CN112012720B - 不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法和装置，方法包括：一、设备安装就位施工时，随钻测量，以第一电磁波信号发射；二、控制器接收第一电磁波信号，构建信号判别模型，识别第一电磁波信号；三、将识别后的第一电磁波信号还原，得到的测量数据进行分析生成控制指令，将控制指令转换为第二电磁波信号发射；四、接收第二电磁波信号，经识别和解码处理还原控制指令，并进行钻孔控制；五、对钻孔定位测量以及钻孔轨迹的测量，绘制三维图显示设计地质及钻探不良地质位置。装置包括计算机、控制器和探管组件；控制器包括第一电磁波交互模块和信号识别模块；探管组件安装在钻杆上，探管组件包括第二电磁波交互模块。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理与隧道工程施工技术领域，特别涉及一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法和装置。
背景技术
在隧道工程施工中，常需要使用钻头进行钻孔，钻孔需要实时进行钻头控制，以钻孔状态，必要时进行相应调整，保证隧道工程施工的顺利进行和质量，在不良地质状况下进行隧道工程施工中这一点显得尤其重要。
目前，隧道施工中随钻测量的数据传输一般有线方式和无线方式，采用有线的数据传输方式把钻孔姿态数据从孔内传输到孔口，需要使用可以通电缆线的钻杆与姿态测量仪器连接，这种钻杆加工复杂，成本高；数据传输的质量还会受到接头处密封情况的影响；无线方式是采用脉冲信号透过泥浆传输，但在泥浆中包含较多空气或者泡沫时，传输速率低，只能单向传输；有线方式和无线方式都不能满足数据实时准确传输需要，从而影响了对钻孔的实时控制。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法，包括以下步骤：
S100设备安装就位，在隧道施工进行钻孔时，跟随钻头测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，并把测量数据转化为第一电磁波信号，探管组件将第一电磁波信号发射出来；
S200 控制器接收第一电磁波信号，构建信号判别模型，将待识别的第一电磁波信号的波形作为输入信号，输入到信号判别模型进行识别；
S300将识别后的第一电磁波信号传输给解码模块，进行滤波、放大、比较和解码，经解码还原后得到的测量数据进行显示、存储和分析，根据分析结果生成控制指令，控制器将控制指令转换为第二电磁波信号并发射出来；
S400探管组件接收第二电磁波信号，经识别和解码处理还原控制指令，并根据控制指令进行钻孔控制；
S500对每个钻孔进行开孔定位精确测量以及钻孔轨迹的精确测量，绘制钻孔定位三维图，显示设计地质及钻探不良地质位置。
可选的，在S200步骤中，所述信号判别模型的构建过程如下：
S210获取识别的信号样本，提取多维特征向量；
S220对多维特征向量进行归一化处理，包括：
建立信号样本的薛定谔方程：
上式中，
表示电磁波函数总能量的哈密顿算符；
表示信号样本的电磁波函数；
表示虚数；
表示约化普朗克常数；
表示时间；
将电磁波函数归一化，即
上式中，
表示磁量子数；
通过上述处理将量纲转化为无量纲；
S230构建分类器，将信号样本分类为训练集样本和测试集样本；
S240确定持向量机的动力函数 C、径向基核函数参数G，采用模拟算法进行优化，并利用 Metropolis 算法控制模拟，对训练集样本进行深度学习和训练，得到给定地质的参数最优值，设定信号判别初步模型；
S250将测试集样本输入信号判别模型进行识别验证，根据验证情况对信号判别初步模型进行修正，得到信号判别模型。
可选的，在S300步骤中，所述控制指令的生成与发射过程具体如下：
首先，将测量数据中的钻孔倾斜角、方位角和面向角与相应角度的设计值进行对比，采用以下公式分别计算得到各角度偏差率：
其中，
表示钻孔倾斜角、方位角或者面向角的角度偏差率；
表示倾斜角、方位角或者面向角的角度测量值，
表示倾斜角、方位角或者面向角的角度设计值；
其次，保存测量数据与计算结果，根据各角度偏差率的正、负判断偏差方向，生成反方向调节纠正相应角度的控制指令；
最后，控制器将控制指令转换成第二电磁波信号进行发射。
可选的，在S100步骤中，所述测量数据包括钻头表面温度和钻头表面压力，测量钻头表面温度和钻头表面压力用于评估钻头寿命。
可选的，在S300步骤中，根据钻头表面温度和钻头表面压力，采用以下公式计算钻头寿命：
上式中，
表示钻头寿命；
