基于Oasis Montaj平臺(tái)的航空物探數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)

胥值禮，孟慶敏，李文杰，崔志強(qiáng)

(中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地球物理地球化學(xué)勘查研究所，廊坊 065000)

0 前言

航空物探具有效率高、成本較低、適用于大面積快速勘查等優(yōu)點(diǎn)，它可為礦產(chǎn)資源、油氣資源、海洋地質(zhì)、地下水資源、工程地質(zhì)與環(huán)境，基礎(chǔ)地質(zhì)、軍事與國(guó)防等方面提供大量信息。近年來(lái)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用，得到了快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著硬件和軟件技術(shù)的發(fā)展，高分辨率、超高分辨率航空物探技術(shù)也得到快速發(fā)展。因此相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件面臨著大數(shù)據(jù)量、不同采樣率、多參數(shù)、不同存儲(chǔ)方式等問(wèn)題，這就對(duì)數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量提出了更高要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，本次研究對(duì)現(xiàn)有的軟件(多為使用 FORTRAN 語(yǔ)言編寫的獨(dú)立程序，且不具備直觀的軟件操作界面)統(tǒng)一使用C/C++語(yǔ)言進(jìn)行了移植、優(yōu)化，并開發(fā)了新的功能，集成為一套能處理航空電磁法、航空磁法、航空放射性數(shù)據(jù)的航空物探數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)，以滿足越來(lái)越多、越來(lái)越高的社會(huì)需求。

本系統(tǒng)選用的開發(fā)平臺(tái)為加拿大 Geosoft公司的Oasis Montaj(簡(jiǎn)稱 OM)基本軟件平臺(tái)。它是目前在地球科學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的軟件平臺(tái)，是最著名的礦產(chǎn)勘查和地球科學(xué)調(diào)查領(lǐng)域的領(lǐng)先軟件，得到了各著名礦業(yè)公司、油氣公司、勘探公司、咨詢公司、科研院所和政府部門的一致認(rèn)可和長(zhǎng)期使用。它具有高性能的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，可高效地存儲(chǔ)和處理多達(dá) 64T 字節(jié)的數(shù)據(jù)，能為多種地球物理勘查海量數(shù)據(jù)提供強(qiáng)有力的存儲(chǔ)管理支撐。它提供的 GX Developer 二次開發(fā)軟件包，具有數(shù)據(jù)庫(kù)操作、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)成圖等諸多基本功能，可進(jìn)行應(yīng)用功能的快速定制開發(fā)[6]。因此采用這種開發(fā)模式，可將開發(fā)重點(diǎn)集中在對(duì)專業(yè)數(shù)據(jù)處理方法的研究上，適合于多種數(shù)據(jù)處理軟件功能的開發(fā)，具有較強(qiáng)的靈活性，能大大地提高開發(fā)效率和開發(fā)質(zhì)量、節(jié)約開發(fā)成本。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為：Windows XP 及以上版本的操作系統(tǒng)、加拿大 Geosoft 公司的 Oasis montaj V7.2 基本軟件平臺(tái)、Visual C++ 6.0 軟件編程平臺(tái)、C/C++ 及 GXC(Geosoft 的 GX 編程語(yǔ)言)程序語(yǔ)言。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

本系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)：第一層為Windows XP操作系統(tǒng)；第二層為 OM 平臺(tái)(包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))；第三層為航空物探數(shù)據(jù)處理應(yīng)用軟件系統(tǒng)(圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig．1 The diagram of system architecture

1.3 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)的主要功能分為：數(shù)據(jù)管理、航磁數(shù)據(jù)處理、航電數(shù)據(jù)處理、航放數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)調(diào)平處理五大類(圖2)。

(1)數(shù)據(jù)管理功能。它包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)合并、數(shù)據(jù)輸出、數(shù)據(jù)裁剪模塊。該功能適用于航電、航磁、航放數(shù)據(jù)。

(2)航磁數(shù)據(jù)處理功能[7-10]。它包括日變數(shù)據(jù)預(yù)處理、日變校正、滯后校正、方向差校正、正常場(chǎng)校正、航磁總精度統(tǒng)計(jì)模塊。

(3)航電數(shù)據(jù)處理功能，包括視電阻率轉(zhuǎn)換模塊。

(4)航放數(shù)據(jù)處理功能[8-9]，包括氣壓高度轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)配置、數(shù)據(jù)預(yù)處理、背景消除、含量計(jì)算、比率計(jì)算模塊。

