CN113777659B - 一种节约高密度电法数据采集时间的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种节约高密度电法数据采集时间的方法，可按照数据点采集规则，计算出前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn，当测试时间达到前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn时，则判断为前n根测线上的电极均完成采集工作；在采集数据的同时，即可将前n根测线及对应的电极拆除并收回，并进行下一工作剖面的测线和电极的布设，可避免长时间的等待，也可节约下一工作剖面的测线布设的时间，可有效提高工作效率；对于专业的、需要常年利用高密度电法进行勘探的工作人员来说，利用本发明的方法，可大大提高勘探效率，具有较大的推广价值。
Description
技术领域：
本发明涉及高密度电法技术，尤其涉及一种节约高密度电法数据采集时间的方法。
背景技术：
在地球物理勘探中，经常会采用高密度电法来探测地下空间的电性结构，以达到对地质构造的推断、矿产资源的探测等目的。高密度电法因其成本低、效率高、信息丰富、解释方便的特点，使勘探能力显著提高。
董浩斌、王传雷在《高密度电法的发展与应用》一文中指出，高密度电法是一种阵列勘探方法，测量时只需将全部电极(几十至上百根)置于同一条线上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的自动采集；通过对数据进行处理可得出关于地电断面分布的各种图示结果，进而推断地下空间地质构造。
具体的，在利用高密度电法勘探时，需布置四根电极，且四根电极的位置关系需满足：AM＝MN＝BN，如图1所示。通过供电电极A、B向地下空间供电，利用测量电极M、N测量记录点O处的电位差(记录点O位于MN中点处)，进而计算记录点O处的视电阻率值。若记录点O下方的视电阻率ρ2与周围介质的视电阻率ρ1不同(即ρ1≠ρ2)，则该记录点处测量得到的电位差将异常于周围其他记录点处的电位差，进而判断出该记录点处地下异常电性体的位置、深度。由于记录点可测量的深度随电极距AB的距离增加而增大，因此通过改变电极距AB的距离可测得某一记录点下方不同深度的视电阻率值，并将不同深度的视电阻率值对应的位置称作数据点，当同一记录点下方所对应的一组不同深度的数据点均采集完毕时，即称为该记录点采集完成。
由于在实际勘探时，往往需要对众多记录点进行采集，需要布设众多电极，通常，首先将所有电极全部布置完毕并完成接线；之后，利用程控电极转换开关在全部电极中进行选择、切换，每次选择4根电极(以下称为有效电极)来完成一个记录点的采集，通过不同电极的排列组合实现对记录点位置和电极距AB的距离的调整，从而完成不同记录点的数据采集。图2示意了不同的电极组合与所采集的数据点的对应关系，图中的十字表示所要采集的数据点位置，方框选中的十字表示该数据点所使用的有效电极。
但是，传统的作业中，其工作流程如图4所示，依次为：布设测线和电极、仪器连接、数据采集、收回测线及电极，即：在数据采集的过程中，技术人员需要一直等待所有数据点均采集完毕后，再将所有测线拆除，并将所有电极收回；只有当全部数据点采集完毕后才可进行下一工序工作。对于电极数量较多的情况，数据采集的时间也较长，使得技术人员需要长时间的等待，造成窝工、停工，严重影响工作效率。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种节约高密度电法数据采集时间的方法。
本发明由如下技术方案实施：
一种节约高密度电法数据采集时间的方法，包括以下步骤：
S1、准备工作：布设测线和全部电极，并连接测量仪器；
S2、采集数据：启动测量仪器，利用程控电极转换开关在全部电极中进行选择、切换；
S3、同步收线：在采集数据的同时，当前n根测线上的电极均完成采集工作时，将前n根测线及对应的电极拆除并收回,n为自然数；
S4、结束测量：当所有测线上的电极均采集完毕后，拆除并收回剩余的测线及电极，即完成测量。
进一步的，判断前n根测线上的电极均完成采集工作的方法包括如下步骤：
(1)按照数据点采集规则，计算出前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn；
(2)启动测量仪器并开始计时，当测试时间达到前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn时，则判断为前n根测线上的电极均完成采集工作。
