CN116699707B - 一种地表激发极化探测集成装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下水污染调查技术领域，具体为地表激发极化探测集成装置及其工作方法，该装置包括电法仪、供电电源、供电‑测量集成电缆、不锈钢供电电极、不极化测量电极、电缆‑电极插拔转换头、转接线；本发明采用不锈钢供电电极和不极化测量电极完全分离，供电电缆和测量电缆完全分离的方式，电缆外包一层导电胶带，绝缘外皮集成供电电缆和测量电缆于一体；本发明所述地表激发极化探测集成装置能够有效降低探测过程中的电极极化和电磁耦合效应，提高激发极化数据信噪比，布线方便快捷，在现有探测集成装置的基础上，优化电缆内部的接线方式，明显提高测量效率，为地下水污染探测提供了可靠灵活的技术支撑，具有重要的实用价值。

Description

一种地表激发极化探测集成装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及地下水污染调查技术领域，特别是一种地表激发极化探测集成装置及其控制方法。

背景技术

地球物理探测过程中使用的激发极化法，是根据地层物质的激发极化效应来分析地下水文地质状况的电法勘探方法。激发极化法可以同时测量地下介质的导电和储电能力，与传统电阻率方法相比，对孔隙尺度的异质性差异更加敏感，解译参数更加全面，数据量更加丰富，在水文地质调查、土壤及地下水污染探测等领域均取得良好的应用效果，可为工程设计提供依据，指导采取有效防治措施。

目前常规的单电缆-不锈钢电极激发极化数据采集过程中，所有电极都必须同时充当供电电极和测量电极，易引起电极的极化现象；供电电缆部分与测量电缆部分也会产生电磁耦合效应，对数据质量造成不利影响，综合导致其信噪比远小于传统电阻率法。因此，目前的常规探测集成装置严重影响地表激发极化的数据质量，易造成假异常解译，进而延误探测进程。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供了一种地表激发极化探测集成装置及其控制方法。

为达到上述目的本发明采用的技术方案为：

本发明公开了一种地表激发极化探测集成装置，所述探测集成装置包括电法仪、供电电源、供电-测量集成电缆、不锈钢供电电极、不极化测量电极、电缆-电极插拔转换头、电缆-电极转换抽头以及转接线；

所述电法仪与供电电源之间通过电源连接线相连接，所述电法仪与电缆-电极转换抽头之间通过供电-测量集成电缆相连接；所述电缆-电极转换抽头上插装有两电缆-电极插拔转换头，其中一个电缆-电极插拔转换头与所述不锈钢供电电极相连接，另一个电缆-电极插拔转换头与所述不极化测量电极相连接。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述供电-测量集成电缆包括并列布置的供电电缆和测量电缆，所述供电电缆和测量电缆为多芯电缆，每条多芯电缆包括k根信号线，所述多芯电缆外包裹一层导电胶带，以屏蔽供电电缆与测量电缆之间产生的电磁感应信号，避免电磁耦合效应，且通过绝缘外皮集所述供电电缆和测量电缆于一体。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述电缆-电极转换抽头上设置有导电片，在所述供电-测量集成电缆在同一位置引出相同编号的两条信号线，两条信号线分别焊接在两个电缆-电极转换抽头的导电片上，焊接在对应导电片上的信号线完成绝缘及密封工序之后形成一个完整的电缆-电极转换抽头，所述电缆-电极转换抽头还与两个电缆-电极插拔转换头的一端相连接，两个电缆-电极插拔转换头的另一端分别与不锈钢供电电极和不极化测量电极相连接，使得不锈钢供电电极和不极化测量电极完全分离。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述电缆-电极插拔转换头上设置有不锈钢供电电极导电片与不极化测量电极导电片；与所述电缆-电极转换抽头相连接的其中一个电缆-电极插拔转换头的不锈钢供电电极导电片通过信号线与不锈钢供电电极相连接，与所述电缆-电极转换抽头相连接的另一个电缆-电极插拔转换头的不极化测量电极导电片通过信号线与不极化测量电缆相连接，以保证电流正确输入与输出。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，在供电-测量集成电缆的两端均设有电缆接口，所述电缆接口可单独直接与电法仪的电缆端口相连接，根据不锈钢供电电极、不极化测量电极编号及供电-测量集成电缆首尾的顺序，确定供电-测量集成电缆与电法仪的连接端。

