信息技術(shù)在地下勘探數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用

摘要：在資源需求持續(xù)增長與科技迅猛發(fā)展的背景下，地下勘探的深度、廣度不斷拓展，但傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方式滯后，信息技術(shù)應(yīng)用迫在眉睫。深入探討信息技術(shù)在地下勘探數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用，詳細介紹信息技術(shù)在提升數(shù)據(jù)采集精度、優(yōu)化傳輸效率、保障數(shù)據(jù)安全等方面的創(chuàng)新舉措與應(yīng)用效果，為地下勘探領(lǐng)域的現(xiàn)代化發(fā)展提供有力支撐。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；地下勘探；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸

一、前言

隨著地下勘探工程越來越復(fù)雜，越來越深入，人們對于數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)臏蚀_性、高效性及可靠性等方面都有了越來越高的要求。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和傳輸方式面對海量數(shù)據(jù)、復(fù)雜環(huán)境、實時性要求等問題，逐漸顯露出許多局限性。信息技術(shù)的快速發(fā)展給上述問題的解決帶來新機遇，將信息技術(shù)創(chuàng)新性地運用于地下勘探數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)就成為促進這一領(lǐng)域向前發(fā)展的關(guān)鍵要素。

二、信息技術(shù)在地下勘探數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用價值

信息技術(shù)對地下勘探數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)具有顯著、多維度的創(chuàng)新性運用價值[1]。一是數(shù)據(jù)采集精準性空前提高。在高精度傳感器和先進數(shù)據(jù)采集算法的輔助下，可以更精細地檢測和記錄井下復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)和礦產(chǎn)資源分布情況。例如，新型地震波傳感器能捕捉極微弱地層震動信號并轉(zhuǎn)換為精細地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)，對石油進行精準定位。對于天然氣和其他關(guān)鍵能源資源，新型地震波傳感器在選擇儲存地點和儲量的評估中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。二是從數(shù)據(jù)處理和分析能力來看，云計算和大數(shù)據(jù)技術(shù)協(xié)同使系統(tǒng)具有很強的智慧。大量地下勘探數(shù)據(jù)可存儲于云端并進行分布式計算，通過大數(shù)據(jù)分析工具發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間潛在的聯(lián)系與規(guī)律[2]。例如，綜合分析不同地區(qū)地質(zhì)數(shù)據(jù)，可預(yù)測出地下礦產(chǎn)資源走向及富集地區(qū)，從而對勘探規(guī)劃起到科學(xué)戰(zhàn)略指導(dǎo)作用。同時，該數(shù)據(jù)處理能力還有利于優(yōu)化勘探流程、減少無謂勘探環(huán)節(jié)、提高勘探效率、降低勘探成本。另外，信息技術(shù)創(chuàng)新性應(yīng)用也推動地下勘探領(lǐng)域跨地域協(xié)作和知識共享，在互聯(lián)網(wǎng)和云平臺的支持下，各區(qū)域勘探團隊能夠便捷地進行數(shù)據(jù)共享、經(jīng)驗交流以及技術(shù)成果交流。例如，在特定的地質(zhì)環(huán)境下，一個地區(qū)的成功勘探經(jīng)驗?zāi)軌蜓杆賯鬟f到其他面對類似問題的地方，從而促進整個行業(yè)的技術(shù)革新和進步。信息技術(shù)對地下勘探數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的創(chuàng)新性應(yīng)用，給這一領(lǐng)域帶來了一個高效、準確、智能、協(xié)同的嶄新局面，有效地促進了我國地下資源勘探事業(yè)現(xiàn)代化進程。

三、信息技術(shù)在地下勘探數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用方法

（一）智能傳感網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)

