CN117056852A - 深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，包括采用智能探杆进行地下多源数据采集，处理为原始数字信号，采用地下存储器保存原始数字信号，采用地表设备获取连续深度数据；对原始数字信号进行高码率或低码率压缩，并调制；经功率驱动以电力载波形式在通缆钻杆中传输后输出，或先进入第一节通缆钻杆中传输，而后在中继短节复采，再发射进入第二节通缆钻杆后输出；当传输线路断路，将数据与时间的对应数据以及探测深度与时间之间的对应数据进行数据同步和数据融合，最后和传输线路的输出数据作为最后的数据输出。可采集数据量大，种类多，可视性强，能更加直观得反应地底的情况。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集和处理领域，尤其涉及深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法。
背景技术
随着地下结构工程建设迅猛发展，工程地质勘查需求益日激增。对地下结构工程状况进行探测，可以预先知晓地下结构工程的状况，方便正确安排地下工作，也能提前预知地下结构工程是否异常，对其安全风险进行评估，避免更大的隐患和损失。
专利CN112761638A：确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统，提供了一种确定煤层走向及煤层厚度的方法、数据传输设备及系统，当钻铤在井下钻进时，获得由随钻测量设备发送的井身轨迹数据以及由伽玛探测设备发送的地层伽玛数据；对井身轨迹数据及地层伽玛数据共同编码，将共同编码后的井身轨迹数据及地层伽玛数据通过单芯传输发送至上位机，以使上位机对地层伽玛数据及井身轨迹数据进行分析，确定煤层厚度及煤层走向；如此，当钻铤在井下钻进时，可以实时获取到井身轨迹数据及地层伽玛数据，进而根据地层伽玛数据及井身轨迹数据确定煤层厚度及煤层走向，实时指导钻铤沿煤层钻进；这样无需频繁开分支即可确定出煤层厚度及煤层走向，降低施工难度，提高煤矿开采效率。
该发明中随钻测量设备可以获取地下煤层厚度和走向的数据，但数据传处理方式简单，传输方法单一，受地层影响较大。并且随钻测量的数据内容以物探数据为主，没法直观地反应地下情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，包括以下步骤：
S1、采用地下智能探杆进行地下多源数据采集，并对多源数据进行预处理，得到原始数字信号，采用地下存储器保存原始数字信号，采用地表设备接收连续探测深度数据，并提取连续探测深度数据中探测深度与时间之间的对应关系数据；
S2、对原始数字信号进行高码率或低码率压缩，并将压缩后的信号调制为模拟信号，得到高码率压缩后并调制的模拟信号和低码率压缩后并调制的模拟信号；
S3、高码率压缩后并调制的模拟信号经功率驱动以电力载波形式在通缆钻杆中传输后输出；低码率压缩后并调制的模拟信号经功率驱动以电力载波形式先进入第一节通缆钻杆中传输，而后在中继短节复采，再发射进入第二节通缆钻杆经解调后输出；
S4、当通缆钻杆和中继短节中间出现断路时，提取地下存储器保存原始数字信号中原始数字信号数据与时间的对应关系数据，将数据与时间的对应关系数据以及探测深度与时间之间的对应关系数据之间进行数据同步和数据融合后输出；
S5、将S3和S4两部分输出数据进行合并，作为最后的数据输出。
进一步地，步骤S1中，地下多源数据包括激光雷达、摄像头、声呐、电子罗盘采集的信号。
进一步地，步骤S1中，对多源数据进行预处理的方式为：多源数据经过采样，量化、滤波得到原始数字信号。
进一步地，步骤S2中，设置一个阈值，数据量大于该阈值的原始数字信号采用低码率压缩，数据量小于该阈值的原始数字信号采用高码率压缩。
进一步地，步骤S2中，高码率压缩后并调制的模拟信号和低码率压缩后并调制的模拟信号为二次编码串行数据。
本发明还提出深部地层探测“地下+地面”融合数据处理装置，包括：
处理器；
存储器，其上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序；
其中，所述计算机程序被所述处理器执行时实现深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明提供深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，提出的深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法相比于背景技术中的方法更加具有可行性。采用智能探杆进行地下多源数据采集，处理为原始数字信号，采用地下存储器保存原始数字信号，采用地表设备获取连续深度数据；对原始数字信号进行高码率或低码率压缩，并调制；经功率驱动以电力载波形式在传输线路传输，首先在通缆钻杆中传输后输出，或先进入第一节通缆钻杆中传输，而后在中继短节复采，再发射进入第二节通缆钻杆后输出；当传输线路断路，将数据与时间的对应数据以及探测深度与时间之间的对应数据进行数据同步和数据融合，最后和传输线路的输出数据作为最后的数据输出，根据地下条件不同，可使用地上或地下不同的数据传输方式，且可采集数据量大，种类多，可视性强，能更加直观得反应地底的情况。并且能实现对地底的实时监视，实现智能探杆测量数据在时间上和深度上的连续性。
附图说明
图1是本发明实施例深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法的流程图；
图2是本发明实施例深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法的流程框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
本发明实施例深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法的流程图和流程框图如图1和图2，具体包括以下步骤：
