地球物理探測儀數(shù)據(jù)采集的新型智能化處理探究

張昌銀 李蛇根

摘? 要：在長期的地質(zhì)測量工作中，地球物探儀器已經(jīng)有了很快的發(fā)展。國內(nèi)外地學(xué)測量儀器的先進(jìn)程度毋庸置疑，智能化也日新月異，使用成本也在不斷增加。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的測量儀器數(shù)據(jù)處理方法也在不斷更新迭代。文章圍繞地質(zhì)測量活動(dòng)中，如何改進(jìn)現(xiàn)有測量設(shè)備的數(shù)據(jù)處理方式，在長期的實(shí)踐中總結(jié)出一種地質(zhì)測量數(shù)據(jù)的采集和傳輸方法，可以減少儀器設(shè)備的更新，對(duì)地學(xué)儀器的深度改造提供了一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：地學(xué)儀器;物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能化處理;數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）09-0043-02

Abstract： In the long-term geological survey work， the earth geophysical exploration instrument has already had the rapid development. There is no doubt about the advanced degree of geoscience measuring instruments at home and abroad， intelligence is also changing with each passing day， and the cost of use is also increasing. With the rapid development of Internet of things technology and computer technology， the traditional data processing methods of measuring instruments are constantly updated and iterated. Focusing on how to improve the data processing mode of the existing surveying equipment in geological survey activities， this paper summarizes a method of collecting and transmitting geological survey data in long-term practice， which can reduce the renewal of instruments and equipment. It provides a certain reference significance for the deep transformation of geoscience instruments.

Keywords： geoscience instrument; Internet of things technology; intelligent processing; data acquisition

引言

地質(zhì)測量對(duì)于我國的找礦事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。盡管時(shí)下地質(zhì)行業(yè)出現(xiàn)了低迷的狀況，但是，找礦對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性作用不可低估和否定。長期從事野外作業(yè)的地質(zhì)工作人都有這樣的親身體驗(yàn)：野外工作條件差，環(huán)境艱苦，長途跋涉;儀器負(fù)重搬運(yùn)等等。這些雖然地質(zhì)工作人員已經(jīng)習(xí)慣，但是如果不能很好地解決這類問題，對(duì)于今后的年輕人來說，這類專業(yè)的就業(yè)前景不容樂觀。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、無人機(jī)遙測等新興產(chǎn)業(yè)的興起，傳統(tǒng)的地學(xué)測量儀器，也應(yīng)該引入這一新理念來對(duì)儀器進(jìn)行升級(jí)改造。

1 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的升級(jí)

本部門采購了一批地球物理探測儀器，例如：JW-1激電測量儀（專用找水儀），該儀器是一款擁有多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)的全新產(chǎn)品，支持Wi-Fi連接技術(shù)，Windows系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制，測量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)成圖。能有效提高和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理效率。

傳統(tǒng)找水儀在使用時(shí)一直使用人工讀取數(shù)據(jù)，然后再將數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)分析，繪制地質(zhì)圖譜，通過比對(duì)，進(jìn)行地下水成因分析，形成地質(zhì)報(bào)告。

近年來，類似的人工讀取數(shù)據(jù)的現(xiàn)象已經(jīng)被數(shù)據(jù)無線傳輸取代。當(dāng)然，前提就是將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理，以便獲得有效、可靠的數(shù)據(jù)信息。借助于無線傳感網(wǎng)，或者現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)行批量數(shù)據(jù)采集與傳輸。這就要求設(shè)計(jì)人員在傳統(tǒng)儀器中進(jìn)行改進(jìn)，將傳感器升級(jí)，將數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下，行業(yè)和企業(yè)需要管理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量日趨龐大，并且要求實(shí)時(shí)傳輸。結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)搭建的數(shù)據(jù)管理和增值服務(wù)通信平臺(tái)，將成為行業(yè)、企業(yè)數(shù)據(jù)管理和自動(dòng)識(shí)別技術(shù)之間的橋梁和依托。

項(xiàng)目組成員通過學(xué)習(xí)，對(duì)本單位傳統(tǒng)的儀器進(jìn)行了部分改進(jìn)，力圖使數(shù)據(jù)采集與傳輸實(shí)現(xiàn)智能化手段。嘗試中獲得了許多新體驗(yàn)，有了應(yīng)用心得，并對(duì)新儀器的使用起到了借鑒的作用。

2 數(shù)據(jù)集成運(yùn)算與分析

傳統(tǒng)的測量儀器所檢測的幾乎都是模擬形式的物理量，這些物理量首先需要轉(zhuǎn)換成電磁量方能便于后期處理。測量儀器經(jīng)過多年的電子化已經(jīng)完成了自動(dòng)化過程，從測量的自動(dòng)化，到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字化，再到批量數(shù)據(jù)處理的智能化，升級(jí)換代使得測量技術(shù)發(fā)生了革命性的改變。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線傳感物聯(lián)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用，地學(xué)測量儀器也將迎來了新生。

目前傳感器的發(fā)展也是飛速的，每天都有新型傳感器得到應(yīng)用。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)物探儀器需要更換帶有傳輸能力的無線傳感器，同時(shí)可以增加網(wǎng)絡(luò)傳輸層，這樣，測量區(qū)域的延伸可以大大減輕地質(zhì)野外人員的高強(qiáng)度的勞動(dòng)量，從而讓他們有更多的精力用于分析數(shù)據(jù)結(jié)論，形成測量報(bào)告。

