CN107229077B - 物探仪及其剖面图成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地质勘探技术领域，公开一种物探仪及其剖面图成像方法，以实现物探仪对采集的数据进行快速的成图处理，而摆脱第三方的诸多困扰。本发明方法包括：获取待测区域地质深度与频率的转换关系；确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值；在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样；根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理；根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色；根据采样数据及其插值数据生成横坐标为采样点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
Description
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种物探仪及其剖面图成像方法。
背景技术
目前，物探技术研究应用广泛。例如，基于天然电磁场物探测量技术发展引人注目，尤其是其在抗干扰性能和数据的准确性方面所具有优异特性愈发突出。
现有的物探仪大多具有轻便、快捷等特点，其主要实现的功能是数据的采集；采集之后的数据需通过第三方予以处理成图。传统的做法是使用天然电场选频仪对大地不同频率的电场信号进行采集，采集到的数据导出到电脑再使用专业的数据处理软件(如Surfer、Grapher 软件等)进行分析处理。其中数据处理需要很强的地质专业知识，要会熟练使用电脑，数据处理分析大多都是有多年地质勘探工作的地质专家。并且当采集到的点越多，原使数据会越来越庞大，人工处理数据工作量也会越来越大，从数据处理到成图可能要花数天的时间。主流数据处理软件大多都是国外进口，没有中文界面，设置参数众多，操作复杂。
发明内容
本发明目的在于公开一种物探仪及其剖面图成像方法，以实现物探仪对采集的数据进行快速的成图处理，而摆脱第三方的诸多困扰。
为达成上述目的，本发明公开一种物探仪的剖面图成像方法，包括：
获取待测区域地质深度与频率的转换关系；
确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值；
在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样；
根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理；
根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色；
根据采样数据及其插值数据生成横坐标为采样点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
与上述方法相对应的，本发明还公开一种物探仪，包括：
第一处理单元，用于获取待测区域地质深度与频率的转换关系，确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值，在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样；
第二处理单元，用于根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理；
第三处理单元，用于根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色；
第四处理单元，用于根据采样数据及其插值数据生成横坐标为采样点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
基于上述方法与系统，在具体的数据采集处理过程中，可进一步基于同一采集芯片的不同引脚分别构建模拟通道和数据通道以同时采集同一电极对的模拟信号值和数字信号值；
获取用户在一段时间内，在同一频率下针对同一测点电场的电压值，所采集的至少两个模拟信号值和至少两个数字信号值；
对同一测点的所有模拟信号值进行筛选，并计算有效点的模拟平均值；与此同时，对同一测点的所有数字信号值进行筛选，并计算有效点的数字平均值；
判断所述模拟平均值与数字平均值的差值是否在设定阈值内，如果是，取所述模拟平均值和数字平均值的中间值作为该测点电场的电压值；如果两者的差值超过阈值，指示用户采样失败。藉此，从多个维度确保了最终采集数据的精确性，极大提升了物探仪的整体性能。
本发明具有以下有益效果：
无需第三方即可实现物探仪对采集的数据进行快速的成图处理，操作简单，成图快速，且所成的图示直观，方便用户快速识图。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例公开的剖面图成像方法流程图；
图2为本发明实施例公开的剖面图的界面操作示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例一
本实施例公开一种物探仪的剖面图成像方法，如图1所示，包括：
步骤S1、获取待测区域地质深度与频率的转换关系。
在该步骤中，地质深度可为趋肤深度或探测深度。
其中，趋肤深度H1与频率f的转换关系为：
ρ为电阻率.
