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

胡明杰

摘要：隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷發(fā)展，隧道施工項目越來越多，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EH4電磁成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的在隧道探測中的具體應(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；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，在數(shù)據(jù)處理過程中一定程度上會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。雖然可以采用延長觀測時間、提高發(fā)射功率以及增加疊加次數(shù)等手段對干擾進(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，可以采用對平次電磁場的響應(yīng)差異來對地下電阻率進(jìn)行計算，對地下地質(zhì)情況進(jìn)行推演。所涉及到的聲源包含人工場源與天然場源兩種。

大地電磁測深工作在操作理論上以平面電磁波為基礎(chǔ)。由于變化的磁場與變化的電場無法單獨存在，二者之間有著十分密切的聯(lián)系，變化磁場與自由電荷能夠激發(fā)出電場，變化的電場與穩(wěn)定的電流也能夠產(chǎn)生相應(yīng)的磁場，在某一特定的空間中，變化的磁場能夠激發(fā)出渦旋電場，同時渦旋磁場也能夠在變化電場的作用下被激發(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。經(jīng)實驗研究發(fā)現(xiàn)，EH4電磁成像技術(shù)所涉及到的個線極化波包含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，以天然場信號不強(qiáng)的條件下，可以用人工場源來代替天然場信號。在具體的操作過程中，可以交錯使用高低頻磁揮拳來探測不同深度的地質(zhì)體。

（三） EH4數(shù)據(jù)處理

1. FFT時頻轉(zhuǎn)換

EH4數(shù)據(jù)處理工作的第一步就是時頻轉(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。

由于大地電磁信號在采集時間上沒有任何的限制，需要進(jìn)行加窗處理，避免出現(xiàn)截斷效應(yīng)。再完成離散FFT變換操作后，能夠獲取2048個離散頻段數(shù)據(jù)。

2.功率譜估算

依照信號分析理論的有關(guān)內(nèi)容，可以采用頻譜計算的方式醚對功率譜進(jìn)行計算。為了對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方面的數(shù)據(jù)。設(shè)計人員可以通過最小二乘法對相關(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量值之間的最小殘差和對抗張量要素進(jìn)行計算。

二、EH4時間哉非平穩(wěn)數(shù)據(jù)的剔除

本次實驗研究納入的平穩(wěn)性概念，對于一級平穩(wěn)數(shù)據(jù)來說，該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計一定需要建立再正常抽樣的基礎(chǔ)之一，在一定統(tǒng)計范圍內(nèi)其統(tǒng)計學(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)中可能會受到環(huán)境噪聲與觀測噪聲等因素的干擾，一定程度上會出現(xiàn)時間域數(shù)據(jù)不平穩(wěn)的問題，通過對初始數(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)可能會存在數(shù)值被擴(kuò)大的問題，因此，需要采用平穩(wěn)性檢測的方式對時間哉數(shù)據(jù)的平穩(wěn)性進(jìn)行嚴(yán)格的檢測。

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

在EH4檢驗過程中，部分操作人員同可以會利用IMAGEM 軟件來刪除跳點，對非平穩(wěn)點進(jìn)行簡單的支除處理，然而這種去除方法可能會引發(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間頻率方面對于信號能夠進(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，在非平穩(wěn)信號的處理方面也能夠得到比較好的處理結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳楠.EH4電磁成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法改進(jìn)及在隧道探測中的應(yīng)用研究[D].東華理工大學(xué)，2014，06（13）：28-29.

[2]魏士俊.EH4高頻大地電磁測深法在隧道勘察中的應(yīng)用研究[D].成都理工大學(xué)，2013，02（16）：22-23.

[3]劉洋.高頻大地電磁法在隧道勘察與探測中的應(yīng)用研究[D].西南交通大學(xué)，2011，07（19）：15-16.