在地下勘探數(shù)據(jù)的采集和傳輸系統(tǒng)中，智能傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建被視為信息技術(shù)的核心創(chuàng)新應(yīng)用之一，地下勘探時，傳感器布置和協(xié)同工作是關(guān)鍵[3]。以大型金屬礦脈勘查工程為例，需要在勘查區(qū)域設(shè)置數(shù)千個傳感器節(jié)點，涉及類型眾多，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)檢測用的地震傳感器、探測金屬含量的電磁傳感器和監(jiān)測地下環(huán)境參數(shù)的溫濕度傳感器等。通過利用先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立智能傳感網(wǎng)絡(luò)，各傳感器節(jié)點具有獨立數(shù)據(jù)采集和初步處理的功能，如地震傳感器可以準確地采集0.1Hz～100Hz頻率區(qū)間內(nèi)的振動信號，其分辨率可達0.01m/s2，能敏銳感受地層深處細微的地質(zhì)變動。這些節(jié)點間采用低功耗藍牙或者ZigBee無線通信協(xié)議實現(xiàn)短距離數(shù)據(jù)交互，并組成局域子網(wǎng)絡(luò)，保證實時數(shù)據(jù)共享和協(xié)同處理。子網(wǎng)絡(luò)又通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備與4G或者5G廣域網(wǎng)絡(luò)連接，并向地面控制中心發(fā)送數(shù)據(jù)[4]。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，采用這種智能傳感網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法可以將數(shù)據(jù)采集效率提高超過30%，同時還能減少大約50%的數(shù)據(jù)傳輸延遲時間，有效確保了地下勘探數(shù)據(jù)獲取和傳遞的及時性和準確性，并為之后的數(shù)據(jù)分析和決策奠定堅實基礎(chǔ)。

（二）建立數(shù)據(jù)加密傳輸通道

數(shù)據(jù)加密傳輸通道的建立，在確保地下勘探數(shù)據(jù)安全性和完整性方面發(fā)揮著無可替代的重要作用[5]。地下勘探時，所收集的資料通常涉及重要地質(zhì)資源信息、勘探設(shè)備的運行參數(shù)和企業(yè)商業(yè)機密。舉例來說，在某個深海油氣田的勘查項目中，每日傳送的數(shù)據(jù)量達到了數(shù)TB，涵蓋了關(guān)于油氣層深度、壓力和儲量預(yù)估等關(guān)鍵敏感信息。為了確保數(shù)據(jù)在傳輸時不被竊取或篡改，技術(shù)人員結(jié)合了高級加密標準（AES）算法和非對稱加密的RSA算法來進行數(shù)據(jù)的加密處理。在進行數(shù)據(jù)傳輸之前，首先采用AES算法對數(shù)據(jù)進行了快速的對稱加密處理，確保加密密鑰的長度達到256位，從而保障了數(shù)據(jù)加密的高效性[6]。接下來，采用RSA算法對AES密鑰進行了非對稱的加密處理，其中RSA密鑰的長度達到了2048位，從而確保了密鑰傳輸?shù)母叨劝踩?。這樣的雙重加密方式使得黑客很難破譯加密后的信息，即使在傳輸過程中被截獲。根據(jù)安全測試的評估結(jié)果，使用這種加密的數(shù)據(jù)傳輸通道后，數(shù)據(jù)被解密的風險減少了超過99%，從而有效地確保了地下勘查數(shù)據(jù)的安全性，保障了地下資源勘探中企業(yè)及國家的效益和安全。

（三）多源數(shù)據(jù)融合的采集策略

多源數(shù)據(jù)融合采集策略是提升地下勘探數(shù)據(jù)全面性與準確性的重要手段，在一個綜合性的城市地下空間勘探項目中，涉及多種數(shù)據(jù)源的采集[7]。例如，地質(zhì)雷達可探測到地下0～50米深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)，分辨率約為0.1米，能夠清晰地呈現(xiàn)出地下巖石層、土層以及地下空洞等信息。地下管線探測儀則專注于檢測各類金屬與非金屬管線的位置與走向，其定位精度可達到 0.05 米，可準確識別出供水、排水、燃氣、電力等多種管線的分布情況[8]。例如，采用卡爾曼濾波算法對地質(zhì)雷達和地下管線探測儀的數(shù)據(jù)進行融合，可使地下空間結(jié)構(gòu)與管線位置的綜合定位精度提高20%左右。