地质深度为探测深度H2，探测深度与频率f的转换关系为：
步骤S2、确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值。
本实施例中，可根据目标剖面图中，测点与地质深度的区间间隔所形成的网格大小合理确定一组频率值。根据步骤S1中的转换关系，结合用户所探测的待测区域中的历史地质数据合理确定不同地质深度的电阻率。可选的，当用户为国内的用户时，也可以结合国内的各类地质结构综合取平均值，并在平均值的基础上根据实测数据与历史数据的对比进行修正。
步骤S3、在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样。
步骤S4、根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理。
在该步骤中，图片是由无数个不同颜色的像素点组成的，像素点越稠密，图片分辨率越高，细节越清晰。现在专用的图像传感器上面已经能集成上百甚至上千万个感光元件，感光元件得到的数据直接交给处理器合成图像输出。但物探仪采集到的数据都是有限的，不可能直接采集输出如此多的数据，仪器采集到的数据直接成图，画面必定惨不忍睹，为了能生成可进行地质分析的图像，进行科学有效的插值运算是必须的。
可选的，本实施例可通过双线性内插值运算方法进行插值运算。
优选地，由于物探仪采集到的数据的结构也不适于直接成图，直接成图无法正确反映出地质构造情况。所以数据在处理前需要根据地层情况、测线情况进行数据重新排列。为此，本实施例细分的实现方案如下；
构造一个多维数组，把采集到的数据按X方向为不同测点数据，Y方向为相同测点不同频率的数据排列。对于一个目标插值，设置坐标通过反向变换得到的浮点坐标为(i+u，j+v)，其中i、j均为整数，u、v为[0，1)区间的浮点数，则目标插值f(i+u，j+v)可由原图像中坐标为(i，j)、(i+1，j)、(i，j+1)、(i+1，j+1)所对应的周围四个像素的值决定，即：
f(i+u，j+v)＝(1-u)*(1-v)*f(i，j)+(1-u)*v*f(i，j+1)+u*(1-v)*f(i+1，j)+ u*v*f(i+1,j+1)，其中，f(i，j)表示(i，j)坐标处的值，以此类推，使数组变成一个稠密的矩阵。
步骤S5、根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色。
可选的，相关的配色表参照表1。
表1：
| 最大值 | 次大值 | …… | 最小值 |
| 颜色1 | 颜色2 | …… | 颜色n |
步骤S6、根据采样数据及其插值数据生成横坐标为依次线性排列的测点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
在该步骤中，由于采集的点需要连线填充颜色，如果直接用直线连接，看起来的视觉体验不是很好，在图像处理领域里，这就是所谓的图像噪声过大。因此需要给所做图像进行平滑处理，其中，图像平滑是指用于突出图像的宽大区域、低频成分、主干部分或抑制图像噪声和干扰高频成分，使图像亮度平缓渐变，减小突变梯度，改善图像质量的图像处理方法。
优选地，本实施例还可以对所生成的目标剖视图进行伽玛校正，以对图像进行非线性色调编辑，检出图像信号中的深色部分和浅色部分，并使两者比例增大，从而提高图像对比度。
优选地，可参照图2中物探仪的界面，本实施例还可以对生成的目标剖面图进行图像缩放及导出处理。进一步的，还可在物探仪的显示屏上，设置特定的窗口以与目标剖面图分屏显示各测点的相应采样数据供用户调阅。
在具体的数据采集处理过程中，本实施例还可进一步做如下优化：
步骤S10、基于同一采集芯片的不同引脚分别构建模拟通道和数据通道以同时采集同一电极对的模拟信号值和数字信号值。
步骤S20、获取用户在一段时间内，在同一频率下针对同一测点电场的电压值，所采集的至少两个模拟信号值和至少两个数字信号值。
步骤S30、对同一测点的所有模拟信号值进行筛选，并计算有效点的模拟平均值；与此同时，对同一测点的所有数字信号值进行筛选，并计算有效点的数字平均值。
例如：假设时间段内所采集的模拟信号值为1000个，对模拟信号值进行筛选的筛选算法可包括下述步骤S301至步骤S305。
步骤S301，将采样数组从小到大排列，将他们标记为P1,P2，……，P1000，然后计算最大差值Kmax，其中，