常用的無線傳輸技術(shù)有：藍(lán)牙（Bluetooth）技術(shù)，Wi-Fi技術(shù)，ZigBee技術(shù)，射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)等。地學(xué)儀器一旦引入了這些技術(shù)，將如虎添翼，更加能夠顯示出地學(xué)儀器的威力，對(duì)于那些惡劣環(huán)境下的測量，將獲取更有價(jià)值的數(shù)據(jù)。本項(xiàng)目組正在嘗試引入ZigBee技術(shù)，主要是這種傳輸技術(shù)的低功耗的優(yōu)點(diǎn)更加適合地質(zhì)野外作業(yè)的需要。

地學(xué)儀器的改造升級(jí)需要走的路還將很長，需要一線測量技術(shù)人員以及儀器設(shè)計(jì)人員結(jié)合實(shí)際需要，進(jìn)行不斷地改良和完善。

3 儀器內(nèi)部模塊的改進(jìn)與設(shè)想

常用的地球物理勘探儀器有：電法測量儀，磁法測量儀器，重力測量儀器，核磁共振儀等。各種物探儀器在找礦領(lǐng)域都有各自的測量方法和手段，也各具特色。

現(xiàn)在我國國內(nèi)物探找水儀有兩種，一種是核磁共振找水儀，這種儀器性能好、精度高，價(jià)格也十分昂貴;另一種是常用的天然電場找水儀，價(jià)格親民，是干旱地區(qū)打井用戶的幫手，為普通百姓解決干眼問題提供了很大幫助。大家通常所說的打井找水儀就是這種。儀器本身分析的地下構(gòu)造，變層破碎帶的，是看不出來水量的，通過地下構(gòu)造來分析含水條件，打井用戶都知道變層的地方是含水條件最好的，再結(jié)合地質(zhì)工作人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件、巖性的統(tǒng)一分析，來判斷水量的多少。

儀器內(nèi)部模塊的改進(jìn)設(shè)想是：在所測量獲取數(shù)據(jù)的同時(shí)引入傳輸技術(shù)，并集合測量經(jīng)驗(yàn)將批量數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件數(shù)據(jù)處理，形成自動(dòng)出圖，判斷含水層，含水層深度，儲(chǔ)水量等特征參數(shù)。這部分工作目前初步成效顯著，在具體應(yīng)用案例中有成功案例。

4 案例分析：以物探儀找水測井技術(shù)為例

物探儀在打井找水中是利用地下水的良好導(dǎo)電性、激化效應(yīng)等物理屬性來尋找地下水的位置、深度、水位線及出水量等信息，也俗稱“找水儀”“測水儀”。

物探（找水）儀原理，以天然電場作為場源，以地下巖石礦石（地下水）電性差異為基礎(chǔ)，經(jīng)過測量天然大地電磁場中的若干個(gè)不同頻率的電磁場產(chǎn)生的變化規(guī)律，來研究電場與不同地質(zhì)體產(chǎn)生的異常來達(dá)到解決地質(zhì)問題的一種電法勘探儀器。

我國第十五次李四光地質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)獲得者，吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院林君教授，曾經(jīng)是我們讀大學(xué)期間的導(dǎo)師。在畢業(yè)三十周年聚會(huì)活動(dòng)時(shí)有幸和他交流，得知他這些年一直從事測井儀器的研制和開發(fā)，并取得了豐碩的成績。所完成的項(xiàng)目眾多，其中有：內(nèi)蒙古四子王旗農(nóng)田灌溉水源地探測——（1）泉掌水庫No.2測點(diǎn)灌溉井探測，

（2）只灘灌溉井探測，（3）德勝溝測點(diǎn)No.2灌溉井探測等項(xiàng)目。在閱讀林君老師的文集時(shí)獲得了許多心得體會(huì)。在今后的測量工作中會(huì)結(jié)合這些新技術(shù)對(duì)測量進(jìn)行優(yōu)化，尤其是數(shù)據(jù)采集和處理。

5 結(jié)束語

地質(zhì)測量對(duì)于我國的找礦事業(yè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。盡管時(shí)下地質(zhì)行業(yè)出現(xiàn)了低迷的狀況，但是，找礦對(duì)于國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性作用不可低估和否定。長期從事野外作業(yè)的地質(zhì)工作人都有這樣的親身體驗(yàn)：野外工作條件差，環(huán)境艱苦，長途跋涉;儀器負(fù)重搬運(yùn)等等。本文從上述幾個(gè)方面闡述了地球物理探測儀數(shù)據(jù)采集的新型智能化處理方法。這些也僅是筆者在實(shí)際工作中的一些探索性思考，有些正在實(shí)施，有些還有待于設(shè)計(jì)人員不斷地探索完善。希望在地學(xué)測量領(lǐng)域能夠同步科技的前沿技術(shù)，使得國產(chǎn)地學(xué)儀器能夠躋身測量領(lǐng)域的國際前沿。為我國地質(zhì)測量事業(yè)貢獻(xiàn)出應(yīng)有的力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]林君.核磁共振找水技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2010，25（2）：681-691.

[2]林君，段清明，王應(yīng)吉.核磁共振找水儀原理與應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[3]徐科軍.傳感器與檢測技術(shù)（第4版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[4]胡谷平，曾春蓮，黃濱.現(xiàn)代研究技術(shù)與實(shí)踐——儀器篇[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[5]熊歐，鄭紫微，胡峰.基于Android平臺(tái)的視頻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測系統(tǒng)[J].數(shù)據(jù)通信，2014：10-14.

[6]羅大鵬，羅林波，桑農(nóng).可在線學(xué)習(xí)的視頻目標(biāo)檢測系統(tǒng)[J].信號(hào)處理，2013，29：615-624.

[7]王金偉，孫光才，吳玉峰.多波段SAR系統(tǒng)動(dòng)目標(biāo)檢測和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014：63-70.

[8]杜文略，劉建梁，沈三民.基于FPGA的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2014，40：36-38.