进一步的，所述数据点采集规则包括如下步骤：
(ⅰ)首先，维持供电电极A在1号电极处固定不动，将供电电极B由大号电极至小号电极逐次移动，并相应的移动测量电极M、N，完成第1斜列上的数据点采集，即1号电极完成采集工作；
(ⅱ)之后，将电极A移动至2号电极处固定不动，按照与步骤(ⅰ)同样的方法，完成第2斜列上的数据点采集，即2号电极完成采集工作；
(ⅲ)依次类推，将电极A移动至第i根电极处固定不动，完成第i斜列上的数据点采集，即i号电极完成采集工作；若假设本次测量的电极总数为x，则i＝1,2，……(x-3)。
进一步的，前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn按如下方法计算：
1)计算前i斜列上的全部数据点采集所需的时间T，计算公式如下：
其中，x为本次测量的电极总数，i为电极A所在的电极序号，int()表示取整函数，t为完成一个数据点的采集所需的时间，T为完成前i斜列上的全部数据点采集所需的时间；
2)计算前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn：当i＝∑yn时，步骤1)中计算得到的T值即为前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn；其中，yn为第n根测线上的电极总数。
进一步的，所述步骤S3、同步收线中，在拆除测线及电极前，将仪器暂停，待拆线结束后，再重新启动测量仪器恢复测量。
本发明的优点：
本发明可按照数据点采集规则，计算出前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn，当测试时间达到前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn时，则判断为前n根测线上的电极均完成采集工作；在采集数据的同时，即可将前n根测线及对应的电极拆除并收回，并进行下一工作剖面的测线和电极的布设，可避免长时间的等待，也可节约下一工作剖面的测线布设的时间，可有效提高工作效率；对于专业的、需要常年利用高密度电法进行勘探的工作人员来说，利用本发明的方法，可大大提高勘探效率，具有较大的推广价值。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为背景技术中对称四极电测深装置示意图；
图2为背景技术中高密度电法工作原理示意图；
图3为实施例1中高密度电法数据点采集顺序示意图；
图4为背景技术中传统的高密度电法工作流程图；
图5为实施例1中的高密度电法工作流程图；
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图5所示的一种节约高密度电法数据采集时间的方法，包括以下步骤：
S1、准备工作：布设测线和全部电极，并连接测量仪器；
S2、采集数据：启动测量仪器，利用程控电极转换开关在全部电极中进行选择、切换；
S3、同步收线：在采集数据的同时，当前n根测线上的电极均完成采集工作时，将前n根测线及对应的电极拆除并收回,n为自然数；而且，在拆除测线及电极前，将仪器暂停，待拆线结束后，再重新启动测量仪器恢复测量。
具体的，判断前n根测线上的电极均完成采集工作的方法包括如下步骤：
(1)按照数据点采集规则，计算出前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn；其中，数据点采集规则包括如下步骤：
(ⅰ)首先，维持供电电极A在1号电极处固定不动，将供电电极B由大号电极至小号电极逐次移动，并相应的移动测量电极M、N，完成第1斜列上的数据点采集，即1号电极完成采集工作；
(ⅱ)之后，将电极A移动至2号电极处固定不动，按照与步骤(ⅰ)同样的方法，完成第2斜列上的数据点采集，即2号电极完成采集工作；
(ⅲ)依次类推，将电极A移动至第i根电极处固定不动，完成第i斜列上的数据点采集，即i号电极完成采集工作；若假设本次测量的电极总数为x，则i＝1,2，……(x-3)。
前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn按如下方法计算：
1)计算前i斜列上的全部数据点采集所需的时间T，计算公式如下：
其中，x为本次测量的电极总数，i为电极A所在的电极序号，int()表示取整函数，t为完成一个数据点的采集所需的时间，T为完成前i斜列上的全部数据点采集所需的时间；