表示钻头转速；
表示钻头半径的中间值；
表示钻头表面压力；
表示钻头高度；
表示钻孔地层温度；
表示分配系数，
；
、
表示相关系数，
，
；
表示自然常数；
表示钻头与地层接触的表面积；
表示钻头表面温度；
表示钻头沿高度方向的半径微分。
本发明还提供了一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，包括计算机、控制器和探管组件；
所述计算机包括服务器、存储器和显示器；
所述控制器包括第一电磁波交互模块和信号识别模块，所述信号识别模块与服务器连接，所述第一电磁波交互模块与信号识别模块连接，所述信号识别模块内置信号判别模型；
所述探管组件安装在钻杆上，所述探管组件包括电池、供电管理模块、第二电磁波交互模块、执行模块和角度测量模块，所述角度测量模块分别与供电管理模块、钻头和钻头电机连接，所述第二电磁波交互模块分别与供电管理模块、执行模块和角度测量模块连接，电池与供电管理模块连接，所述执行模块与钻头电机连接。
可选的，所述第一电磁波交互模块和第二电磁波交互模块都包括电磁波信号的发射器和接收器。
可选的，所述控制器还包括报警器，所述计算机包括故障报警模块，所述报警器与故障报警模块连接，用于在设备发生故障时发出故障报警信号，故障报警信号同时在显示器上显示。
可选的，所述计算机还包括图形转化模块，所述图形转化模块分别与服务器和显示器连接。
可选的，所述探管组件还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器安装在钻头上，所述温度传感器和压力传感器都与第二电磁波交互模块连接。
本发明的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法和装置，通过探管组件测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，将测量数据转换为第一电磁波信号，采用无线电磁波方式进行数据传输，用控制器接收，采用信号判别模型对第一电磁波信号进行识别，排除干扰，然后对测量数据进行解码，解码后通过计算机对测量数据进行分析并生成控制指令，存储测量数据和分析结果，控制器把控制指令转换为第二电磁波信号进行发射，由探管组件接收第二电磁波信号，对第二电磁波信号解码还原，按照控制指令对钻头电机进行控制；另外还根据钻孔定位测量与轨迹测量数据绘制三维图，在显示器上显示出设计地质及钻探不良地质位置。通过角度测量模块用于测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，第一电磁波交互模块和第二电磁波交互模块用于采用无线电磁波方式进行数据交互，服务器用于对测量数据进行分析并生成控制指令，存储器存储测量数据和分析结果，执行模块用于执行控制指令对钻头电机进行控制，供电管理模块对第二电磁波交互模块和角度测量模块的供电进行智能化控制。对于测量数据和控制指令的传输采用无线电磁波方式，不需要信号连接线，使得钻机的钻杆不需要设置电缆线穿连结构，降低了钻杆的成本；另外电磁波的传输对介质没有特殊要求，不会因介质变化而影响信号的强弱与传输，避免信号传输迟滞或者失效。本方案还对电磁波信号进行识别处理，排除不良电磁波干扰，增强数据信号的可靠性和可信度；通过把测量数据和分析结果转化为图形进行显示，向操作人员更直观地展现隧道钻孔的具体情况，使得操作人员可以及时把握或者调节钻机的钻孔操作，提高钻孔效率；供电管理模块对第二电磁波交互模块和角度测量模块的供电进行智能化控制，根据需要自动进行供电和断电，以降低探管组件的能耗。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法流程图；
图2为本发明的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法实施例采用的信号判别模型的构建流程图；
图3为本发明的一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置实施例结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法，包括以下步骤：
S100设备安装就位，在隧道施工进行钻孔时，跟随钻头测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，并把测量数据转化为第一电磁波信号，探管组件将第一电磁波信号发射出来；