（四）優(yōu)化的自適應(yīng)傳輸協(xié)議

自適應(yīng)傳輸協(xié)議優(yōu)化對地下勘探數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)起到了極其關(guān)鍵的作用[9]。不同地下勘探場景對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟠嬖陲@著差異。以淺地層考古勘探為例，其數(shù)據(jù)量比較少，但是對于實時性有很高的要求，要求把所檢測遺跡的位置和形狀信息迅速傳送到地面，便于考古學(xué)家進行及時分析和判斷。而在深層煤礦的勘探中，數(shù)據(jù)量大，涉及瓦斯?jié)舛?、煤層厚度、地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力等很多方面的資料，并且傳輸環(huán)境比較復(fù)雜，存在信號干擾等問題[9]。

自適應(yīng)傳輸協(xié)議可以針對這些不同的場合，對傳輸參數(shù)進行動態(tài)調(diào)節(jié)。在需要傳輸小數(shù)據(jù)量和高實時性的考古勘探數(shù)據(jù)時，該協(xié)議能夠自動提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間間隔縮短到0.1秒以內(nèi)，從而確保數(shù)據(jù)能夠迅速到達目的地。在處理深層煤礦勘查的大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸時，協(xié)議會優(yōu)先確保數(shù)據(jù)的完整性，并通過數(shù)據(jù)分片和重傳的方式，將數(shù)據(jù)劃分為1024字節(jié)大小的段落進行傳遞，如果遇有信號丟失或者出錯的情況，可以將自動重傳的次數(shù)設(shè)定在五次之內(nèi)，確保數(shù)據(jù)的準確傳遞。通過實地測試，發(fā)現(xiàn)在復(fù)雜的地下煤礦勘查環(huán)境中，使用自適應(yīng)傳輸協(xié)議進行優(yōu)化后，數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性可以提高到98%或更高，這種優(yōu)化有效地避免了由于數(shù)據(jù)丟失或者失誤而造成勘探?jīng)Q策錯誤，極大地提升了地下勘探工作的安全性和工作效率[10]。

（五）云邊協(xié)同的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)

云邊協(xié)同數(shù)據(jù)處理架構(gòu)是地下勘探數(shù)據(jù)有效利用的強大支撐。地下勘探作業(yè)時，邊緣計算設(shè)備位于數(shù)據(jù)采集源頭附近，如在地下金屬礦勘探現(xiàn)場采集基站內(nèi)布設(shè)邊緣計算服務(wù)器。這些邊緣服務(wù)器可以對原始數(shù)據(jù)進行一些初步處理，例如實時甄別海量礦石品位探測數(shù)據(jù)、剔除顯著異?；蛘咤e誤數(shù)據(jù)等，該技術(shù)能夠以每秒10萬條數(shù)據(jù)記錄的速度進行處理，從而顯著降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢摀驮贫擞嬎愕膲毫?。而且云端?shù)據(jù)中心計算資源豐富，存儲海量數(shù)據(jù)。其能夠深度分析邊緣設(shè)備上傳的初步加工后的數(shù)據(jù)，例如使用深度學(xué)習(xí)算法來預(yù)測建模不同地區(qū)礦石儲量數(shù)據(jù)。以某大型地下鐵礦勘查項目為例，在云邊協(xié)同架構(gòu)中，將邊緣設(shè)備加工的數(shù)據(jù)上傳到云端，云端使用其保存的世界范圍內(nèi)類似鐵礦勘查數(shù)據(jù)進行查閱，經(jīng)復(fù)雜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析，該鐵礦潛在儲量預(yù)測誤差能控制在允許范圍內(nèi)。這種基于云邊協(xié)同的數(shù)據(jù)處理策略，使得數(shù)據(jù)處理的效率提高了超過40%，不僅滿足了地下勘查數(shù)據(jù)的實時處理需求，還能深入挖掘數(shù)據(jù)背后的潛在價值，為勘探資源的評價、開采計劃的編制提供準確的依據(jù)[11]。