S1、采用智能探杆进行地下多源数据采集，多源数据包括激光雷达、摄像头、声呐、电子罗盘采集的信号，并对多源数据进行采样，量化、滤波等预处理，得到原始数字信号，采用地下存储器保存原始数字信号，采用地表设备接收连续探测深度数据，并提取连续深度数据中探测深度与时间之间的对应关系数据。
进一步的实施例中，地表设备包括信号转换的解调器、数据存储器、实时通讯的工控机、平台控制器，通过平台控制器、工控机对智能探杆进行控制。
调制解调分为两部分，地下的调制器和地上的解调器。
调制解调器与智能探杆动力电源系统相连接，实现电力载波信号双向传输。调制解调器与工控机连接，提取电力载波中的数字信号，并记录数据流。
经过调制器调制后的信号需要通过电力载波的方式传输至地上的解调器。
电力载波则是通过在电力输电线路上叠加高频信号，使得电力线路能够同时传输电力和数据信号。
在智能探杆中，电源系统是地上与地下的电力线路，以此给探杆中的各种传感器供电，同时也作为电力载波的信号传输线路，将传感器采集的信号传输至地上。
探测深度数据的获取方式为：通过磁性编码器获取位移数据，磁性编码器使用磁场和磁敏元件(如霍尔传感器)来测量位移。在磁性编码器中，基座部分包含一个或多个磁体，而测量部分则包含磁敏元件。当测量部分随着运动物体发生旋转或线性位移时，磁场的分布也会相应变化。磁敏元件感知到磁场的变化，并将其转换为电信号。将电信号传输至地表工控设备，由工控设备分析电信号数据获得连续探测深度信息。
得到测量数据首先通过地表工控将指令传输至智能探杆，智能探杆通过激光雷达、多功能摄像头、声呐和电子罗盘进行数据采集。输出的模拟信号在时钟信号的驱动下进行采样，量化、滤波，经过预处理得到原始数字信号。
S2、对原始数字信号进行高码率或低码率压缩，以避免数据丢失，并将压缩后的信号调制为模拟信号，得到高码率压缩后并调制的模拟信号和低码率压缩后并调制的模拟信号。
设置一个阈值，数据量大于该阈值的原始数字信号采用低码率压缩，数据量小于该阈值的原始数字信号采用高码率压缩。
进一步的实施例中，高码率压缩后并调制的模拟信号和低码率压缩后并调制的模拟信号为二次编码串行数据。
S3、高码率压缩后并调制的模拟信号经功率驱动以电力载波形式在通缆钻杆中传输后输出；低码率压缩因为数据量大，压缩后并调制的模拟信号经功率驱动以电力载波形式先进入第一节通缆钻杆中传输，而后在中继短节复采，再发射进入第二节通缆钻杆后输出。
考虑信号衰减问题，若信号的传输距离较长，在通缆钻杆之间一定间隔安装信号中继短节，实现信号增益和保真，增加信号的传输距离。
S4、当通缆钻杆和中继短节中间出现断路时，提取地下存储器保存的原始数字信号中原始数字信号数据与时间的对应关系数据，将数据与时间的对应关系数据以及探测深度与时间之间的对应关系数据之间进行数据同步和数据融合后输出。
以时间信息为基准，同步记录智能探杆探测数据和地表记录的深度数据，建立深度-测量数据的对应关系，实现沿深度方向和时间同步的数据信息处理。
S5、在测试完成后，通过软件将S3和S4两部分输出数据进行合并，作为最后的数据输出，实现智能探杆测量数据在深度上的连续性。
实施例中还包括深部地层探测“地下+地面”融合数据处理装置，包括：
处理器；
存储器，其上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序；
其中，计算机程序被处理器执行时实现深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用地下智能探杆进行地下多源数据采集，并对多源数据进行预处理，得到原始数字信号，采用地下存储器保存原始数字信号，采用地表设备接收连续探测深度数据，并提取连续探测深度数据中探测深度与时间之间的对应关系数据；
S2、对原始数字信号进行高码率或低码率压缩，并将压缩后的信号调制为模拟信号，得到高码率压缩后并调制的模拟信号和低码率压缩后并调制的模拟信号；
S3、高码率压缩后并调制的模拟信号经功率驱动以电力载波形式在通缆钻杆中传输后输出；低码率压缩后并调制的模拟信号经功率驱动以电力载波形式先进入第一节通缆钻杆中传输，而后在中继短节复采，再发射进入第二节通缆钻杆经解调后输出；
S4、当通缆钻杆和中继短节中间出现断路时，提取地下存储器保存原始数字信号中原始数字信号数据与时间的对应关系数据，将数据与时间的对应关系数据以及探测深度与时间之间的对应关系数据之间进行数据同步和数据融合后输出；
S5、将S3和S4两部分输出数据进行合并，作为最后的数据输出。
2.根据权利要求1所述的深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，其特征在于，步骤S1中，地下多源数据包括激光雷达、摄像头、声呐、电子罗盘采集的信号。
3.根据权利要求1所述的深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，其特征在于，步骤S1中，对多源数据进行预处理的方式为：多源数据经过采样，量化、滤波得到原始数字信号。
4.根据权利要求1所述的深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，其特征在于，步骤S2中，设置一个阈值，数据量大于该阈值的原始数字信号采用低码率压缩，数据量小于该阈值的原始数字信号采用高码率压缩。
5.根据权利要求1所述的深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法，其特征在于，步骤S2中，高码率压缩后并调制的模拟信号和低码率压缩后并调制的模拟信号为二次编码串行数据。
6.深部地层探测“地下+地面”融合数据处理装置，其特征在于，所述装置包括：
处理器；
存储器，其上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序；
其中，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的深部地层探测“地下+地面”融合数据处理方法。
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