本发明另一方面公开了一种地表激发极化探测集成装置的控制方法，应用于任一项所述的一种地表激发极化探测集成装置，包括以下步骤：

获取待探测区域的地质状况模型图，基于所述地质状况模型图与探测需求确定出探测集成装置的探测参数；

基于所述探测参数得到各不锈钢供电电极与不极化测量电极的布置位置和间距，依次布置各不锈钢供电电极与不极化测量电极，以组装排布探测集成装置，并检查供电-测量集成电缆与转接线的连接情况；

根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号，基于所述地表激发极化电信号生成地表电磁场分布图，基于所述地表电磁场分布图分析出地下水的特性信息。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号，具体为：同时使用2条供电和测量集成电缆，以及2N个不锈钢供电电极和2N个不极化测量电极进行测量；

在第i次测量时，选择第a个和第b个不锈钢供电电极供电；

在第i+1次测量时，即2<a<2N-2，2<b<2N-2，需排除不极化测量电极：第a-2个、第a-1个、第a个、第a+1个、第a+2个、第b-2个、第b-1个、第b个、第b+1个、第b+2个，避免电极还未放电完全引起的测量误差；

在第i+2次测量时，需排除不极化测量电极：第a-1个、第a个、第a+1个、第b-1个、第b个、第b+1个；在第i+3次测量时，需排除不极化测量电极：第a个、第b个；

依照此规律，在第i+1次测量时，同时需排除：在第i-1次测量时，供电电极对以及其相邻电极位置对应的测量电极；在第i-2次测量时，供电电极对位置对应的测量电极；依此类推，获取地表激发极化电信号。

本发明解决了背景技术中存在的技术缺陷，本发明具备以下有益效果：

（1）在供电-测量集成电缆中并列布置的两条多芯电缆，形成供电电缆和测量电缆完全分离的方式，电缆外包一层导电胶带，有限屏蔽供电电缆与测量电缆之间产生的电磁感应信号，避免电磁耦合效应，布线方便快捷，明显提高测量效率；

（2）地表激发极化阵列确保所有的电流发射端和电信号接收端均为相互独立的电极，降低电极极化现象的影响，提高激发极化数据信噪比，明显改善数据质量，为水文地质调查、矿产资源勘察、土壤及地下水污染探测等领域提供了可靠灵活的技术支撑，具有重要的实用价值；

（3）采集阵列中，供电电极之间的间距和测量电极之间的间距满足设定要求，保证测量数据能够有效覆盖测线所在剖面，避免装置系数过大产生误差；

（4）在现有探测装置的基础上，优化电缆内部的接线方式，不额外添加制作成本，仍可使用现有的探测设备和数据处理软件采集和反演激发极化数据，操作简单、适用性广、运行成本低。

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实施例的附图。

图1是本探测集成装置中电缆-电极连接的结构示意图；

图2是本探测集成装置中电缆-电极插拔转换头的剖面结构示意图；

图3是本探测集成装置的整体连接结构示意图；

附图标记说明如下：1.供电-测量集成电缆；2.电缆-电极转换抽头；3.电缆-电极插拔转换头；4.不锈钢供电电极；5.不极化测量电极；6.不锈钢供电电极信号线；7.不极化测量电极信号线；8.密封橡胶塞；9.电缆-电极插拔转换头固线口；10.电缆-电极插拔转换头绝缘外壳；11.不锈钢供电电极导电片；12.不极化测量电极导电片；13.电法仪；14.供电电源；15.电源连接线。具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

如图1、2、3所示，本发明公开了一种地表激发极化探测集成装置，所述探测集成装置包括电法仪13、供电电源14、供电-测量集成电缆1、不锈钢供电电极4、不极化测量电极5、电缆-电极插拔转换头3、电缆-电极转换抽头2以及转接线；

所述电法仪与供电电源之间通过电源连接线相连接，所述电法仪与电缆-电极转换抽头之间通过供电-测量集成电缆相连接；所述电缆-电极转换抽头上插装有两电缆-电极插拔转换头，其中一个电缆-电极插拔转换头与所述不锈钢供电电极相连接，另一个电缆-电极插拔转换头与所述不极化测量电极相连接。

