礦物富集區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

肖浩飛，徐曉璐

（1.長沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2.長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410000）

水工環(huán)地質(zhì)勘查是一個(gè)獲取與研究礦物富集區(qū)礦產(chǎn)資源信息的主要手段。一般情況下是將水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行綜合，對礦物富集區(qū)進(jìn)行全面的評價(jià)，以其為基礎(chǔ)對礦物富集區(qū)的礦產(chǎn)資源開發(fā)工程進(jìn)行規(guī)劃，保障礦產(chǎn)資源開發(fā)的安全[1]。傳統(tǒng)的水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)存在著信息局部化的缺陷，無法適應(yīng)現(xiàn)今社會(huì)的需求，為此提出礦物富集區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。

1 水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)總體架構(gòu)

水工環(huán)地質(zhì)勘查主要指的是水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)勘查。其中，水文地質(zhì)勘查是對地下水信息進(jìn)行采集與研究[2]。主要是對地下水的規(guī)律、分布、物理性質(zhì)與化學(xué)成分等進(jìn)行勘查，在礦產(chǎn)資源開采的過程中可以對其進(jìn)行合理的應(yīng)用，同時(shí)也對其不利影響進(jìn)行預(yù)防；工程地質(zhì)勘查主要是對礦產(chǎn)資源開采過程中涉及的居民與工程建筑進(jìn)行勘查，對礦區(qū)的工程地質(zhì)進(jìn)行勘查，可以很好的對礦產(chǎn)資源開采工程進(jìn)行規(guī)劃；環(huán)境地質(zhì)勘查主要是對礦物富集區(qū)的環(huán)境進(jìn)行勘查，包括礦山周邊的城市、土壤、天氣等環(huán)境因素，可以為礦產(chǎn)資源開發(fā)的安全提供保障。

1.2 水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括采集卡、傳感器、適配器以及上位機(jī)。

根據(jù)水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)的需求，選擇采集頻率為15M的采集卡對信息進(jìn)行采集，該頻率下的采集卡可以完整的對信息進(jìn)行采集，通常情況下，其信息采集完整度可以達(dá)到95%，可以很好的為水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)提供信息支撐。

傳感器主要是對采集的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行傳輸。水工環(huán)地質(zhì)勘查工作環(huán)境比較復(fù)雜，因此，對傳感器的要求較高，傳感器選擇時(shí)要滿足體積小、靈敏度高的特性，還要具有防風(fēng)、耐高溫與防水的功能。選取的傳感器主要是由塑膠套管制作的，塑膠套管可以對傳感器內(nèi)部的零件進(jìn)行保護(hù)，采用密封圈對傳感器的內(nèi)外部進(jìn)行隔離，可以防止灰塵等雜物進(jìn)入傳感器內(nèi)部，除此之外，密封圈還可以對傳感器起到緩沖、保護(hù)作用，保障傳感器的安全。將傳感器安裝在采集卡上，對采集卡采集到的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行傳輸。

適配器在水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用，其主要是對硬件之間的連接進(jìn)行適配，對系統(tǒng)的穩(wěn)定進(jìn)行保障。根據(jù)系統(tǒng)的需求，采用的是差分結(jié)構(gòu)，具備極強(qiáng)的抗干擾性能。因此，選擇BISS協(xié)議適配器作為水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)硬件連接的適配器，可以加大的提升系統(tǒng)的效率。

水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)中，為了保障勘查信息的準(zhǔn)確性，需要對水工環(huán)地質(zhì)勘查信息采集、處理與傳輸過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，同時(shí)對處理過程中的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)定。由西門子公司生產(chǎn)的WED上位機(jī)性能更好，具體表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是多功能。WED上位機(jī)使用范圍較廣，支持多種語言使用，其可以與軟件程序完美的結(jié)合。同時(shí)WED上位機(jī)操作簡單、有效，具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，為系統(tǒng)提供更加豐富的資源；二是自動(dòng)化程度高?？梢钥焖俚膶?shí)現(xiàn)系統(tǒng)硬件之間的適配，提高系統(tǒng)的整體效率；三是具有豐富的附加件。

通過上述過程完成了水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，為下述水工環(huán)地質(zhì)勘查信息的綜合提供硬件支撐。

1.3 水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括水工環(huán)地質(zhì)勘查信息采集模塊、水工環(huán)地質(zhì)勘查信息處理模塊與水工環(huán)地質(zhì)勘查信息綜合模塊。