S200 控制器接收第一电磁波信号，构建信号判别模型，将待识别的第一电磁波信号的波形作为输入信号，输入到信号判别模型进行识别；
S300将识别后的第一电磁波信号传输给解码模块，进行滤波、放大、比较和解码，经解码还原后得到的测量数据进行显示、存储和分析，根据分析结果生成控制指令，控制器将控制指令转换为第二电磁波信号并发射出来；
S400探管组件接收第二电磁波信号，经识别和解码处理还原控制指令，并根据控制指令进行钻孔控制；
S500对每个钻孔进行开孔定位精确测量以及钻孔轨迹的精确测量，绘制钻孔定位三维图，显示设计地质及钻探不良地质位置。
上述技术方案的工作原理为：本发明通过探管组件测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，将测量数据转换为第一电磁波信号，采用无线电磁波方式进行数据传输，用控制器接收，采用信号判别模型对第一电磁波信号进行识别，排除干扰，然后对测量数据进行解码，解码后对测量数据进行分析并生成控制指令，存储测量数据和分析结果，控制器把控制指令转换为第二电磁波信号进行发射，由探管组件接收第二电磁波信号，对第二电磁波信号解码还原，按照控制指令对钻头电机进行控制；另外还根据钻孔定位测量与轨迹测量数据绘制三维图以显示设计地质及钻探不良地质位置。
上述技术方案的有益效果为：对于测量数据和控制指令的传输采用无线电磁波方式，不需要信号连接线，使得钻机的钻杆不需要设置电缆线穿连结构，降低了钻杆的成本；另外电磁波的传输对介质没有特殊要求，不会因介质变化而影响信号的强弱与传输，避免信号传输迟滞或者失效。本方案还对电磁波信号进行识别处理，排除不良电磁波干扰，增强数据信号的可靠性和可信度；通过把测量数据和分析结果转化为图形进行显示，向操作人员更直观地展现隧道钻孔的具体情况，使得操作人员可以及时把握或者调节钻机的钻孔操作，提高钻孔效率。
在一个实施例中，如图2所示，在S200步骤中，所述信号判别模型的构建过程如下：
S210获取识别的信号样本，提取多维特征向量；
S220对多维特征向量进行归一化处理，包括：
建立信号样本的薛定谔方程：
上式中，
表示电磁波函数总能量的哈密顿算符；
表示信号样本的电磁波函数；
表示虚数；
表示约化普朗克常数；
表示时间；
将电磁波函数归一化，即
上式中，
表示磁量子数；
通过上述处理将量纲转化为无量纲；
S230构建分类器，将信号样本分类为训练集样本和测试集样本；
S240确定持向量机的动力函数 C、径向基核函数参数G，采用模拟算法进行优化，并利用 Metropolis 算法控制模拟，对训练集样本进行深度学习和训练，得到给定地质的参数最优值，设定信号判别初步模型；
S250将测试集样本输入信号判别模型进行识别验证，根据验证情况对信号判别初步模型进行修正，得到信号判别模型。
上述技术方案的工作原理为：本方案通过对数据样本进行特征向量提取，分别从最大值、最小值、平均值、方差、标准差、峭度和均方值等特征维度来表示波形的时域特征，对特征向量结合薛定谔方程进行归一化处理，把有量纲的特征向量转换为无量纲的特征向量；归一化是一种无量纲处理手段，可以使物理系统数值的绝对值变成某种相对值关系，以简化计算，缩小量值如对频率值以截止频率作归一化后，频率都是截止频率的相对值，没有了量纲，方便后续数据处理；在各种运算都结束后，可以通过反归一化一切都复原了，上述解码过程中包含有反归一化过程；通过将归一化后的数据采用分类器分成训练集样本和测试集样本，以训练集样本进行深度学习与训练得到最优值，从而设定信号判别初步模型，再以测试集样本对信号判别初步模型进行验证，以调整的优化模型，得到用于第一电磁波信号的信号判别模型。
上述技术方案的有益效果为：本方案通过归一化处理为后续的数据处理提供了简化方式和便利，采用多维特征向量，可以提高数据处理过程中的保真性，排除干扰，归一化中采用支持向量机自动判断波形识别，可以有效提高电磁波信号的识别效果；通过验证过程，可以提高信号判别模型的对电磁波信号处理可信性，避免由于模型选择不当造成数据处理的失真和偏差；在模拟算法进行优化的过程中，采用Metropolis 算法控制模拟，可以显著减少计算量，加快计算速度，降低计算处理设备能耗。
在一个实施例中，所述S200步骤的过程具体如下：
首先，将测量数据中的钻孔倾斜角、方位角和面向角与相应角度的设计值进行对比，采用以下公式分别计算得到各角度偏差率：
其中，
表示钻孔倾斜角、方位角或者面向角的角度偏差率；
表示倾斜角、方位角或者面向角的角度测量值，
表示倾斜角、方位角或者面向角的角度设计值；
其次，保存测量数据与计算结果，根据各角度偏差率的正、负判断偏差方向，生成反方向调节纠正相应角度的控制指令；