需要说明的是，为了降低电极极化现象和电磁耦合效应，本发明采用供测电缆分离再集成的方式，并使用不极化电极作为测量电极进行数据采集，提高激发极化数据信噪比，改善数据质量，布线方便快捷，在现有探测装置的基础上，优化电缆内部的接线方式，不额外添加制作成本，明显提高测量效率，为水文地质调查、矿产资源勘察、土壤及地下水污染探测等领域提供了可靠灵活的技术支撑，具有重要的实用价值。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述供电-测量集成电缆1包括并列布置的供电电缆和测量电缆，所述供电电缆和测量电缆为多芯电缆，每条多芯电缆包括k根信号线，所述多芯电缆外包裹一层导电胶带，以屏蔽供电电缆与测量电缆之间产生的电磁感应信号，避免电磁耦合效应，且通过绝缘外皮集所述供电电缆和测量电缆于一体。

需要说明的是，在供电-测量集成电缆1中并列布置的两条多芯电缆，形成供电电缆和测量电缆完全分离的方式，电缆外包一层导电胶带，有限屏蔽供电电缆与测量电缆之间产生的电磁感应信号，避免电磁耦合效应，布线方便快捷，明显提高测量效率。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述电缆-电极转换抽头2上设置有导电片，在所述供电-测量集成电缆1在同一位置引出相同编号的两条信号线，两条信号线分别焊接在两个电缆-电极转换抽头2的导电片上，焊接在对应导电片上的信号线完成绝缘及密封工序之后形成一个完整的电缆-电极转换抽头2，所述电缆-电极转换抽头2还与两个电缆-电极插拔转换头3的一端相连接，两个电缆-电极插拔转换头3的另一端分别与不锈钢供电电极4和不极化测量电极5相连接，使得不锈钢供电电极4和不极化测量电极5完全分离。

需要说明的是，地表激发极化阵列确保所有的电流发射端和电信号接收端均为相互独立的电极，降低电极极化现象的影响，提高激发极化数据信噪比，明显改善数据质量，为水文地质调查、矿产资源勘察、土壤及地下水污染探测等领域提供了可靠灵活的技术支撑，具有重要的实用价值。

进一步地，本发明的一个较佳实施例中，所述电缆-电极插拔转换头3上设置有不锈钢供电电极导电片11与不极化测量电极导电片12；与所述电缆-电极转换抽头2相连接的其中一个电缆-电极插拔转换头3的不锈钢供电电极导电片11通过信号线与不锈钢供电电极4相连接，与所述电缆-电极转换抽头2相连接的另一个电缆-电极插拔转换头3的不极化测量电极导电片12通过信号线与不极化测量电缆相连接，以保证电流正确输入与输出。

需要说明的是，采集阵列中，供电电极之间的间距和测量电极之间的间距满足设定要求，保证测量数据能够有效覆盖测线所在剖面，避免装置系数过大产生误差。进一步地，本发明的一个较佳实施例中，在供电-测量集成电缆1的两端均设有电缆接口，所述电缆接口可单独直接与电法仪13的电缆端口相连接，根据不锈钢供电电极、不极化测量电极编号及供电-测量集成电缆首尾的顺序，确定供电-测量集成电缆1与电法仪13的连接端。

需要说明的是，在现有探测装置的基础上，优化电缆内部的接线方式，不额外添加制作成本，仍可使用现有的探测设备和数据处理软件采集和反演激发极化数据，操作简单、适用性广、运行成本低。

本发明另一方面公开了一种地表激发极化探测集成装置的控制方法，应用于任一项所述的一种地表激发极化探测集成装置，包括以下步骤：

获取待探测区域的地质状况模型图，基于所述地质状况模型图与探测需求确定出探测集成装置的探测参数；其中，探测参数包括不锈钢供电电极与不锈钢供电电极之间的间距、不极化测量电极与不极化测量电极之间的间距、不极化测量电极与不锈钢供电电极之间的间距、不极化测量电极与不锈钢供电电极的数量；

基于所述探测参数得到各不锈钢供电电极与不极化测量电极的布置位置和间距，依次布置各不锈钢供电电极与不极化测量电极，以组装排布探测集成装置，并检查供电-测量集成电缆与转接线的连接情况；

根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号，基于所述地表激发极化电信号生成地表电磁场分布图，基于所述地表电磁场分布图分析出地下水的特性信息。

其中，所述获取待探测区域的地质状况模型图，具体包括以下步骤：

获取待探测区域的地表物体图像信息，构建分解模型，并将所述地表物体图像信息导入所述分解模型中进行分解，得到地表物体图像信息的灰度矩阵、RGB矩阵、HSV矩阵以及小波矩阵；

