基于瞬變電磁法的礦山物探精準定位系統設計

李富強

（天津華北地質勘查局核工業二四七大隊，天津 300801）

在當前礦山勘探的發展過程中，存在很多問題，如異常體分辨、礦山具體位置、假異常情況等，并且隨著對礦產資源需求加大，礦產資源逐漸變少，開采難度也隨之增加，礦化線索難以發現，以往勘查手段不能發揮良好作用。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定位系統設計，瞬間電磁法是一種建立在電磁感應原理基礎上的人工源電磁探測方法，其原理是利用磁源向地下發送磁場，在其激發下，地下的地質體會發生相應的感應，通過感知地質體的特征，提取信息，達到探測地下地質體的目的。以下是對礦山物探精準定位系統的硬件設計和軟件設計[1]。

1 電磁定位系統硬、軟設計

（1）電磁定位系統硬件設計。對礦山物探精準定位系統的硬件進行設計，是為了更順利的進行礦山勘探，一個優秀的定位系統的硬件設計應該具備良好的穩定性和精準性，所以，此次設計的精準定位系統硬件包括數據采集端口、5個模擬信號隔離器、CIN模塊、母版、電池和I/U轉換接口等，通過硬件設計來完成各路信號的監測和定位。在硬件設計的基礎上，引入KIN定位裝置，通過此裝置能夠提高物探定位系統的快速性和準確性，其原理是發送導航定位信號確定地面待測點的三維坐標，其選點方便，并且觀測時不受天氣的限制，操作方便，自動化程度較高，可以將接收的數據進行整合使干擾進一步降低，實時傳播數據，向工作人員傳遞終端信息，很大程度上能夠減少勞動作業強度，減少野外工作量，能夠提高工作效率。對于地形復雜、通視條件差的地點同樣適用，滿足了各種環境下的礦山精準定位需求。KIN定位裝置的數據通過網頁來實現，網頁提供友好的界面，并安裝安全的格式和工具，如果出現KIN定位裝置被控制時，根據自定義的臨界值發送臨界報警，保證數據觀測與接收數據的安全性。在此基礎上，利用CIN模塊對現場定位的數據存入到規定的寄存器中，在運行時，逐條讀取指令，通過接收的信息反應信號的狀態，并傳到計算機中，進行軟件處理。

（2）電磁定位系統軟件設計。在礦山物探軟件設計中，參數設計非常重要，要加強對參數選擇工作的重要性的認識，保證工作效率。在對不同地質進行勘查中，對參數詳細設計，保證各項工作進行詳細的劃分[2]，防止數據的準確性，并且在軟件使用過程中，加強道間距選擇，加強對細節的重視。并且做好相關數據的分析把控，及時發現在勘探中存在的問題，并及時解決，在數據分析過程中，做好對數據信號的分析處理，在數據處理過程中，注意按照有效面波時獲得模擬曲線，并且實現對數據的提取管理，對側點間數值進行科學計算。提出定位算法，將讀寫器設置功率控制等級，每個等級對應相應的讀寫距離，每個讀寫器帶有自動調節功能，各讀寫器與主機實時保持聯系，將一次場、二次場數據自動采樣，將所收集到的數據進行數據處理。算法如下所示：選定讀寫器N，在目前的功率下識別參考標簽集，將讀寫器的功率加大一級，記錄能夠識別的參考標簽集，并將參考標簽集的差集進行求解，其公式為;

式中，?代表標簽集的參數，Q代表數據采樣參數，bn代表兩者差集參數，此次計算不做定向分析。

在求出差解的基礎上，計算標簽集的交集，計算每一個標簽信號強度與所有參考標簽，計算公式為：

式中，R代表所有數據集，Mv代表參考標簽參數，pc代表信號強度值，此次計算不做定向分析。

通過上述公式計算，完成定位計算，實現定位系統的軟件設計。通過定位系統軟件設計能夠提高數據接受預處理的速度，能夠提高定位系統的精準度，具有實際應用意義。

2 電磁定位系統的礦山物探精準應用

采用電磁定位系統中的四分量測量方式，進行測量點距，由于礦山地區地形復雜，在實際工作中需依據地形的實際情況進行偏移。

通過電磁定位系統中KIN定位裝置完成外業數據采集，在實際工作前，進行平行實驗，了解工作狀態的穩定程度，觀測視阻率、相位曲線，計算各儀器間同一極化模式的視電阻率和相位。運用KIN定位裝置保證動態范圍和分辨率，通過KIN定位裝置能夠避免校對時鐘同步的麻煩和出錯的可能性，達到精準定位目的。

3 實驗論證分析

為了證明本文硬件設計與軟件設計的有效性，對傳統勘查系統與本文系統進行對比，實驗采用RUN控制器，再次控制器下進行實驗，設定工作頻率為2.4GHz，最遠讀寫距離可以達到100m，讀寫距離可以調節。對兩種勘探系統的精準度與進行對比，以下是實驗對比圖：

圖1 精準度對比圖

通過對比圖能夠看出，傳統系統在對礦山勘查中，誤差較大，精準度不高，而本文設計系統精準度很高，只有很小的誤差，通過上述實驗，一定程度上能夠證明本文系統設計的有效性。

4 結語

近年來，瞬變電磁法的應用范圍越來越廣，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，在瞬變電磁法基礎上對礦山物探精準定位系統設計，通過硬件設計與軟件設計，很大呈度上提高了礦山的精準探測，并減少了一定的人力、物力和財力。并通過實驗對比證明了本文系統的有效性，希望本文硬件設計與軟件設計能夠對礦山行業提供一定的幫助。