CN113552635A - 固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于物探技术领域，提供了一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法及系统。其中，该方法包括获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据；将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置；提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据；将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。

Description

固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法及系统
技术领域
本发明属于物探技术领域，尤其涉及一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
瞬变电磁法是确定岩溶含水构造最为灵敏的地球物理电磁方法，主要是利用不接地回线向地下或掌子面前方发射阶跃脉冲电磁场，通过分析接收到的二次感应电磁场来实现地质目标体的探测或预报。发明人发现，目前瞬变电磁法在隧道地质预报大多数采用动源类装置，如中心回线、重叠回线等装置。该类装置探测深度较浅，覆盖范围较小，分辨率较低；在完成一次探测测量时，布线困难，耗时较长，准确性较低；而且得到的电阻率剖面图是二维的，不利于确定滑坡面在空间的分布范围，而且一次探测可能由于多解性的影响造成探测结果更实际的有所偏差。
发明内容
为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法及系统，其将固源瞬变电磁超前预报反演得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据，经过小波变换融合后，通过三维坐标重构方法得到固源瞬变电磁三维电阻率数据，固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后最终得到三维立体图，能够提高固源瞬变电磁超前预报的可视性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面提供一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法。
一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其包括：
获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据；
将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置；
提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据；
将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。
本发明的第二个方面提供一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报系统。
一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报系统，其包括：
数据获取模块，其用于获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据；
反演成像模块，其用于将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置；
数据融合模块，其用于提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据；
三维反演模块，其用于将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。
本发明的第三个方面提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法中的步骤。
本发明的第四个方面提供一种计算机设备。
一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将设定次数重复固源瞬变电磁超前预报得到的二维电阻率数据进行融合，融合后的数据结合了设定次数瞬变电磁超前预报的优点，将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，经三维反演后得到的三维立体图使探测结果更加直观，提高了固源瞬变电磁超前预报的可视性，更好的刻画出不良地质体在空间的展布情况，减少了的多解性，提高了固源瞬变电磁超前预报的准确性，同时为下一步的不良地质体的治理提供充分的信息，降低了治理的成本，提高了不良地质体治理的效率。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书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。
图1是本发明实施例的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法流程图；
图2是本发明实施例的固源瞬变电磁隧道三维坐标重构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
参照图1和图2，本实施例提供了一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其包括：
步骤S101：获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据。
具体地，对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据的实施过程如图2所示。在图2中，o为坐标原点，x、y、z分别为X轴、Y轴、Z轴，o1为测线起点，x0为数据点距测线起点的水平距离，y0为数据点距测线的垂直距离、即该点的探测深度，1为隧道掌子面，2为固源瞬变电磁测线，3为二维固源瞬变电磁电阻率剖面，4为固源发射回线。
在隧道掌子面1开展固源瞬变电磁超前预报，布置适应于隧道掌子面的固源发射回线。在固源发射回线以等间距布置固源瞬变电磁测线2，布置等间距的固源瞬变电磁测线2是为接下来的三维坐标重构做准备，更好的查明隧道不良地质体的位置。固源瞬变电磁隧道超前预报具有很多优势，例如可以扩大隧道超前预报的深度范围，增加了固源发射回线4的面积，观测的数据更为丰富，降低了物探的多解性和不确定性，从而更全面和精确的反映地下工程后方的地质情况，还可以提高工作效率降低工作成本。
步骤S102：将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置。
在本实施例中，将两次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像。
具体地，将两次重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行预处理后用再用反演方法可得到固源瞬变电磁二维电阻率数据，二维电阻率数据成像后可得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面3。
通过二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，虽然可以确定隧道不良地质体的位置，但二维固源瞬变电磁电阻率剖面3由于数据点的位置信息是二维的，成像后只能得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面3，不利于查明隧道掌子面前方不良地质体在空间的分布位置，不便于超前预报结果的解译。
步骤S103：提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数(比如：两次)重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据。
在本实施例中，以两次为例。
在本实施例中，运用小波变换法融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据，其具体过程为：
选择与固源瞬变电磁二维电阻率数据相匹配的小波函数和分解层数；
对固源瞬变电磁二维电阻率数据进行小波分解，再计算每个分解尺度的小波系数，并根据阈值函数的要求将大于阈值的小波系数进行融合处理，小于阈值函数的小波系数置零；
将经过尺度系数和阈值处理的数据重构成新的固源瞬变电磁数据，即为数据融合结果。
提取同一测线位置处固源瞬变电磁二维电阻率数据，运用小波变换法对两次重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据进行融合，融合后的数据结合了两次固源瞬变电磁超前预报的优点。
步骤S104：将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。
在具体实施中，因为固源瞬变电磁隧道超前预报得到的坐标[x0,0,z0]T,是二维的，不能表现出在空间的位置，不利于解释异常在空间的分布。本实施例基于三维坐标重构方法，即建立三维坐标系，将得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据的数据点的位置信息由三维坐标重构方法进行坐标转换，最终得到固源瞬变电磁三维电阻率数据[x,y,z]T。其中：
Figure RE-RE-GDA0003226373390000061
式中，x、y、z为最终转换成的以o为原点的三维坐标，o1为测线起点，x0为数据点距测线起点的水平距离，y0为数据点距测线的垂直距离、即该点的探测深度，x1为测线起点o1在三维坐标系中的X坐标，y1为测线起点O1在三维坐标系中的Y坐标，z1为测线起点o1在三维坐标系中的Z坐标。这样由已知的信息经过三维坐标转换后，最终可得到固源瞬变电磁三维电阻率数据。
将得到的固源瞬变电磁三维电阻率数据经过反演成像后可以得到隧道掌子面前方不良地质体的三维立体图，使不良地质体在空间的位置一目了然，与固源瞬变电磁二维电阻率剖面图相比，可以更加直观的分析、寻找不良地质体的位置，提高了探测结果的可视化以及固源瞬变电磁工作的准确性，降低了灾害治理的成本。
实施例二
本实施例提供了一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报系统，其具体包括：
数据获取模块，其用于获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据；
反演成像模块，其用于将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置；
数据融合模块，其用于提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据；
三维反演模块，其用于将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。
此处需要说明的是，本实施例中的各个模块与实施例一中的各个步骤一一对应，其具体实施过程相同，此处不再累述。
实施例三
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法中的步骤。
实施例四
本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述实施例一所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法中的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。
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 (10)