将所述灰度矩阵中的任一对角线向量的向量起点坐标构建原点，根据所述构建原点建立空间坐标系，将所述灰度矩阵、RGB矩阵、HSV矩阵以及小波矩阵导入所述空间坐标系中，生成灰度矩阵、RGB矩阵、HSV矩阵以及小波矩阵的非零元素的坐标集合；

基于所述非零元素的坐标集合生成目标点的点云数据，基于所述目标点的点云数据生成地表物体模型图；获取待探测区域的AR模型图，基于所述地表物体模型图与AR模型图生成待探测区域的地质状况模型图。

需要说明的是，在待探测区域中会存在如石头、树木、农舍、楼房等地表物体，在对探测集成装置进行布置前，需要勘查清楚地表物体情况，以合理布置装置，如在装置的布置点需要规避楼房、农舍等。因此，可以通过无人机等勘查设备拍摄待探测区域的地表物体图像信息，然后再构建地表物体模型图，将地表物体模型图与AR模型图进行整合，从而快速构建得到地质状况模型图。而由于勘查设备的拍摄角度、拍摄环境等因素的影响，拍摄得到的图像的模糊度会过高，导致图像中物体轮廓边界不清晰、失真，导致无法精准重构出地表物体模型图，影响后续检索配对结果。因此，在本方法中当获取得到地表物体图像信息后，将图像进行特征分解，以实现特征提取，得到多种特征矩阵，以矩阵重组的方式对分解后的图像的特征点进行重组，并且生成点云数据，根据点云数据生成地表物体模型图，从而构建得到一个精度更高的地表物体模型图。通过本方法不仅能够对模糊度较高的地表物体图像进行修正，以提高图像中物体的轮廓边界的清洗的，从而更加真实还原出物体的真实形态，并且以点云数据的方式进行模型重构，能够快速构建得到模型，提高系统的运算速度。

其中，基于所述地表物体模型图与AR模型图生成待探测区域的地质状况模型图，具体包括以下步骤：

将所述地表物体模型图分为测试集与训练集，基于卷积神经网络构建检索模型，将所述训练集导入到所述检索模型中的卷积层中进行卷积运算，得到卷积值，并将所述卷积值输入到池化层中进行池化，得到池化后的卷积值；

通过交叉熵损失函数对池化后的卷积值进行反向传播训练，直到误差收敛至预设值，保存模型参数；通过测试集对检索模型进行测试，直至检索模型满足预设要求；得到训练完成的检索模型；

将所述AR模型图导入所述训练完成的检索模型中，在所述检索模型中检索对AR模型图中的物体模型与各地表物体模型图分别进行配对检索，以识别出AR模型图中是否不存在所述地表物体模型图，若不存在，则获取地表物体模型图的位置信息，基于所述位置信息将地表物体模型图整合到所述AR模型图中，以此类推，直至将所述地表物体模型图配对完毕，得到地质状况模型图。

需要说明的是，AR模型图可以直接通过大数据网络中获取得到，而由于AR模型图并不是实时更新的，AR模型图并不能代表待探测区域的实时地况图，如待探测区域中在AR模型图的最新一次更新后新建的农舍，此农舍是不存在与从大数据网络中获取得到的AR模型图中，因此在构建地质状况模型图时，需要判断AR模型图与实际地质状况相比是否有新出现的物体，若有新出现的物体，而通过本方法便能够快速将新出现的物体识别出来并整合进AR模型图中，从而真实地况的地质状况模型图，通过将AR模型图与地表物体模型图相整合的方式，能够降低地质状况模型图的建模量（因为AR模型图是直接获取得到的），提高建模速度，提高系统鲁棒性，并且能够得到一个真实地况的虚拟的地质状况模型图，以使得根据地质状况模型图对探测集成装置的布置提供依据，使得探测集成装置的排布更加合理。

其中，基于所述地质状况模型图与探测需求确定出探测集成装置的探测参数，具体包括以下步骤：

基于所述探测需求得到实际探测位置区域；获取不极化测量电极与不锈钢供电电极的工作范围；

将地质状况模型图中的预设物体模型区域标记为障碍区，得到标记后的地质状况模型图；将所述不极化测量电极与不锈钢供电电极的工作范围、实际探测位置区域、标记后的地质状况模型图导入蚁群算法中进行反复构造，构造得到不锈钢供电电极与不锈钢供电电极之间的间距、不极化测量电极与不极化测量电极之间的间距、不极化测量电极与不锈钢供电电极之间的间距、不极化测量电极与不锈钢供电电极的数量。

