李國法 朱廣輝 孫文斌

（1.兗礦東華建設有限公司，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)

礦井瞬變電磁探測工程具有施工空間小、電磁干擾源多、工期短等特征，在技術上具有全空間、小回線源裝置的特點。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)驗進行全空間校正。針對礦井瞬變電磁探測的特殊性，結合兗礦集團多年礦井物探應用經(jīng)驗和科研攻關項目成果，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）。針對通用性、全空間小回線源計算、復雜數(shù)據(jù)整理、快速成圖等要求進行功能設計。目前該系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：多種格式數(shù)據(jù)的導入、轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)的手工、自動濾波；關斷時間校正、全空間視電阻率計算、時深轉(zhuǎn)換；曲線、多測道剖面顯示；扇形超前探測和工作面剖面探測快速成圖數(shù)據(jù)整理。

圖1 礦井物探超前探測數(shù)據(jù)在線處理與解釋平臺界面

1.1 導入、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)導入格式。礦井瞬變電磁數(shù)據(jù)的關聯(lián)性較強，對多次探測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理是未來發(fā)展的趨勢，該處理系統(tǒng)開發(fā)了支持數(shù)據(jù)庫的功能，可以從數(shù)據(jù)庫直接導入數(shù)據(jù)進行處理分析，處理結果可以導出到數(shù)據(jù)庫中。

1.2 數(shù)據(jù)預處理功能（手動調(diào)整、自動濾波）

由于礦井瞬變電磁施工環(huán)境較地面復雜，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，對數(shù)據(jù)的預處理非常重要。本系統(tǒng)開發(fā)了人工和自動濾波兩種類型的數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)的人工調(diào)整主要在對感應電動勢-時間曲線上利用鼠標對畸變數(shù)據(jù)進行調(diào)整，人工調(diào)整包括單點調(diào)整、兩點之間的插值調(diào)整，以及采用平移、旋轉(zhuǎn)的方式對數(shù)據(jù)進行修正。自動濾波調(diào)整利用了三點濾波、插值切割濾波算法對V/i-t 數(shù)據(jù)進行濾波處理，消除局部的畸變點。對于多測點形成的剖面數(shù)據(jù)，采用中值濾波、滑動平均濾波、中值平均濾波等算法對橫向數(shù)據(jù)畸變進行濾除。

1.3 圖形顯示

數(shù)據(jù)的單支曲線顯示和多測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)顯示方式可以對數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行分析判斷。同時系統(tǒng)中增加了多測點數(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 多測道顯示

1.4 關斷時間校正、全區(qū)電阻率計算及時-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，造成關斷時間的增加，關斷時間對早期的電阻率計算的影響非常大，該處理系統(tǒng)采用了三種關斷時間校正算法，減小了關斷時間對淺層的影響。電阻率計算可以采用晚期公式和平移算法的全區(qū)視電阻率計算方法，以獲得可靠的電阻率轉(zhuǎn)換值。時-深轉(zhuǎn)換采用了半空間和全空間深度算法，以適應含高阻煤層和全巖空間的頂?shù)装迳疃扔嬎恪?/p>

1.5 礦井瞬變電磁探測后數(shù)據(jù)整理導出功能

礦井瞬變電磁常用的探測方法為扇形超前方式和頂?shù)装迤拭嫣綔y方式。為了適應礦井瞬變電磁項目快速的需求，系統(tǒng)中整合11 點和16 點扇形超前探測數(shù)據(jù)輸出和多方向剖面數(shù)據(jù)輸出功能。在對導入的扇形超前探測或剖面探測數(shù)據(jù)經(jīng)過預處理、電阻率計算和時深轉(zhuǎn)換后，根據(jù)工作方式自動對測點的坐標和數(shù)據(jù)點坐標進行換算，分探測方向?qū)С銎拭鏀?shù)據(jù)。導出的數(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 超前探測在線協(xié)作平臺

超前探測施工任務在線協(xié)作平臺可為跨區(qū)域、跨組織、跨礦井的超前探測施工人員和處理解釋專家提供一個分布式在線協(xié)同工作平臺，主要提供：超前探測施工任務的在線設計、部署及發(fā)布，以及探測數(shù)據(jù)實時處理、解釋和分析進度跟蹤查詢服務。