最后，控制器将控制指令转换成第二电磁波信号进行发射。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案具体描述了利用测量数据进行分析计算方式、偏差的判定以及控制指令的产生过程；并对控制指令进行电磁波信号转换，降低传播介质的不良影响，保证信号传输质量，避免信号失真。
在一个实施例中，在S100步骤中，所述测量数据包括钻头表面温度和钻头表面压力，测量钻头表面温度和钻头表面压力用于评估钻头寿命。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过测量钻头位置的温度和压力数据，可以对钻头的使用寿命进行评估，及时发现钻头可能存在的风险，以便进行更换，避免在钻孔中发生钻头断裂或者损坏，危及到钻头电机及钻杆，加重损失，耽误工程的施工进度与工期。
在一个实施例中，在S200步骤中，根据钻头表面温度和钻头表面压力，采用以下公式计算钻头寿命：
上式中，
表示钻头寿命；
表示钻头转速；
表示钻头半径的中间值；
表示钻头表面压力；
表示钻头高度；
表示钻孔地层温度；
表示分配系数，
；
、
表示相关系数，
，
；
表示自然常数；
表示钻头与地层接触的表面积；
表示钻头表面温度；
表示钻头沿高度方向的半径微分。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过上述公式，对钻头的寿命进行量化计算，该公式反应了钻头表面积、高度、转速、温度、表面压力以及地层封温度等参数对钻头使用寿命的影响，增加了钻头使用寿命评估的准确性。
如图3所示，本发明实施例提供了一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，包括计算机10、控制器20和探管组件30；
所述计算机10包括服务器11、存储器12和显示器13；
所述控制器20包括第一电磁波交互模块21和信号识别模块22，所述信号识别模块22与服务器11连接，所述第一电磁波交互模块21与信号识别模块22连接，所述信号识别模块22内置信号判别模型；
所述探管组件30安装在钻杆上，所述探管组件30包括电池31、供电管理模块32、第二电磁波交互模块33、执行模块34和角度测量模块35，所述角度测量模块35分别与供电管理模块32、钻头和钻头电机连接，所述第二电磁波交互模块33分别与供电管理模块32、执行模块34和角度测量模块35连接，电池31与供电管理模块32连接，所述执行模块34与钻头电机连接。
上述技术方案的工作原理为：本发明通过探管组件测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，将测量数据转换为第一电磁波信号，采用无线电磁波方式进行数据传输，用控制器接收，采用信号判别模型对第一电磁波信号进行识别，排除干扰，然后对测量数据进行解码，解码后通过计算机对测量数据进行分析并生成控制指令，存储测量数据和分析结果，控制器把控制指令转换为第二电磁波信号进行发射，由探管组件接收第二电磁波信号，对第二电磁波信号解码还原，按照控制指令对钻头电机进行控制；另外还根据钻孔定位测量与轨迹测量数据绘制三维图，在显示器上显示出设计地质及钻探不良地质位置。通过角度测量模块用于测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，第一电磁波交互模块和第二电磁波交互模块用于采用无线电磁波方式进行数据交互，服务器用于对测量数据进行分析并生成控制指令，存储器存储测量数据和分析结果，执行模块用于执行控制指令对钻头电机进行控制，供电管理模块对第二电磁波交互模块和角度测量模块的供电进行智能化控制。
上述技术方案的有益效果为：对于测量数据和控制指令的传输采用无线电磁波方式，不需要信号连接线，使得钻机的钻杆不需要设置电缆线穿连结构，降低了钻杆的成本；另外电磁波的传输对介质没有特殊要求，不会因介质变化而影响信号的强弱与传输，避免信号传输迟滞或者失效。本方案还对电磁波信号进行识别处理，排除不良电磁波干扰，增强数据信号的可靠性和可信度；通过把测量数据和分析结果转化为图形进行显示，向操作人员更直观地展现隧道钻孔的具体情况，使得操作人员可以及时把握或者调节钻机的钻孔操作，提高钻孔效率；供电管理模块对第二电磁波交互模块和角度测量模块的供电进行智能化控制，根据需要自动进行供电和断电，以降低探管组件的能耗。