1.一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，包括：
获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据；
将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置；
提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据；
将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。
2.如权利要求1所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，运用小波变换法融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据。
3.如权利要求2所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，运用小波变换法融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据的过程为：
选择与固源瞬变电磁二维电阻率数据相匹配的小波函数和分解层数；
对固源瞬变电磁二维电阻率数据进行小波分解，再计算每个分解尺度的小波系数，并根据阈值函数的要求将大于阈值的小波系数进行融合处理，小于阈值函数的小波系数置零；
将经过尺度系数和阈值处理的数据重构成新的固源瞬变电磁数据，即为数据融合结果。
4.如权利要求1所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，利用三维坐标重构方法将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据。
5.如权利要求1所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报时，布置适应于隧道掌子面的固源发射回线。
6.如权利要求5所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，在固源发射回线以等间距布置测线。
7.如权利要求1所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法，其特征在于，将两次重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像。
8.一种固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，其用于获取对隧道掌子面进行固源瞬变电磁超前预报的相关数据；
反演成像模块，其用于将设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁数据进行反演成像，得到二维固源瞬变电磁电阻率剖面图，初步确定出隧道不良地质体的位置；
数据融合模块，其用于提取隧道掌子面上同一测线位置处的固源瞬变电磁二维电阻率数据，融合设定次数重复超前预报得到的固源瞬变电磁二维电阻率数据；
三维反演模块，其用于将固源瞬变电磁二维电阻率数据转换成固源瞬变电磁三维电阻率数据，再将固源瞬变电磁三维电阻率数据进行三维反演后得到三维立体图，最终确定出不良地质体在隧道掌子面前方的分布范围。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法中的步骤。
10.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的固源瞬变电磁数据融合隧道三维超前预报方法中的步骤。
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