(5)數(shù)據(jù)調(diào)平處理功能。它包括基于測(cè)線數(shù)據(jù)的調(diào)平(一維人機(jī)交互調(diào)平[1]、二維自動(dòng)調(diào)平[2-3])、基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的二維自動(dòng)調(diào)平模塊，適用于航電、航磁、航放數(shù)據(jù)。航磁實(shí)測(cè)切割線數(shù)據(jù)調(diào)平模塊，適用于航磁數(shù)據(jù)。

1.4 模塊開發(fā)

如圖3所示，應(yīng)用功能模塊自上而下的調(diào)用流程為：OM 平臺(tái)菜單-> GX 接口模塊->航空物探應(yīng)用軟件模塊-> OM 開發(fā)庫(kù)模塊(GX API)。在本系統(tǒng)中，開發(fā)的模塊為：GX 接口模塊、航空物探應(yīng)用軟件模塊。

(1)OM 平臺(tái)菜單。在 OM 平臺(tái)上動(dòng)態(tài)加載的菜單，由它調(diào)用 GX 接口模塊。

(2)GX 接口模塊。在 OM 平臺(tái)上開發(fā)的菜單調(diào)用接口模塊，由它調(diào)用航空物探應(yīng)用軟件模塊。

(3)航空物探應(yīng)用軟件模塊。在Visual C++ 6.0 平臺(tái)上開發(fā)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)或可執(zhí)行模塊(EXE)，由它們調(diào)用 OM 平臺(tái)的 GX API 開發(fā)庫(kù)模塊，完成航空物探數(shù)據(jù)處理功能。它是本系統(tǒng)的核心模塊，提供參數(shù)設(shè)置用戶界面和數(shù)據(jù)處理功能。

(4)OM開發(fā)庫(kù)模塊(GX API)。OM 平臺(tái)提供的二次開發(fā)庫(kù)，由它完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)(簡(jiǎn)稱 GDB)的操作和一些基本處理功能(如數(shù)據(jù)濾波、圖形生成與顯示等)。

1.5 軟件編譯

(1)GX 接口模塊由 GX Developer Toolkit 7.3.0 I8 提供的編譯器進(jìn)行編譯。

(2)航空物探應(yīng)用軟件模塊由 Visual C++ 6.0 提供的編譯器進(jìn)行編譯。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig．2 The diagram of system function structure

圖3 軟件功能調(diào)用流程圖Fig．3 The flow chart of system function

1.6 系統(tǒng)集成

圖4為系統(tǒng)集成主界面示意圖。圖2中的功能模塊可以“插件”方式動(dòng)態(tài)加載到 OM 平臺(tái)上，加載的主菜單分別為AGS_Data(數(shù)據(jù)管理)、AGS_Mag(航磁數(shù)據(jù)處理)、AGS_EM(航電數(shù)據(jù)處理)、AGS_Rad(航放數(shù)據(jù)處理)和AGS_Lev(數(shù)據(jù)調(diào)平處理)。各個(gè)主菜單分別由其相應(yīng)的功能子菜單組成。

2 系統(tǒng)特點(diǎn)及主要優(yōu)勢(shì)

本系統(tǒng)具有以下幾個(gè)主要技術(shù)特色。

2.1 剖面平面圖方式的數(shù)據(jù)顯示與處理功能

利用地理信息系統(tǒng)(GIS)的圖層管理模式[4] [5]，以剖面平面圖方式(剖面平面曲線圖、剖面平面顏色漸變圖，分別見圖4的左下、右下界面)動(dòng)態(tài)直觀地顯示和處理測(cè)線數(shù)據(jù)，克服了單一剖面顯示方式不能觀察測(cè)區(qū)整體情況、不能即時(shí)觀察處理效果以及切換測(cè)線的重復(fù)操作而導(dǎo)致處理效率低下等問(wèn)題。此“所見即所得”方式便于數(shù)據(jù)的選擇性處理和人機(jī)交互分析，可極大地提高數(shù)據(jù)處理的質(zhì)量和效率。

2.2 數(shù)據(jù)調(diào)平處理功能

(1)基于測(cè)線數(shù)據(jù)的自動(dòng)二維調(diào)平功能。采用了二維空間移動(dòng)平均濾波和二分法搜索等算法，來(lái)消除零漂、基值不一致對(duì)數(shù)據(jù)造成的影響，以改善成圖質(zhì)量，突出目標(biāo)異常。

(2)基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的自動(dòng)二維調(diào)平功能。采用了規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)運(yùn)算和二維空間褶積濾波等算法，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)調(diào)平處理，消除局部不水平和隨機(jī)噪聲的影響，以改善成圖質(zhì)量，突出目標(biāo)異常。