2)计算前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn：当i＝∑yn时，步骤1)中计算得到的T值即为前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn；其中，yn为第n根测线上的电极总数。
(2)启动测量仪器并开始计时，当测试时间达到前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn时，则判断为前n根测线上的电极均完成采集工作。
S4、结束测量：当所有测线上的电极均采集完毕后，拆除并收回剩余的测线及电极，即完成测量。
工作说明：
本实施例中，以60根电极为例，按照数据点采集规则，先维持供电电极A在1号电极处固定不动，将供电电极B由大号电极(60号电极)至小号电极(4号电极)逐次移动，并相应的移动测量电极M、N，来完成如图3所示的第1斜列上的数据点的采集；当第1斜列上的数据点采集结束后，移动供电电极A至下一电极(2号电极)处，再将供电电极B由大号电极(60号电极)至小号电极(5号电极)逐次移动，并相应的移动测量电极M、N，来完成第2斜列上的数据点的采集；利用相同的方法，直至完成全部斜列数据点采集。
在上述的数据采集过程中，60根电极并非全部同时工作，根据4根有效电极的使用规律，布置在地面的电极随着每一斜列数据点的采集完成，电极由小号至大号逐渐失去作用。
以60根电极为例，即x＝60；设电极距为a，则测线全长为59a；设有效电极间距为b，即AM＝MN＝NB＝b，则AB＝3b；且有效电极间距为电极间距的整数倍，即b＝ma(m为整数)，如图3所示：
当供电电极A处于1号电极时，测线全长为59a，有AB＝3b＝3ma≤59a，因此m为1～19的整数。即第1斜列上的数据点采集的过程为m由19递减至1的过程，即含数据点int((60-1)/3)＝19个；
当供电电极A处于2号电极时，测线全长为58a，有AB＝3b＝3ma≤58a，因此m为1～19的整数。即第2斜列上的数据点采集的过程为m由19递减至1的过程，即含数据点int((60-2)/3)＝19个；
当供电电极A处于3号电极时，测线全长为57a，有AB＝3b＝3ma≤57a，因此m为1～19的整数。即第3斜列上的数据点采集的过程为m由19递减至1的过程，即含数据点int((60-3)/3)＝19个；
当供电电极A处于4～6号电极时，测线全长为56a～54a，此时m为1～18的整数。即第4～6斜列上的数据点采集的过程为m由18递减至1的过程，即均含数据点18个；
以此类推，当供电电极A处于55～57号电极时，测线全长为5a～3a，此时m为1。即第55～57斜列上的数据点采集时，每斜列含数据点1个；
由于数据采集需四根有效电极，因此当供电电极A处于58号、59号、60号电极时，均不能满足条件，因此不含数据点。
所以，当供电电极A由1号电极至57号电极移动的过程中，供电电极A位于不同电极序号时，各斜列数据的数据点数及按照数据点采集规则完成采集的数据点总数情况如表1所示。
表1供电电极A位于不同电极序号时，各斜列数据的数据点数及按照数据点采集规则完成采集的数据点总数情况
本实施例中，当位于同一测线上的电极均已完成采集工作时，即可将该测线及对应的电极拆除并收回，并进行下一工作剖面的测线和电极的布设。而测量仪器在此期间仍可正常工作，从而实现在数据采集期间，即可完成部分测线及电极的拆除，进行收线等下一工序的目的。
若完成一个数据点的采集需2.0秒；对于一个测量周期来说，若利用传统的高密度电法，对于60根电极来说，数据采集总时长为：570个数据点×2.0秒/个÷60秒＝19分钟，即一个测量周期，工作人员就需要等待19分钟，若需要多次测量，或对多个工作面进行测量时，则总计的等待时间更长，造成窝工、停工，严重影响工作效率。
而若利用本实施例的方法，对于60根电极来说，以第1～30根电极共用一根测线为例，当1～30根电极完成测量后，进行同步收线。由于数据点的总数量为570个，根据表1可知，当第1～30根电极使用完毕后，即供电电极A移至第31根电极处时，已完成采集的数据点数量为435个，则此后的135个数据点的采集工作可与收线工作同步进行。即对于一个测量周期来说，人员停工等待时长减为：435个×2.0秒/个÷60＝14.5分钟，可减少施工本身造成的停工时间4.5min。
同理，可根据不同电极共用测线的情况、供电电极A所述电极序号的情况、一次供电时间的长短以及测量周期的数量来计算可减少施工本身造成的停工时间。对于专业的需要常年利用高密度电法进行勘探的工作人员来说，利用本实施例的方法，可大大减少数据采集过程中的等待时间，有效提高勘探效率。