步骤S302，判断Kmax的值，如果Kmax≤10％，说明此数组无无效值；如果Kmax＞10％，再进行如下计算。
步骤S303，增加一个数组k[n]，1≤n≤999，其中，然后取出其中所有大于10％的k值中所对应的n值，将n进行从小到大的排序。
步骤S304，做判断：如果n值都大于500，则取其中最小的n值，选取P1-Pn作为有效点；如果n值都小于500，则取其中最大的n值，选取Pn-P1000作为有效点；如果所有的n值既有大于500的也有小于500的，则取所有排序过的n中最接近500的2个点，假设为n1与n2，则取Pn1-Pn2为有效点。
步骤S305,在筛选出的数组中有效点的数值做加权平均值处理，得到所述模拟平均值。
相对应的，又例如，假设时间段内所采集的数字信号值为1000个，对数字信号值进行筛选的筛选算法可包括下述步骤S310至步骤S330。
步骤S310，将数组排序为D1-D1000，首先创建一个新数组z[999]，其中， zn＝Dn+1-Dn,n∈(2，998)。
步骤S320，假设其中某个点zm，2＜m＜998；有zm×zm+1＜0,并且 zm×zm-1＞0，zm-1×zm-2＞0以及zm+1×zm+2＞0，zm+2×zm+3＞0，则取zm+1为有效点。
数学中极大值与极小值的定义为：某个极小区间内，存在自变量取值x，且存在比其大与比其小的自变量，这些自变量所对应的函数值均小于x对应的函数值，那么此函数值称为极大值；某个极小区间内，存在自变量取值x，且存在比其大与比其小的自变量，这些自变量所对应的函数值均大于x对应的函数值，那么此函数值称为极小值。
上述步骤S320本质即判断信号数组的波峰和波谷点，就可以用上述定义找出。根据上述定义，在波峰点处时，左边的点和右边的点均小于它，并且左边第二个点和右边第二个点也均小于左一和右一。因此将他们求差值可知，左一减去波峰点与波峰减去右一的乘积为负数，左二减去左一与左一减去波峰的乘积为正数，同时波峰减去右一与右一减去右二乘积为正数。同理，波谷点也是这样。
步骤S330，再对有效点的绝对值取平均值后，再将得出来的平均值除以1.414后，取小数点后4位，得出所述数字平均值。
步骤S40、判断所述模拟平均值与数字平均值的差值是否在设定阈值内，如果是，取所述模拟平均值和数字平均值的中间值作为该测点电场的电压值；如果两者的差值超过阈值，指示用户采样失败。藉此，从多个维度确保了最终采集数据的精确性，极大提升了物探仪的整体性能。
通常，模拟信号采集到的有效值等价于数字信号的波峰或者波谷的值的绝对值除以 1.414。因此，由上述2个办法得到的值理论上是相等的。但是，现实中，由于电子器件的差异，干扰的强弱，芯片采集电压的误差等，相对应的两个值是不可能绝对相等的。因此，在本实施例中，可默认只要者两者相差低于25％(对应上述步骤S40中的阈值)，则将两者的平均值认定为采集到的最终有效值。
因此只需要将模拟信号得出的加权平均值(即步骤S30中的模拟平均值)与数字信号得出的有效值(即步骤S30中的数字平均值)做对比，在这将模拟信号值设为A，数字信号值设为D，计算表征模拟平均值与数字平均值的差值的比例系数C。具体计算公式如下：
此外，为减少采集芯片的计算量，优选地，本实施例中模拟信号采集的信号增益与数字信号采集的信号增益一致。
藉此，基于同一采集芯片的不同引脚分别构建模拟通道和数据通道以同时采集同一电极对的模拟信号值和数字信号值，消除了同一信号分开采集所导致的相位差；通过有效值的筛选，排除了元器件噪声和采集芯片的误读等所产生的无效值，而且通过模拟平均值与数字平均值的差值对当次采样予以客观考评，最终结果取有效采集的两通道数据进行综合，弥补了单通道采集所存在的缺陷，极大提升了物探仪的整体性能。
实施例二
与上述方法实施例相对应的，本实施例公开一种物探仪，至少包括下述第一至第四处理单元。
第一处理单元，用于获取待测区域地质深度与频率的转换关系，确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值，在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样。
第二处理单元，用于根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理。
第三处理单元，用于根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色。
