EH4電磁成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法改進(jìn)及在隧道探測(cè)中的應(yīng)用分析

胡明杰

摘要：隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷發(fā)展，隧道施工項(xiàng)目越來越多，為了提高施工效率，許多施工單位開始采用更加先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)。其中EH4電磁成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛。本文對(duì)EH4電磁成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的在隧道探測(cè)中的具體應(yīng)用方法以及相關(guān)的改進(jìn)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與分析。

關(guān)鍵詞：隧道探測(cè)；數(shù)據(jù)處理；EH4電磁成像

EH4電磁成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在處理流程封閉、局限性大以及去噪手段單一等方面的問題。同時(shí)，在數(shù)據(jù)處理過程中一定程度上會(huì)受到噪聲以及干擾等方面因素的影響，降低數(shù)據(jù)分析結(jié)果的可信度。雖然可以采用延長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間、提高發(fā)射功率以及增加疊加次數(shù)等手段對(duì)干擾進(jìn)行控制，然而在強(qiáng)干擾噪聲的控制方面還缺乏深入的研究，本文對(duì)以上方面的問題提出相關(guān)的解決建議。

一、EH4電磁成像系統(tǒng)概述

（一）大地電磁測(cè)深基本理論

由于不同地質(zhì)條件下的電性存在明顯的差異，可以采用對(duì)平次電磁場(chǎng)的響應(yīng)差異來對(duì)地下電阻率進(jìn)行計(jì)算，對(duì)地下地質(zhì)情況進(jìn)行推演。所涉及到的聲源包含人工場(chǎng)源與天然場(chǎng)源兩種。

大地電磁測(cè)深工作在操作理論上以平面電磁波為基礎(chǔ)。由于變化的磁場(chǎng)與變化的電場(chǎng)無法單獨(dú)存在，二者之間有著十分密切的聯(lián)系，變化磁場(chǎng)與自由電荷能夠激發(fā)出電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)與穩(wěn)定的電流也能夠產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)，在某一特定的空間中，變化的磁場(chǎng)能夠激發(fā)出渦旋電場(chǎng)，同時(shí)渦旋磁場(chǎng)也能夠在變化電場(chǎng)的作用下被激發(fā)出來。

高頻大地電磁法的荼頻率范圍為101～105Hz，該狀態(tài)下相比于傳導(dǎo)電流來說，導(dǎo)電介質(zhì)中的電流非常小，因此，導(dǎo)電介質(zhì)中所存在的電流可以忽略不計(jì)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，EH4電磁成像技術(shù)所涉及到的個(gè)線極化波包含TE波與IM波兩種。其中TM波指是與電磁波傳播方面相同的電場(chǎng)分量，該分量方面垂直于電磁波方面。TE波指的是與電磁波傳播方面相同的磁場(chǎng)分量，該分量垂直于電磁波方向。通常情況下我們將這兩種波稱為E偏振波與H偏振波。

（二） EH4電磁成像系統(tǒng)

EH4電磁成像系統(tǒng)是一種高分辨率、便攜式的混合源電磁法儀器，能夠?qū)煞N場(chǎng)源數(shù)據(jù)進(jìn)行高精確度的采集。在高頻模式中，以天然場(chǎng)信號(hào)不強(qiáng)的條件下，可以用人工場(chǎng)源來代替天然場(chǎng)信號(hào)。在具體的操作過程中，可以交錯(cuò)使用高低頻磁揮拳來探測(cè)不同深度的地質(zhì)體。

（三） EH4數(shù)據(jù)處理

1. FFT時(shí)頻轉(zhuǎn)換

EH4數(shù)據(jù)處理工作的第一步就是時(shí)頻轉(zhuǎn)換，通過該技術(shù)能夠?qū)文件調(diào)整為頻率域文件。時(shí)間序列中含有大量的組數(shù)據(jù)，每組由Hx（t）、Ey（t）、Hy（t）與Ex（t）四部分?jǐn)?shù)據(jù)所構(gòu)成，數(shù)據(jù)組在類型上包含三種，不同種類所處理的數(shù)據(jù)類型各不相同。