在一个实施例中，所述第一电磁波交互模块21和第二电磁波交互模块33都包括电磁波信号的发射器和接收器。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过第一电磁波交互模块和第二电磁波交互模块都设置电磁波信号的发射器和接收器，实现随钻测量数据与钻孔控制指令的双向传输，以高效且较为低廉的代价，通过实时监测的结果对钻孔进行控制和调节，保证钻孔质量，减少或者避免返工。
在一个实施例中所述控制器20还包括报警器，所述计算机包括故障报警模块，所述报警器与故障报警模块连接，用于在设备发生故障时发出故障报警信号，故障报警信号同时在显示器13上显示。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：本方案通过设置报警器，报警器可以包括发出报警声的蜂鸣器和发出报警灯光指示的报警灯，报警灯光指示可以采取闪烁方式或者灯光颜色变化方式或者同时采用两种结合方式，在计算机设置与报警器连接的故障报警模块，在隧道施工过程中，实现对钻孔及测量仪器设备进行监视，当发生故障时，故障信息反馈到计算机后，计算机经判断属实，通过故障报警模块控制报警器及时发出报警信息，以便提醒工作人员采取相应的措施进行处理，排除安全隐患及对施工进度与质量的不良影响。
在一个实施例中，所述计算机10还包括图形转化模块，所述图形转化模块分别与服务器11和显示器13连接。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：方案通过设置图形转化模块，用于把测量数据和分析结果转化为图形，并通过连接的显示器进行展示，向操作人员更直观地展现隧道钻孔的具体情况，使得操作人员可以及时把握或者调节钻机的钻孔操作，提高钻孔效率。
在一个实施例中，所述探管组件30还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器安装在钻头上，所述温度传感器和压力传感器都与第二电磁波交互模块33连接。
上述技术方案的工作原理和有益效果为：通过设置温度传感器和压力传感器，用于测量钻头位置的温度和压力数据，可以对钻头的使用寿命进行评估，及时发现钻头可能存在的风险，以便进行更换，避免在钻孔中发生钻头断裂或者损坏，危及到钻头电机及钻杆，加重损失，耽误工程的施工进度与工期。
这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100设备安装就位，在隧道施工进行钻孔时，跟随钻头测量钻孔的倾斜角、方位角和面向角，并把测量数据转化为第一电磁波信号，探管组件将第一电磁波信号发射出来；
S200 控制器接收第一电磁波信号，构建信号判别模型，将待识别的第一电磁波信号的波形作为输入信号，输入到信号判别模型进行识别；所述信号判别模型的构建过程如下：
S210获取识别的信号样本，提取多维特征向量；
S220对多维特征向量进行归一化处理，包括：
建立信号样本的薛定谔方程：
上式中，
表示电磁波函数总能量的哈密顿算符；
表示信号样本的电磁波函数；
表示虚数；
表示约化普朗克常数；
表示时间；
将电磁波函数归一化，即
上式中，
表示磁量子数；
通过上述处理将量纲转化为无量纲；
S230构建分类器，将信号样本分类为训练集样本和测试集样本；
S240确定持向量机的动力函数 C、径向基核函数参数 G，采用模拟算法进行优化，并利用 Metropolis 算法控制模拟，对训练集样本进行深度学习和训练，得到给定地质的参数最优值，设定信号判别初步模型；
S250将测试集样本输入信号判别初步模型进行识别验证，根据验证情况对信号判别初步模型进行修正，得到信号判别模型；
S300将识别后的第一电磁波信号传输给解码模块，进行滤波、放大、比较和解码，经解码还原后得到的测量数据进行显示、存储和分析，根据分析结果生成控制指令，控制器将控制指令转换为第二电磁波信号并发射出来；
S400探管组件接收第二电磁波信号，经识别和解码处理还原控制指令，并根据控制指令进行钻孔控制；
S500对每个钻孔进行开孔定位精确测量以及钻孔轨迹的精确测量，绘制钻孔定位三维图，显示设计地质及钻探不良地质位置。
2.根据权利要求1所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法，其特征在于，在S300步骤中，所述控制指令的生成与发射过程具体如下：
首先，将测量数据中的钻孔倾斜角、方位角和面向角与相应角度的设计值进行对比，采用以下公式分别计算得到各角度偏差率：
其中，
表示钻孔倾斜角、方位角或者面向角的角度偏差率；
表示倾斜角、方位角或者面向角的角度测量值，
表示倾斜角、方位角或者面向角的角度设计值；