超前探測施工任務的順利開展需要基于基礎地質(zhì)數(shù)據(jù)和超前探測數(shù)據(jù)間的雙向關聯(lián)，實現(xiàn)各種用戶之間、各種施工任務之間的工作流協(xié)同關系，支持施工和解釋業(yè)務進度查詢的需求。該超前探測施工任務在線協(xié)作平臺主要包括角色管理、任務管理和審核查詢。

2.1 探測解釋任務角色管理

超前探測施工任務在線協(xié)作過程主要分為探測施工和處理解釋兩大工作流程，分別涉及到施工任務部署人員、探測單位、探測工人、解釋項目負責人、報告主編、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。

施工任務部署人員負責超前探測施工的在線設計、部署及發(fā)布；探測單位負責上傳探測數(shù)據(jù)；探測工人進行超前探測實際施工；解釋項目負責人處理并分析基礎地質(zhì)數(shù)據(jù)和多源超前探測數(shù)據(jù)，進行在線資料采集、數(shù)據(jù)處理、資料解釋、圖件編制和報告主編等工作；審核人員審核并確認施工、處理和解釋工作完成。根據(jù)角色進行用戶管理界面如圖3 所示。

圖3 超前探測施工任務用戶角色管理界面圖

2.2 探測解釋工作流程管理

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

圖4 超前探測施工任務在線協(xié)作平臺工作框圖

超前探測施工任務在線協(xié)作平臺針對兩個工作流程過程中各個工作節(jié)點之間的相互依賴關系，實現(xiàn)對探測和解釋任務工作的有效管理和控制。

2.3 探測解釋任務審核查詢

探測解釋任務審核查詢主要包括任務審核和進度查詢兩個方面。審核人員針對已完成的解釋工作進行審核，通過審核后的整個工作將會標記為完成。進度查詢?yōu)槠脚_中各種協(xié)同業(yè)務工作角色提供當前工作業(yè)務進度的實時跟蹤查詢功能，實時更新當前探測數(shù)據(jù)處理解釋進度。

本系統(tǒng)基于PHP 腳本語言開發(fā)探測解釋任務審核查詢網(wǎng)頁及移動手機端APP 應用，將各個工作節(jié)點的狀態(tài)和相關信息記錄到數(shù)據(jù)庫當中，用戶在進度查詢過程中通過訪問數(shù)據(jù)庫，實時反饋當前施工解釋工作進度狀況。

3 超前探測成果在線生成平臺

超前探測成果在線生成系統(tǒng)是超前探測數(shù)據(jù)實時處理、解釋成果的在線生成軟件。

超前探測成果的生成涉及歷次解釋成果對比、解釋報告標準化以及成果數(shù)字簽名技術的應用，解決傳統(tǒng)超前探測成果報告所產(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比功能、定制超前探測決策報告模板功能以及帶有電子簽名的成果報告自動生成功能。

3.1 定制超前探測地質(zhì)成果報告標準化模板

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

自動定制超前探測決策報告模板可大大提高決策報告模板的生成效率，在定制超前探測報告模板功能中，系統(tǒng)將任務流程中的相關信息（目的、任務詳情）、參與人員等內(nèi)容自動填寫至決策報告模板的相應位置，將探測報告的解釋成果、預報成果等內(nèi)容依次填入，定制符合兗礦集團礦區(qū)標準的地質(zhì)成果報告模板，使得報告有據(jù)可循、標準統(tǒng)一，如圖5 所示。

圖5 超前探測決策報告標準化模板用戶界面圖

3.2 帶有數(shù)字簽名的決策報告自動生成

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

電子簽名將會在礦井物探超前探測報告模板生成后，以水印等方式嵌入決策報告模板中，從而起到明確施工安全責任與處理解釋知識產(chǎn)權保護等作用。利用加密算法將自動生成地質(zhì)成果報告的加密碼，以防惡意篡改，并分發(fā)至有關礦井探測施工和解釋專家手中。

4 結語

礦井超前探測數(shù)據(jù)在線處理與解釋系統(tǒng)通過實時傳感數(shù)據(jù)和歷史感知數(shù)據(jù)的分析處理，實現(xiàn)了礦井物探遠程在線施工設計、物探資料的實時在線分析處理、解釋預報成果的在線發(fā)布等，克服了現(xiàn)場工作人員經(jīng)驗不足、處理解釋水平低、傳統(tǒng)專業(yè)技術服務模式時效性差等問題，充分發(fā)揮現(xiàn)場技術人員和高校科研機構物探專業(yè)技術人員各自的優(yōu)勢，推動超前探測工作模式從滯后處理向?qū)崟r解釋轉(zhuǎn)變。