第四处理单元，用于根据采样数据及其插值数据生成横坐标为依次线性排列的测点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
本系统中，可选的，地质深度为趋肤深度，趋肤深度H1与频率f的转换关系为：
其中，ρ为电阻率；或者地质深度为探测深度H2，探测深度与频率f的转换关系为：
可选的，本实施例的物探仪还可以进一步包括下述第五至第八处理单元中的任意一种或任意组合。其中，第五处理单元，用于对生成的剖面图进行平滑处理和伽玛校正；第六处理单元，用于对生成的目标剖面图进行图像缩放及导出处理；第七处理单元，用于在所述物探仪的显示屏上，与所述目标剖面图分屏显示各测点的相应采样数据供用户调阅。
第八处理单元，用于基于同一采集芯片的不同引脚分别构建模拟通道和数据通道以同时采集同一电极对的模拟信号值和数字信号值；获取用户在一段时间内，在同一频率下针对同一测点电场的电压值，所采集的至少两个模拟信号值和至少两个数字信号值；对同一测点的所有模拟信号值进行筛选，并计算有效点的模拟平均值；与此同时，对同一测点的所有数字信号值进行筛选，并计算有效点的数字平均值；判断所述模拟平均值与数字平均值的差值是否在设定阈值内，如果是，取所述模拟平均值和数字平均值的中间值作为该测点电场的电压值；如果两者的差值超过阈值，指示用户采样失败。
第八单元的具体筛选算法参照实施例一，不做赘述。
综上，本发明公开的物探仪及其剖面图成像方法，无需第三方即可实现物探仪对采集的数据进行快速的成图处理，操作简单，成图快速，且所成的图示直观，方便用户快速识图。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种物探仪的剖面图成像方法，其特征在于，包括：
获取待测区域地质深度与频率的转换关系；
确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值；
在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样；所述用户对任一测点进行采样，包括：基于同一采集芯片的不同引脚分别构建模拟通道和数据通道以同时采集同一电极对的模拟信号值和数字信号值；获取用户在一段时间内，在同一频率下针对同一测点电场的电压值，所采集的至少两个模拟信号值和至少两个数字信号值；对同一测点的所有模拟信号值进行筛选，并计算有效点的模拟平均值；与此同时，对同一测点的所有数字信号值进行筛选，对筛选出的有效点的绝对值取平均值后，再将得出来的平均值除以1.414后，计算得到有效点的数字平均值；判断所述模拟平均值与数字平均值的差值是否在设定阈值内，如果是，取所述模拟平均值和数字平均值的中间值作为该测点电场的电压值；如果两者的差值超过阈值，指示用户采样失败；
根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理；
根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色；
根据采样数据及其插值数据生成横坐标为依次线性排列的测点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
2.根据权利要求1所述的物探仪的剖面图成像方法，其特征在于，所述地质深度为趋肤深度，所述趋肤深度H1与频率f的转换关系为：
其中，ρ为电阻率；或者所述地质深度为探测深度H2，所述探测深度与频率f的转换关系为：
3.根据权利要求1所述的物探仪的剖面图成像方法，其特征在于，还包括：
对生成的剖面图进行平滑处理和伽玛校正；
对生成的目标剖面图进行图像缩放及导出处理；
在所述物探仪的显示屏上，与所述目标剖面图分屏显示各测点的相应采样数据供用户调阅。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的物探仪的剖面图成像方法，其特征在于，假设时间段内所采集的模拟信号值为1000个，对模拟信号值进行筛选的筛选算法包括：
将采样数组从小到大排列，将他们标记为P1，P2，……，P1000，然后计算最大差值Kmax，其中，
判断Kmax的值，如果Kmax≤10％,说明此数组无无效值；如果Kmax＞10％,再进行如下计算：
增加一个数组k[n]，1≤n≤999,其中，然后取出其中所有大于10％的k值中所对应的n值，将n进行从小到大的排序；