其次，保存测量数据与计算结果，根据各角度偏差率的正、负判断偏差方向，生成反方向调节纠正相应角度的控制指令；
最后，控制器将控制指令转换成第二电磁波信号进行发射。
3.根据权利要求1所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法，其特征在于，在S100步骤中，所述测量数据包括钻头表面温度和钻头表面压力，测量钻头表面温度和钻头表面压力用于评估钻头寿命。
4.根据权利要求3所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法，其特征在于，在S300步骤中，根据钻头表面温度和钻头表面压力，采用以下公式计算钻头寿命：
上式中，
表示钻头寿命；
表示钻头转速；
表示钻头半径的中间值；
表示钻头表面压力；
表示钻头高度；
表示钻孔地层温度；
表示分配系数，
；
表示相关系数，
，
；
表示自然常数；
表示钻头与地层接触的表面积；
表示钻头表面温度；
表示钻头沿高度方向的半径微分。
5.一种不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，其特征在于，包括计算机、控制器和探管组件；
所述计算机包括服务器、存储器和显示器；
所述控制器包括第一电磁波交互模块和信号识别模块，所述信号识别模块与服务器连接，所述第一电磁波交互模块与信号识别模块连接，所述信号识别模块内置信号判别模型；所述信号判别模型的构建过程如下：
S210获取识别的信号样本，提取多维特征向量；
S220对多维特征向量进行归一化处理，包括：
建立信号样本的薛定谔方程：
上式中，
表示电磁波函数总能量的哈密顿算符；
表示信号样本的电磁波函数；
表示虚数；
表示约化普朗克常数；
表示时间；
将电磁波函数归一化，即
上式中，
表示磁量子数；
通过上述处理将量纲转化为无量纲；
S230构建分类器，将信号样本分类为训练集样本和测试集样本；
S240确定持向量机的动力函数 C、径向基核函数参数 G，采用模拟算法进行优化，并利用 Metropolis 算法控制模拟，对训练集样本进行深度学习和训练，得到给定地质的参数最优值，设定信号判别初步模型；
S250将测试集样本输入信号判别初步模型进行识别验证，根据验证情况对信号判别初步模型进行修正，得到信号判别模型；
所述探管组件安装在钻杆上，所述探管组件包括电池、供电管理模块、第二电磁波交互模块、执行模块和角度测量模块，所述角度测量模块分别与供电管理模块、钻头和钻头电机连接，所述第二电磁波交互模块分别与供电管理模块、执行模块和角度测量模块连接，电池与供电管理模块连接，所述执行模块与钻头电机连接。
6.根据权利要求5所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，其特征在于，所述第一电磁波交互模块和第二电磁波交互模块都包括电磁波信号的发射器和接收器。
7.根据权利要求5所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，其特征在于，所述控制器还包括报警器，所述计算机包括故障报警模块，所述报警器与故障报警模块连接，用于在设备发生故障时发出故障报警信号，故障报警信号同时在显示器上显示。
8.根据权利要求5所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，其特征在于，所述计算机还包括图形转化模块，所述图形转化模块分别与服务器和显示器连接。
9.根据权利要求5所述的不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示装置，其特征在于，所述探管组件还包括温度传感器和压力传感器，所述温度传感器和压力传感器安装在钻头上，所述温度传感器和压力传感器都与第二电磁波交互模块连接。
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| CN202011135889.6A CN112012720B (zh) | 2020-10-22 | 2020-10-22 | 不良地质隧道随钻测量电磁波数据数字化表示方法和装置 |
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| CN112012720A CN112012720A (zh) | 2020-12-01 |
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