由于大地電磁信號(hào)在采集時(shí)間上沒有任何的限制，需要進(jìn)行加窗處理，避免出現(xiàn)截?cái)嘈?yīng)。再完成離散FFT變換操作后，能夠獲取2048個(gè)離散頻段數(shù)據(jù)。

2.功率譜估算

依照信號(hào)分析理論的有關(guān)內(nèi)容，可以采用頻譜計(jì)算的方式醚對(duì)功率譜進(jìn)行計(jì)算。為了對(duì)估算過程中可能存在的各種誤差進(jìn)行控制，需要根據(jù)頻率平滑與總體平滑來完成原始功率譜的平滑估算工作。

3.阻抗張量估算

阻抗文件中包含阻抗、相關(guān)度、相位以及電阻率等方面的數(shù)據(jù)，阻抗張量要素能夠體現(xiàn)出大地電磁場(chǎng)與介質(zhì)電性分布之間的關(guān)系，表面阻坑張量要素能夠體現(xiàn)出阻抗相位與視電阻率兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員可以通過最小二乘法對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算，所使用的具體理論為通過理論值與測(cè)量值之間的最小殘差和對(duì)抗張量要素進(jìn)行計(jì)算。

二、EH4時(shí)間哉非平穩(wěn)數(shù)據(jù)的剔除

本次實(shí)驗(yàn)研究納入的平穩(wěn)性概念，對(duì)于一級(jí)平穩(wěn)數(shù)據(jù)來說，該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)一定需要建立再正常抽樣的基礎(chǔ)之一，在一定統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)其統(tǒng)計(jì)學(xué)特征是不斷變化的，相應(yīng)地在一定范圍內(nèi)其方差值也是不斷變化的。

由于EH4在數(shù)據(jù)樣本的采集環(huán)節(jié)中可能會(huì)受到環(huán)境噪聲與觀測(cè)噪聲等因素的干擾，一定程度上會(huì)出現(xiàn)時(shí)間域數(shù)據(jù)不平穩(wěn)的問題，通過對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT變換處理，能夠得到Y(jié)文件，而在這一處理過程中所采用的數(shù)據(jù)必須是平穩(wěn)數(shù)據(jù)，這就需要對(duì)所需要的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，經(jīng)過處理之后的數(shù)據(jù)可能會(huì)存在數(shù)值被擴(kuò)大的問題，因此，需要采用平穩(wěn)性檢測(cè)的方式對(duì)時(shí)間哉數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)。

本次實(shí)驗(yàn)研究所采用的檢測(cè)方法為游和檢測(cè)法，部分情況下也被稱為邊檢驗(yàn)法，該檢測(cè)方法不需要各種實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行支持，在檢測(cè)技術(shù)上，該檢測(cè)方法與輪次法基本相同。游程檢法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在平穩(wěn)性效果優(yōu)良，能夠提高數(shù)據(jù)質(zhì)量。

在EH4檢驗(yàn)過程中，部分操作人員同可以會(huì)利用IMAGEM 軟件來刪除跳點(diǎn)，對(duì)非平穩(wěn)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的支除處理，然而這種去除方法可能會(huì)引發(fā)遺漏數(shù)據(jù)以及誤刪等方面的問題，因此不提倡使用這種數(shù)據(jù)處理方法。本文重點(diǎn)介紹小波分析法。

小波分析法是建立在調(diào)和分析、樣條分析、Fourier分析與泛涵分析基礎(chǔ)之間的重要分析工具，部分情況下也被稱為多分辨分析。該分析方法的應(yīng)用范圍比較廣泛。由于該分析方法在空間頻率與時(shí)間頻率方面對(duì)于信號(hào)能夠進(jìn)行多尺度的分析，在去噪聲方面有著比較突出的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在非平穩(wěn)信號(hào)的處理方面也能夠得到比較好的處理結(jié)果。

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