2.3 數(shù)據(jù)批處理功能

本系統(tǒng)開發(fā)的宗旨是面向生產(chǎn)應(yīng)用。在設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮了航空物探的數(shù)據(jù)特點(diǎn)和生產(chǎn)中用戶提出的需求，實(shí)現(xiàn)了按飛行時(shí)間段或測(cè)量分區(qū)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)批處理功能。可分別保存不同采集系統(tǒng)、不同時(shí)間段的處理參數(shù)，克服了處理參數(shù)輸入的繁雜性和重復(fù)性，大大提高了數(shù)據(jù)處理的效率與質(zhì)量，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

3 應(yīng)用實(shí)例

3.1 航空電磁數(shù)據(jù)處理

圖5為北方某區(qū)域航電數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。圖5(a)為使用視電阻率轉(zhuǎn)換功能對(duì)原始數(shù)據(jù)(固定翼飛機(jī)采集)轉(zhuǎn)換得到的視電阻率，水平不一致和噪聲影響較為嚴(yán)重；圖5(b)為二維自動(dòng)調(diào)平處理后的視電阻率，較好地消除了水平不一致和噪聲的影響，從而使視電阻率的分布特征更加清晰。

圖4 系統(tǒng)集成主界面示意圖Fig．4 The main interface of integrated system

圖5 北方某區(qū)域航電視電阻率處理圖(中頻1563 Hz)Fig．5 The processed map of apparent resistivity from an airborne electromagnetic survey in northern China (1563Hz)(a)原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的視電阻率；(b)二維自動(dòng)調(diào)平后的視電阻率

圖6 南方某區(qū)域航磁數(shù)據(jù)處理圖Fig．6 The processed map of △T from an airborne magnetic survey in southern China(a)原始數(shù)據(jù)；(b)常規(guī)處理結(jié)果；(c)2D自動(dòng)調(diào)平結(jié)果

圖7 南方某區(qū)域航放鈾元素?cái)?shù)據(jù)處理圖Fig．7 The processed map of uranium element from an airborne radioactivity survey in southern China(a)原始鈾計(jì)數(shù)率；(b)常規(guī)處理得到的鈾含量；(c)基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)二維自動(dòng)調(diào)平的鈾含量

3.2 航空磁測(cè)數(shù)據(jù)處理

圖6為南方某區(qū)域航磁數(shù)據(jù)(直升飛機(jī)采集)的處理結(jié)果。圖6(a)為原始數(shù)據(jù)(總場(chǎng)△T)；圖6(b)為常規(guī)處理(日變數(shù)據(jù)預(yù)處理、日變校正、滯后校正、方向差校正和正常場(chǎng)校正)的結(jié)果，從圖中可以看出，數(shù)據(jù)的水平不一致現(xiàn)象和隨機(jī)噪聲干擾較明顯；圖6(c)為先經(jīng)基于測(cè)線數(shù)據(jù)的二維自動(dòng)調(diào)平，再經(jīng)基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)的二維自動(dòng)調(diào)平的結(jié)果，較好地消除了圖6(b)中的水平不一致及隨機(jī)噪聲的影響，清晰地顯示出了異常的特征。

3.3 航空放射性數(shù)據(jù)處理

圖7為南方某區(qū)域航放鈾元素?cái)?shù)據(jù)(直升飛機(jī)采集)的處理結(jié)果。圖7(a)為鈾元素的原始計(jì)數(shù)率；圖7(b)為常規(guī)處理(飛機(jī)本底消除、宇宙本底消除、大氣氡本底消除、康普頓譜剝離、高度衰減影響消除和放射性元素含量計(jì)算)的鈾含量；圖7(c)為基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)二維自動(dòng)調(diào)平的鈾含量，較好地消除了水平不一致及噪聲的影響，使異常形態(tài)更加清晰。

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)可同時(shí)處理航空電磁法、磁法、放射性數(shù)據(jù)，具有集成度高、功能強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、可視化程度高、運(yùn)行效率高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作簡(jiǎn)便、容錯(cuò)性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢(shì)，尤其是剖面平面圖方式的數(shù)據(jù)顯示與處理、數(shù)據(jù)調(diào)平處理、數(shù)據(jù)批處理功能，可極大地提高數(shù)據(jù)處理的效率與質(zhì)量。對(duì)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果表明，所實(shí)現(xiàn)的功能能很好地滿足航空物探的數(shù)據(jù)處理要求。

在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上，可對(duì)功能進(jìn)行逐漸增加和完善，使之成為一套高效適用的集測(cè)線規(guī)劃、質(zhì)量分析、數(shù)據(jù)處理和綜合解釋為一體的航空物探軟件系統(tǒng)，以完成航空物探的一系列工作流程，更好地服務(wù)于生產(chǎn)應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

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