礦物富集區水工環地質勘查綜合信息系統設計與應用

肖浩飛，徐曉璐

（1.長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2.長沙環境保護職業技術學院，湖南 長沙 410000）

水工環地質勘查是一個獲取與研究礦物富集區礦產資源信息的主要手段。一般情況下是將水工環地質勘查信息進行綜合，對礦物富集區進行全面的評價，以其為基礎對礦物富集區的礦產資源開發工程進行規劃，保障礦產資源開發的安全[1]。傳統的水工環地質勘查綜合信息系統存在著信息局部化的缺陷，無法適應現今社會的需求，為此提出礦物富集區水工環地質勘查綜合信息系統設計與應用研究。

1 水工環地質勘查綜合信息系統設計

1.1 水工環地質勘查綜合信息系統總體架構

水工環地質勘查主要指的是水文地質、工程地質與環境地質勘查。其中，水文地質勘查是對地下水信息進行采集與研究[2]。主要是對地下水的規律、分布、物理性質與化學成分等進行勘查，在礦產資源開采的過程中可以對其進行合理的應用，同時也對其不利影響進行預防；工程地質勘查主要是對礦產資源開采過程中涉及的居民與工程建筑進行勘查，對礦區的工程地質進行勘查，可以很好的對礦產資源開采工程進行規劃；環境地質勘查主要是對礦物富集區的環境進行勘查，包括礦山周邊的城市、土壤、天氣等環境因素，可以為礦產資源開發的安全提供保障。

1.2 水工環地質勘查綜合信息系統硬件設計

水工環地質勘查綜合信息系統硬件設計主要包括采集卡、傳感器、適配器以及上位機。

根據水工環地質勘查綜合信息系統的需求，選擇采集頻率為15M的采集卡對信息進行采集，該頻率下的采集卡可以完整的對信息進行采集，通常情況下，其信息采集完整度可以達到95%，可以很好的為水工環地質勘查綜合信息系統提供信息支撐。

傳感器主要是對采集的水工環地質勘查信息進行傳輸。水工環地質勘查工作環境比較復雜，因此，對傳感器的要求較高，傳感器選擇時要滿足體積小、靈敏度高的特性，還要具有防風、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部的零件進行保護，采用密封圈對傳感器的內外部進行隔離，可以防止灰塵等雜物進入傳感器內部，除此之外，密封圈還可以對傳感器起到緩沖、保護作用，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地質勘查信息進行傳輸。

適配器在水工環地質勘查綜合信息系統有著至關重要的作用，其主要是對硬件之間的連接進行適配，對系統的穩定進行保障。根據系統的需求，采用的是差分結構，具備極強的抗干擾性能。因此，選擇BISS協議適配器作為水工環地質勘查綜合信息系統硬件連接的適配器，可以加大的提升系統的效率。

水工環地質勘查綜合信息系統中，為了保障勘查信息的準確性，需要對水工環地質勘查信息采集、處理與傳輸過程進行實時的監控，同時對處理過程中的參數進行相應的設定。由西門子公司生產的WED上位機性能更好，具體表現在三個方面：一是多功能。WED上位機使用范圍較廣，支持多種語言使用，其可以與軟件程序完美的結合。同時WED上位機操作簡單、有效，具有極強的擴展性，為系統提供更加豐富的資源；二是自動化程度高?？梢钥焖俚膶崿F系統硬件之間的適配，提高系統的整體效率；三是具有豐富的附加件。

通過上述過程完成了水工環地質勘查綜合信息系統硬件的設計，為下述水工環地質勘查信息的綜合提供硬件支撐。

1.3 水工環地質勘查綜合信息系統軟件設計

水工環地質勘查綜合信息系統軟件設計主要包括水工環地質勘查信息采集模塊、水工環地質勘查信息處理模塊與水工環地質勘查信息綜合模塊。

節水增糧行動項目旨在提高農田灌溉水的利用效率，提升糧食綜合生產能力，改善生態環境。項目建成后，要加強用水定額管理，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）發取水許可證時采用最新用水定額，科學核定許可水量。

水工環地質勘查信息采集模塊主要是對水工環地質勘查信息進行采集。該方法具備極強的靈活性，可以實現勘查信息的快速讀取，同時還具備極高的準確性。采集卡采集的水工環地質勘查信息為：

其中，xn表示的是第n個水工環地質勘查信息。

Direct方法水工環地質勘查信息讀取過程如表1所示。

表1 水工環地質勘查信息讀取過程表

通過上述過程實現了水工環地質勘查信息的采集，為下述水工環地質勘查信息的處理提供數據支撐。

水工環地質勘查信息處理模塊主要是為水工環地質勘查信息綜合做準備，為了勘查信息綜合的完整性對采集的水工環地質勘查信息進行相應的處理。處理過程如下所示。

首先將上述采集的水工環地質勘查信息進行轉換，使其變換為格式統一的信息，這樣有便于后續處理，轉換公式為：

然后利用傅里葉方法對勘查信息的特征量進行提取，具體過程為：

其中，β表示的是計算參數。

通過上述過程得到了水工環地質勘查信息特征量集合，為下述水工環地質勘查信息綜合的實現提供數據支撐。信息綜合模塊主要是以上述得到的水工環地質勘查信息特征量集合為依據，對其進行綜合，為礦產資源開發提供數據支持。依據勘查信息的特征量對勘查信息進行分類，分類結果如下所示：

其中，m表示的是類別個數。

根據礦物富集區水工環地質勘查綜合信息系統的具體要求對上述勘查信息進行歸納、整理與綜合，得到：

通過上述系統硬件與軟件的設計，實現了水工環地質勘查綜合信息系統的運行，并對礦物富集區水工環地質勘查信息進行了綜合，為礦產資源的開發提供完完善的數據支撐。

2 水工環地質勘查綜合信息系統性能分析

上述實現了水工環地質勘查綜合信息系統的設計，并證明了該系統的可行性。但是對于該系統的性能還需要進一步探索與研究。所以，設計仿真實驗對系統的性能進行全面的分析。本文主要采用對比實驗進行性能分析，主要應用的是設計的水工環地質勘查綜合信息系統與傳統的水工環地質勘查綜合信息系統進行實驗，對實驗結果進行比較分析。

設定實驗過程中水工環地質勘查信息共有10000個，兩個系統包含的水工環地質勘查信息情況如表2所示。

表2 水工環地質勘查信息情況對比表

水工環地質勘查綜合信息系統信息完整度的計算公式為：

其中，q表示的是系統包含的勘查信息個數；q0表示的是水工環地質勘查信息的總個數。

則兩個系統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，設計的水工環地質勘查綜合信息系統的信息完整度明顯的高于傳統系統，經過計算得到，設計系統的信息完整度平均值比傳統系統高出31%，充分說明設計的水工環地質勘查綜合信息系統具備更好的性能。

3 結語

設計的水工環地質勘查綜合信息系統極大的提升了信息的完整度，可以為礦產資源的開發提供更加豐富的數據支撐，更加有力的保障礦產資源開發的安全。但是在實驗過程中由于干擾因素的影響，會對實驗結果產生一定的影響，需要對該系統進行進一步的研究與分析。