（六）虛擬現(xiàn)實輔助監(jiān)控應(yīng)用

虛擬現(xiàn)實（VR）作為輔助監(jiān)測工具，為地下探查活動提供了一種創(chuàng)新的體驗和高效的監(jiān)測方法。地下隧道工程勘探時，通過布設(shè)360度全景攝像頭及各種傳感器對隧道進行拍攝，并把拍攝的影像、視頻及環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸給地面監(jiān)控中心。地面工作人員在VR設(shè)備的幫助下，能夠沉浸在隧道內(nèi)，觀察地質(zhì)情況、支護結(jié)構(gòu)情況等。例如，VR設(shè)備能將隧道內(nèi)畫面顯示出來，分辨率為4K，刷新率為60幀/秒，讓工作人員能清楚觀察到巖石紋理、裂縫以及其他細節(jié)。同時，結(jié)合空間定位技術(shù)，工作人員在VR場景中能夠精確測量隧道內(nèi)不同位置的距離、角度等參數(shù)，測量精度可達到0.01米。就石油鉆井勘探而言，VR技術(shù)能夠?qū)︺@井時的地層變化、鉆頭受力進行仿真。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，當引入VR作為輔助監(jiān)測工具后，地下勘查項目中的安全事故率下降了大約30%，主要得益于工作人員能更迅速、更精確地識別并應(yīng)對潛在的風險。另外，該可視化監(jiān)測方式也提升了勘探?jīng)Q策效率，如隧道支護方案調(diào)整中采用VR場景直觀顯示等，決策所需的時間可以減少超過20%，在很大程度上加速了地下勘查項目的進展。

四、信息技術(shù)在地下勘探數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應(yīng)用趨勢

伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，將信息技術(shù)創(chuàng)新性地運用于地下勘探數(shù)據(jù)獲取和傳輸系統(tǒng)，顯示出了一系列引人注目的發(fā)展趨勢。

一是傳感器技術(shù)必將向更高的精度、微型化和智能化發(fā)展。這種新型的傳感器有潛力達到納米級別的分辨能力，能夠檢測到非常微弱的地質(zhì)信號。例如，超靈敏的重力傳感器能夠精確地測量地下的微小密度差異，為尋找深層隱藏的礦體提供了關(guān)鍵的線索。同時，傳感器還會融入更多的智能功能，比如自我診斷和自適應(yīng)校準等，能夠長期穩(wěn)定地工作于復(fù)雜、嚴酷的地下環(huán)境，大大降低了人工維護成本和數(shù)據(jù)誤差。

二是，就數(shù)據(jù)傳輸而言，5G和未來6G這些新一代通信技術(shù)深入應(yīng)用，傳輸速度會有一個質(zhì)的跨越。預(yù)計在6G網(wǎng)絡(luò)條件下的數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到每秒數(shù)太字節(jié)且延遲幾乎為0，可以滿足地下勘探對實時高清視頻傳輸和大范圍三維地質(zhì)模型資料即時交互的超高帶寬和低延遲的要求。另外，衛(wèi)星通信和地面通信無縫結(jié)合，將保證偏遠地區(qū)或者地下深層這些信號較弱地區(qū)的數(shù)據(jù)能夠平穩(wěn)傳輸，從而真正意義上實現(xiàn)地下勘探數(shù)據(jù)全球高效互聯(lián)。

三是，云計算和邊緣計算協(xié)同模式會得到進一步的優(yōu)化。邊緣計算設(shè)備計算能力會越來越強，可以在數(shù)據(jù)采集端附近對數(shù)據(jù)進行更加復(fù)雜的預(yù)處理和分析。例如，在地下完成地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警模型的初步運算。而云計算著眼于大尺度數(shù)據(jù)深度挖掘和長期存儲，通過人工智能算法實現(xiàn)全球地下勘探數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析和地質(zhì)構(gòu)造變化及資源分布趨勢預(yù)測[12]。二者之間的智能切換和動態(tài)分配會根據(jù)勘探任務(wù)的需要和網(wǎng)絡(luò)狀況來自動進行，使得整個數(shù)據(jù)處理流程更靈活、更有效率。