做判断：如果n值都大于500，则取其中最小的n值，选取P1-Pn作为有效点；如果n值都小于500，则取其中最大的n值，选取Pn-P1000作为有效点；如果所有的n值既有大于500的也有小于500的，则取所有排序过的n中最接近500的2个点，假设为n1与n2，则取Pn1-Pn2为有效点；
在筛选出的数组中有效点的数值做加权平均值处理，得到所述模拟平均值；和/或
假设时间段内所采集的数字信号值为1000个，对数字信号值进行筛选的筛选算法包括：
将数组排序为D1-D1000，首先创建一个新数组z[999]，其中，zn＝Dn+1-Dn,n∈(2，998)；
假设其中某个点zm，2＜m＜998；有zm×zm+1＜0,并且zm×zm-1＞0,zm-1×zm-2＞0以及zm+1×zm+2＞0,zm+2×zm+3＞0,则取zm+1为有效点。
5.一种物探仪，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于获取待测区域地质深度与频率的转换关系，确定目标剖面图中一组特定地质深度值所一一对应的频率值，在用户对任一测点进行采样时，指示用户依据该组特定地质深度值所对应的各频率值逐一进行该测点相对应电场值的采样；
第八处理单元，用于在用户对任一测点进行采样时，基于同一采集芯片的不同引脚分别构建模拟通道和数据通道以同时采集同一电极对的模拟信号值和数字信号值；获取用户在一段时间内，在同一频率下针对同一测点电场的电压值，所采集的至少两个模拟信号值和至少两个数字信号值；对同一测点的所有模拟信号值进行筛选，并计算有效点的模拟平均值；与此同时，对同一测点的所有数字信号值进行筛选，对筛选出的有效点的绝对值取平均值后，再将得出来的平均值除以1.414后，计算得到有效点的数字平均值；判断所述模拟平均值与数字平均值的差值是否在设定阈值内，如果是，取所述模拟平均值和数字平均值的中间值作为该测点电场的电压值；如果两者的差值超过阈值，指示用户采样失败；
第二处理单元，用于根据不同测点、不同频率所对应的不同电场值对采样数据进行插值处理；
第三处理单元，用于根据所有电场值中的最大值和最小值对采样和插值的各电场值进行配色；
第四处理单元，用于根据采样数据及其插值数据生成横坐标为依次线性排列的测点、纵坐标为地质深度、不同颜色对应不同电场值的目标剖面图。
6.根据权利要求5所述的物探仪，其特征在于，所述地质深度为趋肤深度，所述趋肤深度H1与频率f的转换关系为：
其中，ρ为电阻率；或者所述地质深度为探测深度H2，所述探测深度与频率f的转换关系为：
7.根据权利要求5所述的物探仪，其特征在于，还包括：
第五处理单元，用于对生成的剖面图进行平滑处理和伽玛校正；
第六处理单元，用于对生成的目标剖面图进行图像缩放及导出处理；
第七处理单元，用于在所述物探仪的显示屏上，与所述目标剖面图分屏显示各测点的相应采样数据供用户调阅。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的物探仪，其特征在于，假设时间段内所采集的模拟信号值为1000个，对应模拟信号值进行筛选的筛选算法包括：
将采样数组从小到大排列，将他们标记为P1，P2，……，P1000，然后计算最大差值Kmax，其中，
判断Kmax的值，如果Kmax≤10％，说明此数组无无效值；如果Kmax＞10％，再进行如下计算：
增加一个数组k[n]，1≤n≤999，其中，然后取出其中所有大于10％的k值中所对应的n值，将n进行从小到大的排序；
做判断：如果n值都大于500，则取其中最小的n值，选取P1-Pn作为有效点；如果n值都小于500，则取其中最大的n值，选取Pn-P1000作为有效点；如果所有的n值既有大于500的也有小于500的，则取所有排序过的n中最接近500的2个点，假设为n1与n2，则取Pn1-Pn2为有效点；
在筛选出的数组中有效点的数值做加权平均值处理，得到所述模拟平均值；和/或
假设时间段内所采集的数字信号值为1000个，对数字信号值进行筛选的筛选算法包括：
将数组排序为D1-D1000，首先创建一个新数组z[999]，其中，zn＝Dn+1-Dn，n∈(2，998)；
假设其中某个点zm，2＜m＜998；有zm×zm+1＜0，并且zm×zm-1＞0，zm-1×zm-2＞0以及zm+1×zm+2＞0，zm+2×zm+3＞0，则取zm+1为有效点。
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