需要说明的是，蚁群算法是一种模拟蚂蚁在寻找食物时的行为和策略的优化算法。在蚁群算法中，蚂蚁会释放一种化学物质来标记自己走过的路径，而其他的蚂蚁就会跟随这条路径继续寻找食物。随着更多的蚂蚁走过这条路径，这条路径上的标记越来越多，从而吸引更多的蚂蚁跟随，形成了一条稳定的路径。在优化问题中，我们可以把问题看成蚂蚁寻找食物的过程。每个解决方案可以看作一个蚂蚁的路径，它们之间可以有互相影响，进而形成优化算法。优化问题中的解决方案之间可以用信息素和启发式信息来进行信息交换。通过本方法能够自动规划出探测集成装置的探测参数，并且在安装本装置时能够规避掉楼房、农舍等预设物体模型区域，使得装置的安装布局更加合理。

需要说明的是，由于现有的采集阵列仅适用于供测一体的单条电缆，无法满足供测分离的需求，因此需基于本探测装置采用全新的阵列采集方式。该阵列采集方法需确保所有的电流发射端均为不锈钢电极，所有的电信号接收端均为不极化电极，以降低电极极化和电磁耦合的影响。

为保证测量数据能够有效覆盖测线所在剖面，避免装置系数过大产生误差，供电电极之间的间距和测量电极之间的间距不可过大，应小于8倍的电极间距。因此，根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号，具体为：

同时使用2条供电和测量集成电缆，以及2N个不锈钢供电电极和2N个不极化测量电极进行测量；

在第i次测量时，选择第a个和第b个不锈钢供电电极供电；

在第i+1次测量时，即2<a<2N-2，2<b<2N-2，需排除不极化测量电极：第a-2个、第a-1个、第a个、第a+1个、第a+2个、第b-2个、第b-1个、第b个、第b+1个、第b+2个，避免电极还未放电完全引起的测量误差；

在第i+2次测量时，需排除不极化测量电极：第a-1个、第a个、第a+1个、第b-1个、第b个、第b+1个；

在第i+3次测量时，需排除不极化测量电极：第a个、第b个；

依照此规律，在第i+1次测量时，同时需排除：在第i-1次测量时，供电电极对以及其相邻电极位置对应的测量电极；在第i-2次测量时，供电电极对位置对应的测量电极；依此类推，获取地表激发极化电信号。本实施例中，举例如下：

1．基于所述地质状况模型图与探测需求确定出探测集成装置的探测参数，如：

电极间距2 m，供测电极距离0.45 m（约为电极间距的1/5-1/4），单条供电-测量集成电缆需配套不锈钢供电电极32个，不极化测量电极32个；

2．基于所述探测参数得到各不锈钢供电电极与不极化测量电极的布置位置和间距，依次布置各不锈钢供电电极与不极化测量电极，以组装排布探测集成装置，并检查供电-测量集成电缆与转接线的连接情况；

其中，1号供电-测量集成电缆连接的不锈钢供电电极编号依次为1-1，1-2，…，1-32；不极化测量电极编号依次为3-1，3-2，…，3-32；2号供电-测量集成电缆连接的不锈钢供电电极编号依次为2-1，2-2，…，2-32；不极化测量电极编号依次为4-1，4-2，…，4-32；

3．根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号。这里以梯度法为例，列出部分满足条件的采集阵列：

第1次测量：

不锈钢供电电极对：A=1-1，B=2-32；

不极化测量电极对：M=3-8，N=3-15；M=3-15，N=3-22；M=3-22，N=3-29；M=3-29，N=4-4；M=4-4，N=4-11；M=4-11，N=4-18；M=4-18，N=4-25；

第2次测量：

不锈钢供电电极对：A=1-1，B=2-23；

不极化测量电极对：M=3-7，N=3-13；M=3-13，N=3-19；M=3-19，N=3-25；M=3-25，N=3-31；M=3-31，N=4-5；M=4-5，N=4-11；M=4-11，N=4-17；

