàn)生成速度較慢、工程部署詳細(xì)信息遺漏、格式不規(guī)范等問題，定制超前探測(cè)決策報(bào)告模板功能可以較好地規(guī)避掉這些問題。

自動(dòng)定制超前探測(cè)決策報(bào)告模板可大大提高決策報(bào)告模板的生成效率，在定制超前探測(cè)報(bào)告模板功能中，系統(tǒng)將任務(wù)流程中的相關(guān)信息（目的、任務(wù)詳情）、參與人員等內(nèi)容自動(dòng)填寫至決策報(bào)告模板的相應(yīng)位置，將探測(cè)報(bào)告的解釋成果、預(yù)報(bào)成果等內(nèi)容依次填入，定制符合兗礦集團(tuán)礦區(qū)標(biāo)準(zhǔn)的地質(zhì)成果報(bào)告模板，使得報(bào)告有據(jù)可循、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，如圖5 所示。

圖5 超前探測(cè)決策報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)化模板用戶界面圖

3.2 帶有數(shù)字簽名的決策報(bào)告自動(dòng)生成

根據(jù)參與超前探測(cè)解釋工作流程的用戶角色，預(yù)先錄入相關(guān)用戶的電子簽名。對(duì)于習(xí)慣于電子書寫的超前探測(cè)施工與解釋人員，提供在線電子書寫簽名矢量校驗(yàn)功能，對(duì)于不習(xí)慣于書寫的超前探測(cè)施工與解釋人員，將自己的紙質(zhì)簽名掃描后進(jìn)行矢量化，保留筆跡的書寫習(xí)慣，起到防偽校驗(yàn)作用。

電子簽名將會(huì)在礦井物探超前探測(cè)報(bào)告模板生成后，以水印等方式嵌入決策報(bào)告模板中，從而起到明確施工安全責(zé)任與處理解釋知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等作用。利用加密算法將自動(dòng)生成地質(zhì)成果報(bào)告的加密碼，以防惡意篡改，并分發(fā)至有關(guān)礦井探測(cè)施工和解釋專家手中。

4 結(jié)語

礦井超前探測(cè)數(shù)據(jù)在線處理與解釋系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)傳感數(shù)據(jù)和歷史感知數(shù)據(jù)的分析處理，實(shí)現(xiàn)了礦井物探遠(yuǎn)程在線施工設(shè)計(jì)、物探資料的實(shí)時(shí)在線分析處理、解釋預(yù)報(bào)成果的在線發(fā)布等，克服了現(xiàn)場(chǎng)工作人員經(jīng)驗(yàn)不足、處理解釋水平低、傳統(tǒng)專業(yè)技術(shù)服務(wù)模式時(shí)效性差等問題，充分發(fā)揮現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和高?？蒲袡C(jī)構(gòu)物探專業(yè)技術(shù)人員各自的優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)超前探測(cè)工作模式從滯后處理向?qū)崟r(shí)解釋轉(zhuǎn)變。