为了验证通过实施例1的方法进行测量的数据结果，与传统的测量方法相比，测量结果并不会发生变化，在保证测试人员、测量仪器、测量地点等各项条件均相同的条件下，利用实施例1的方法和传统的测量方法分别进行了两次测试，测量结果如表2所示。
表2利用实施例1与传统方法的测量结果比较
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表2中，第6列表示利用传统方法2次测量的均方相对误差，第7列表示利用实施例1方法2次测量的均方相对误差，第8列表示利用传统方法试验1与实施例1方法试验1的均方相对误差。
两种操作方法各自的总均方相对误差如下：
其中，M12表示利用传统方法两次测量的总均方相对误差，M34表示利用实施例1的方法两次测量的总均方相对误差。
参照《DZ/T 0073-2016电阻率剖面法技术规程》和《DZ/T0072-2020电阻率测深法技术规程》关于工作精度的要求，文中提到视电阻率总均方相对误差小于±5％为2级精度，小于±3％为1级精度。
可见，M12满足1级精度要求，表明测量仪器自身没有问题，且测量方法是稳定的；M34满足1级精度要求，表明文中所述测量方法也是稳定的，即在不同时间进行测试，两种方法的测试结果一致性较好。
在此基础上计算传统方法与实施例1的方法的总均方相对误差，分别为：
以上计算结果均满足2级精度要求，表明传统方法与实施例1的方法的测量结果一致性较好，且实施例1的方法对测量结果的可靠性、准确性无不良影响，证明实施例1的方法是可行的。
表3实施例1的方法与传统方法的误差比较
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (2)
1.一种节约高密度电法数据采集时间的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、准备工作：布设测线和全部电极，并连接测量仪器；
S2、采集数据：启动测量仪器，利用程控电极转换开关在全部电极中进行选择、切换；
S3、同步收线：在采集数据的同时，当前n根测线上的电极均完成采集工作时，将前n根测线及对应的电极拆除并收回,n为自然数；
S4、结束测量：当所有测线上的电极均采集完毕后，拆除并收回剩余的测线及电极，即完成测量；
判断前n根测线上的电极均完成采集工作的方法包括如下步骤：
(1)按照数据点采集规则，计算出前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn；
(2)启动测量仪器并开始计时，当测试时间达到前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn时，则判断为前n根测线上的电极均完成采集工作；
所述数据点采集规则包括如下步骤：
(ⅰ)首先，维持供电电极A在1号电极处固定不动，将供电电极B由大号电极至小号电极逐次移动，并相应的移动测量电极M、N，完成第1斜列上的数据点采集，即1号电极完成采集工作；
(ⅱ)之后，将电极A移动至2号电极处固定不动，按照与步骤(ⅰ)同样的方法，完成第2斜列上的数据点采集，即2号电极完成采集工作；
(ⅲ)依次类推，将电极A移动至第i根电极处固定不动，完成第i斜列上的数据点采集，即i号电极完成采集工作；若假设本次测量的电极总数为x，则i＝1,2，……(x-3)；
前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn按如下方法计算：
1)计算前i斜列上的全部数据点采集所需的时间T，计算公式如下：
其中，x为本次测量的电极总数，i为电极A所在的电极序号，int()表示取整函数，t为完成一个数据点的采集所需的时间，T为完成前i斜列上的全部数据点采集所需的时间；
2)计算前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn：当i＝Σyn时，步骤1)中计算得到的T值即为前n根测线上的电极均完成采集工作所用的时间Tn；其中，yn为第n根测线上的电极总数。
2.根据权利要求1所述的一种节约高密度电法数据采集时间的方法，其特征在于，所述步骤S3、同步收线中，在拆除测线及电极前，将仪器暂停，待拆线结束后，再重新启动测量仪器恢复测量。
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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