節(jié)水增糧行動(dòng)項(xiàng)目旨在提高農(nóng)田灌溉水的利用效率，提升糧食綜合生產(chǎn)能力，改善生態(tài)環(huán)境。項(xiàng)目建成后，要加強(qiáng)用水定額管理，開展用水評估，分析其用水定額的合理性；在取水許可審批過程中，核（換）發(fā)取水許可證時(shí)采用最新用水定額，科學(xué)核定許可水量。

水工環(huán)地質(zhì)勘查信息采集模塊主要是對水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行采集。該方法具備極強(qiáng)的靈活性，可以實(shí)現(xiàn)勘查信息的快速讀取，同時(shí)還具備極高的準(zhǔn)確性。采集卡采集的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息為：

其中，xn表示的是第n個(gè)水工環(huán)地質(zhì)勘查信息。

Direct方法水工環(huán)地質(zhì)勘查信息讀取過程如表1所示。

表1 水工環(huán)地質(zhì)勘查信息讀取過程表

通過上述過程實(shí)現(xiàn)了水工環(huán)地質(zhì)勘查信息的采集，為下述水工環(huán)地質(zhì)勘查信息的處理提供數(shù)據(jù)支撐。

水工環(huán)地質(zhì)勘查信息處理模塊主要是為水工環(huán)地質(zhì)勘查信息綜合做準(zhǔn)備，為了勘查信息綜合的完整性對采集的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行相應(yīng)的處理。處理過程如下所示。

首先將上述采集的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使其變換為格式統(tǒng)一的信息，這樣有便于后續(xù)處理，轉(zhuǎn)換公式為：

然后利用傅里葉方法對勘查信息的特征量進(jìn)行提取，具體過程為：

其中，β表示的是計(jì)算參數(shù)。

通過上述過程得到了水工環(huán)地質(zhì)勘查信息特征量集合，為下述水工環(huán)地質(zhì)勘查信息綜合的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐。信息綜合模塊主要是以上述得到的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息特征量集合為依據(jù)，對其進(jìn)行綜合，為礦產(chǎn)資源開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。依據(jù)勘查信息的特征量對勘查信息進(jìn)行分類，分類結(jié)果如下所示：

其中，m表示的是類別個(gè)數(shù)。

根據(jù)礦物富集區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)的具體要求對上述勘查信息進(jìn)行歸納、整理與綜合，得到：

通過上述系統(tǒng)硬件與軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)的運(yùn)行，并對礦物富集區(qū)水工環(huán)地質(zhì)勘查信息進(jìn)行了綜合，為礦產(chǎn)資源的開發(fā)提供完完善的數(shù)據(jù)支撐。

2 水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)性能分析

上述實(shí)現(xiàn)了水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并證明了該系統(tǒng)的可行性。但是對于該系統(tǒng)的性能還需要進(jìn)一步探索與研究。所以，設(shè)計(jì)仿真實(shí)驗(yàn)對系統(tǒng)的性能進(jìn)行全面的分析。本文主要采用對比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行性能分析，主要應(yīng)用的是設(shè)計(jì)的水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)與傳統(tǒng)的水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析。

設(shè)定實(shí)驗(yàn)過程中水工環(huán)地質(zhì)勘查信息共有10000個(gè)，兩個(gè)系統(tǒng)包含的水工環(huán)地質(zhì)勘查信息情況如表2所示。

表2 水工環(huán)地質(zhì)勘查信息情況對比表

水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)信息完整度的計(jì)算公式為：

其中，q表示的是系統(tǒng)包含的勘查信息個(gè)數(shù)；q0表示的是水工環(huán)地質(zhì)勘查信息的總個(gè)數(shù)。

則兩個(gè)系統(tǒng)的信息完整度對比情況如圖1所示。

圖1 信息完整度對比情況圖

如圖1所示，設(shè)計(jì)的水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)的信息完整度明顯的高于傳統(tǒng)系統(tǒng)，經(jīng)過計(jì)算得到，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的信息完整度平均值比傳統(tǒng)系統(tǒng)高出31%，充分說明設(shè)計(jì)的水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)具備更好的性能。

3 結(jié)語

設(shè)計(jì)的水工環(huán)地質(zhì)勘查綜合信息系統(tǒng)極大的提升了信息的完整度，可以為礦產(chǎn)資源的開發(fā)提供更加豐富的數(shù)據(jù)支撐，更加有力的保障礦產(chǎn)資源開發(fā)的安全。但是在實(shí)驗(yàn)過程中由于干擾因素的影響，會(huì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，需要對該系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的研究與分析。