第3次测量：

不锈钢供电电极对：A=1-2，B=2-24；

不极化测量电极对：M=3-8，N=3-14；M=3-14，N=3-20；M=3-20，N=3-26；M=3-26，N=3-32；M=3-32，N=4-6；M=4-6，N=4-12；M=4-12，N=4-18；

第4次测量：

不锈钢供电电极对：A=1-3，B=2-25；

不极化测量电极对：M=3-9，N=3-15；M=3-15，N=3-21；M=3-21，N=3-27；M=3-27，N=4-1；M=4-1，N=4-7；M=4-7，N=4-13；M=4-13，N=4-19。

其中，基于所述地表激发极化电信号生成地表电磁场分布图，具体为：

构建数据库，将所述数据库分为若干个数据空间，将第N测量得到的地表激发极化电信号保存在第N个数据空间内，得到时序信号数据库；

预设聚类中心，基于所述聚类中心计算出每一数据空间中地表激发极化电信号的欧式距离；并在距离度量方式下，计算每一地表激发极化电信号与其最近邻信号点的信号局部密度；

将每一地表激发极化电信号的欧式距离与信号局部密度进行比值处理，得到该地表激发极化电信号的局部离群因子值；

判断所述局部离群因子值是否大于预设阈值，若大于，则将局部离群因子值大于预设阈值对应的地表激发极化电信号在数据空间中剔除，得到筛选后的地表激发极化电信号；

对筛选后的地表激发极化电信号利用有限元离散法进行数值分析，得到地表电磁场信号，基于所述地表电磁场信号生成地表电磁场分布图。

需要说明的是，在采集地表激发极化电信号过程中，由于设备稳定性以及采集环境等因素的影响，采集得到的部分地表激发极化电信号会存在信噪比过高、丢包、数据不匹配等异常，如极端温度下会导致数据漂移、数据丢失。通过LOF算法（局部离群因子算法）采集得到的低质量、不符合物理意义的地表激发极化电信号剔除，提高地表激发极化信号的数据质量，提高数据可靠性，避免造成假异常解译。

其中，基于所述地表电磁场分布图分析出地下水的特性信息，具体为：

通过大数据网络获取大量的不同污染类型对应的历史地表电磁场分布图，构建知识图谱，并将不同污染类型对应的历史地表电磁场分布图导入所知识图谱中；

通过局部敏感注意力机制计算所述地表电磁场分布图与不同污染类型对应的历史地表电磁场分布图之间的注意力分数值，得到若干个注意力分数值；

构建排序表，将若干个注意力分数值导入所述排序表中进行排序，排序完成后，提取出最大注意力分数值；将所述最大注意力分数值与预设注意力分数值进行比较；

若所述最大注意力分数值大于预设注意力分数值，则获取与该最大注意力分数值对应的污染类型，基于与该最大注意力分数值对应的污染类型确定出地下水的污染类型。其中，基于所述地表电磁场分布图分析出地下水的特性信息，还包括以下步骤：

若所述最大注意力分数值大于预设注意力分数值，则通过大数据网络获取待探测区域在正常状态下的预设电磁场分布图，对所述预设电磁场分布图进行特征提取，得到预设电磁场分布图上磁场的等值线和矢量场，基于所述预设电磁场分布图上磁场的等值线和矢量场得到预设地表电磁场分布线；

对所述地表电磁场分布图进行进行特征提取，得到地表电磁场分布图上磁场的等值线和矢量场，基于所述地表电磁场分布图上磁场的等值线和矢量场得到地表电磁场分布线；

构建整合空间，将所述地表电磁场分布线与预设地表电磁场分布线中进行整合；并在所述整合空间中将地表电磁场分布线与预设地表电磁场分布线相重合的线段部分剔除，在所述整合空间中将地表电磁场分布线与预设地表电磁场分布线不相重合的线段部分保留，得到电磁场分布线偏移图；

基于所述电磁场分布线偏移图确定出地下水的污染位置。

需要说明的是，地下水的特性信息包括污染位置与污染类型。电磁场分布图最能反映地下水中电离度高的物质、如盐、重金属离子等，如形成高低电导率差、形成明显的电导率异常等，可以结合地质资料、水流速度等其他综合手段来挖掘可能的污染源。例如，将电磁场分布图与地下水位、孔隙水化学指标、地下水流速、地下水流动方向等结合，可确定污染源位置和类型。通过本方法能够有效分析出地下水的污染位置与污染类型，以为工程设计提供依据，指导采取有效防治措施。