四是，人工智能技術(shù)會深入到數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)中。智能算法能夠依據(jù)勘探目標對傳感器最優(yōu)布局進行自動規(guī)劃，并對數(shù)據(jù)采集進行精準聚焦。傳輸時，以人工智能為核心的流量優(yōu)化技術(shù)能夠根據(jù)數(shù)據(jù)優(yōu)先級和網(wǎng)絡(luò)擁塞等因素對傳輸策略進行動態(tài)調(diào)整，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠及時發(fā)送。與此同時，由人工智能推動的虛擬現(xiàn)實（VR）和增強現(xiàn)實（AR）技術(shù)將為地下勘探活動提供一種沉浸式的監(jiān)控和交互體驗，使得專家能夠遠程操作地下勘探設(shè)備，身臨其境般進行地質(zhì)勘查和故障診斷，極大地提升了勘探作業(yè)效率和安全性，促進了地下勘探領(lǐng)域向智能化和自動化方向闊步前進，揭開了地下資源勘探新的一頁。

五、結(jié)語

信息技術(shù)對地下勘探數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)的創(chuàng)新性運用，顯著提高了這一領(lǐng)域的技術(shù)水平。通過傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)以及云計算技術(shù)等多種技術(shù)的協(xié)同合作，從而達到數(shù)據(jù)采集更加準確、傳輸更加有效以及存儲處理更加智能等目的。但在使用過程中還需要注意技術(shù)穩(wěn)定性、兼容性和數(shù)據(jù)安全。今后，在信息技術(shù)日益發(fā)展的背景下，地下勘探數(shù)據(jù)采集和傳輸系統(tǒng)也會迎來更多的創(chuàng)新和突破，從而進一步促進地下資源勘探工作的開展。

參考文獻

[1]趙改善，何展翔.節(jié)點地震勘探技術(shù)發(fā)展的系統(tǒng)性思考[J].石油物探，2024，63（04）：718-734.

[2]叢正.基于多尺度注意力網(wǎng)絡(luò)的DAS地震數(shù)據(jù)復(fù)雜噪聲消減方法設(shè)計與應(yīng)用[D].吉林：東北電力大學(xué)：2024.

[3]梁家偉.可控震源組合激振方法研究[D].長春：吉林大學(xué)，2022.

[4]邰偉鵬.基于云技術(shù)的井下電法數(shù)據(jù)在線協(xié)同處理解釋系統(tǒng)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2021.

[5]陳成棟.半航空瞬變電磁數(shù)據(jù)采集設(shè)計和數(shù)據(jù)校正研究[D].濟南：山東大學(xué)，2021.

[6]李欣，馮暉元，趙鵬.工程物探技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用[J].石材，2024（11）：87-89.

[7]翟勇.水平定向鉆進技術(shù)在煤礦地質(zhì)構(gòu)造勘探中的應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2024（07）：46-48+64.

[8]曹吉林.物探技術(shù)在礦產(chǎn)資源勘查中的定量分析與實際案例研究 [J].新疆鋼鐵，2024（02）：92-94.

[9]賀旭東.地震成像技術(shù)在油氣淺層勘探中的應(yīng)用意義及應(yīng)用策略探究[J].化工設(shè)計通訊，2024，50（04）：41-44.

[10]張登奎，王肅良，閆佳佳，等.綜合物探方法在滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘探中的應(yīng)用探究[J].物探裝備，2024，34（02）：137-140.

[11]樊洪明，董金鑫，王鋒.基于地球物理方法的金屬礦床勘探技術(shù)研究[J].世界有色金屬，2024（07）：112-114.

[12]張登奎，王肅良，閆佳佳，等.綜合物探方法在滑坡地質(zhì)災(zāi)害勘探中的應(yīng)用探究[J].物探裝備，2024，34（02）：137-140.

作者單位：大慶油田有限責任公司試油試采分公司試油大隊保衛(wèi)隊

責任編輯：王穎振 楊惠娟