以上依据本发明的理想实施例为启示，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种地表激发极化探测集成装置，其特征在于：所述探测集成装置包括电法仪、供电电源、供电-测量集成电缆、不锈钢供电电极、不极化测量电极、电缆-电极插拔转换头、电缆-电极转换抽头以及转接线；

所述电法仪与供电电源之间通过电源连接线相连接，所述电法仪与电缆-电极转换抽头之间通过供电-测量集成电缆相连接；所述电缆-电极转换抽头上插装有两电缆-电极插拔转换头，其中一个电缆-电极插拔转换头与所述不锈钢供电电极相连接，另一个电缆-电极插拔转换头与所述不极化测量电极相连接；

在供电-测量集成电缆的两端均设有电缆接口，所述电缆接口可单独直接与电法仪的电缆端口相连接；

所述电缆-电极转换抽头上设置有导电片，在所述供电-测量集成电缆在同一位置引出相同编号的两条信号线，两条信号线分别焊接在两个电缆-电极转换抽头的导电片上，焊接在对应导电片上的信号线完成绝缘及密封工序之后形成一个完整的电缆-电极转换抽头，所述电缆-电极转换抽头还与两个电缆-电极插拔转换头的一端相连接，两个电缆-电极插拔转换头的另一端分别与不锈钢供电电极和不极化测量电极相连接，使得不锈钢供电电极和不极化测量电极完全分离；

所述电缆-电极插拔转换头上设置有不锈钢供电电极导电片与不极化测量电极导电片；与所述电缆-电极转换抽头相连接的其中一个电缆-电极插拔转换头的不锈钢供电电极导电片通过信号线与不锈钢供电电极相连接，与所述电缆-电极转换抽头相连接的另一个电缆-电极插拔转换头的不极化测量电极导电片通过信号线与不极化测量电缆相连接，以保证电流正确输入与输出。

2.根据权利要求1所述的一种地表激发极化探测集成装置，其特征在于：所述供电-测量集成电缆包括并列布置的供电电缆和测量电缆，所述供电电缆和测量电缆为多芯电缆，每条多芯电缆包括k根信号线，所述多芯电缆外包裹一层导电胶带，以屏蔽供电电缆与测量电缆之间产生的电磁感应信号，避免电磁耦合效应，且通过绝缘外皮集所述供电电缆和测量电缆于一体。

3.根据权利要求1所述的一种地表激发极化探测集成装置，其特征在于：根据不锈钢供电电极、不极化测量电极编号及供电-测量集成电缆首尾的顺序，确定供电-测量集成电缆与电法仪的连接端。

4.一种地表激发极化探测集成装置的控制方法，应用于权利要求1-3任一项所述的一种地表激发极化探测集成装置，其特征在于，包括以下步骤：

获取待探测区域的地质状况模型图，基于所述地质状况模型图与探测需求确定出探测集成装置的探测参数；

基于所述探测参数得到各不锈钢供电电极与不极化测量电极的布置位置和间距，依次布置各不锈钢供电电极与不极化测量电极，以组装排布探测集成装置，并检查供电-测量集成电缆与转接线的连接情况；

根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号，基于所述地表激发极化电信号生成地表电磁场分布图，基于所述地表电磁场分布图分析出地下水的特性信息。

5.根据权利要求4所述一种地表激发极化探测集成装置的控制方法，其特征在于，根据预设好的阵列采集方法，通过地表布置的探测集成装置采集地表激发极化电信号，具体为：

同时使用2条供电和测量集成电缆，以及2N个不锈钢供电电极和2N个不极化测量电极进行测量；

在第i次测量时，选择第a个和第b个不锈钢供电电极供电；

在第i+1次测量时，即2<a<2N-2，2<b<2N-2，需排除不极化测量电极：第a-2个、第a-1个、第a个、第a+1个、第a+2个、第b-2个、第b-1个、第b个、第b+1个、第b+2个，避免电极还未放电完全引起的测量误差；

在第i+2次测量时，需排除不极化测量电极：第a-1个、第a个、第a+1个、第b-1个、第b个、第b+1个；

在第i+3次测量时，需排除不极化测量电极：第a个、第b个；

依照此规律，在第i+1次测量时，同时需排除：在第i-1次测量时，供电电极对以及其相邻电极位置对应的测量电极；在第i-2次测量时，供电电极对位置对应的测量电极；依此类推，获取地表激发极化电信号。