当前位置: 首页 > 中国电业 > 2020年7期 > 水工勘测中物探观测信号的处理

中国电业【2020年第7期】

  • ID:271850
  • 浏览:4341
  • 学科:产业经济
  • 更新时间:2020-07-17 15:16:34
  • 期刊: 中国电业
内容简介
《中国电业》杂志创办于1950年,是全国电力行业创办时间最早、覆盖面最广、影响最大的杂志。杂志以多种形式准确、及时、深刻地反映电力工业的改革和发展,以深度调查和理论探讨形成独到风格,在国际国内及电力行业内外都有较大影响,在电力媒体中长期处于领军位置。

水工勘测中物探观测信号的处理

2020-07-17 15:25:06 产业经济 黄武奎
资料简介

摘要:针对电磁法物探观测信号离散傅里叶变换中信号畸变问题,研究了不同比例窗口对信号分析的影响。研究表明,不同比例的窗口具有不同的信号特征,各有其优缺点。在信号解释中,应首先进行小波分析以消除病态信号,然后根据信号和调查目的选择不同尺度的窗口函数,以准确有效地处理和解释信号。

水工勘测中物探观测信号的处理

黄武奎

湖南五凌电力科技有限公司 湖南长沙 410000

摘要:针对电磁法物探观测信号离散傅里叶变换中信号畸变问题,研究了不同比例窗口对信号分析的影响。研究表明,不同比例的窗口具有不同的信号特征,各有其优缺点。在信号解释中,应首先进行小波分析以消除病态信号,然后根据信号和调查目的选择不同尺度的窗口函数,以准确有效地处理和解释信号。

关键词:水工勘测;物探观测信号;处理

1引言

水文工程和环境地质是决定该地区现代经济建设水平的关键因素。然而,现有的水文地质调查方法难以适用于各种地形条件,这使得恶劣的地质水文环境给工程项目的建设和使用带来了一系列不稳定因素。为了解决这一问题,相关施工人员应在明确水环境地质勘测方法的应用和实践的重要性的前提下,分析各种勘察方法在实践中的效果,以找出其应用和方法,水环境地质调查技术的未来发展方向。这是在该地区现代经济建设背景下,满足科学技术快速稳定发展的重要课题。电磁法物探观测在地下水测量和工程地质测量中起着重要的作用。但是,在观察信号的处理和物理解释中仍然存在一些问题。首先,对于有限持续时间的傅里叶变换引起的频谱泄漏问题,一般的处理方法是时间域信号乘以一个称为“窗口”的窗口函数,以减少频谱泄漏的发生。但是,各种窗口功能具有不同的特性和功能,并产生相应的副作用,使信号失真。目前,一般的做法是选择一个窗口函数,由制造商在下厂前写入程序中,实际的调查和解释人员很少改变,对不同的窗口函数对解释效果的研究很少。其次,从理论上讲,测量信号应该是一个平稳的过程,但是由于环境和传感器噪声等因素的影响,不稳定的碎片经常出现并影响信号质量。傅里叶变换是一种完整的频域分析,它不具有在时域中分析信号质量的能力。

2研究水工环地质调查方法应用实践方向的重要性

当前,中国的水环境地质环境处于矿产资源减少,污染问题严重,科学技术局限以及人员专业素质低下的市场环境中。为了满足各种工程项目的安全稳定要求,有关人员应加强对水环境地质的调查研究,为各种工程施工环境的方案设计提供依据。但是,在水环境地质的实际调查中,由于现代经济发展的背景,工程建设规模,地质,水文和工程环境的复杂性,存在调查方法应用不当的问题。这对调查工作提出了更高的要求。因此,研究人员应对现有的水环境地质调查方法进行实际分析,以明确改善水环境地质调查方法应用的未来方向。这是实现地区现代经济建设可持续发展目标的关键,研究者应予以重视。

3水工环地质调查方法应用的发展趋势研究

3.1 电法勘测技术

电法勘测技术是水力环圈地质调查中最常用的方法。在实践中,采用感应极化法和高密度电法两种方法进行地质调查。其中,高密度电法可以将电剖面技术和电测深技术相结合,因此被应用于野外地质调查。通过分析,布局过程不仅方便,而且在一定程度上减少了设备技术应用故障的发生。

3.2遥感技术

在水文和工程地质勘察过程中,遥感技术可以对水力圈的地质勘察起到指导作用。具体来说,就是利用计算机网络技术来建立具有多种应用特征的模型,以提高地质调查数据采集的方便性和实用性。就是说,使获得的地质数据信息图更加清晰。此外,随着遥感影像空间的不断优化,其光谱分辨率得到了提高。因此,今后在水力环境地质调查中将发挥更加科学合理的作用。

4信号处理效果的影响因素

为了减少傅里叶变换中的频率泄漏,减少失真,提高质量,研究了傅里叶变换中低频部分(1〜1000Hz)的谐波信号。任何时域信号都可以视为不同频率谐波信号的线性组合。单位谐波的理想时长傅里叶变换是频域中的单位脉冲。因此,研究了在采样周期内不同频率的不同窗函数的谐波的离散傅里叶变换,以与理想脉冲进行比较。

结果表明,影响频谱泄漏的因素包括采样时域长度,数字采样间隔,谐波频率和窗函数。频率是影响频谱泄漏的最重要因素之一。随着频率的增加,频谱泄漏的程度减小,也就是说,随着频率的增加,傅里叶变换中的信号失真变小,精度更高,这也是产生高频的原因之一。在低频部分(1〜10Hz),它迅速减小。但是,随着频率的增加,旁瓣幅度减小并趋于稳定,低于10Hz的信号杂质不稳定且不适合使用。

可以看出,窗口功能极大地改善了频谱泄漏。矩形窗的频谱泄漏最为严重,并受较宽的频率范围影响,从而在附近造成严重污染。如果频谱分量很复杂,则很难将其与附近的其他频谱分量区分开,这将导致信号严重失真。巴特窗窗口大大减少了旁瓣并提高了泄漏幅度。然而,不利的影响是主瓣的频率范围变宽,这降低了信号的频率识别精度。汉宁窗的效果比巴特窗有所提高,而主瓣的频率宽度没有增加,这是汉宁窗被广泛采用的原因之一。但是,汉宁窗主瓣的头部图形比巴特窗更圆。换句话说,由于主瓣的频率远离主频率,频谱值下降缓慢,并且主峰值不明显,因此难以准确地定位主频率。卡塞尔窗口旁瓣的幅度已经相当低,可以基本保证正常信号不受影响。然而,信号的主瓣进一步加宽,这使得难以精确地定位主频率。

四种窗口(矩形窗口-巴特窗口-汉宁窗口-凯撒窗口)显示出观察范围逐渐增大,波形细节的观察能力逐渐降低,总体趋势逐渐明显。在任何窗口下都不可能获得信号的理想谱线,但是它仅反映理想谱线的一侧。只有在不同的窗口下观察,才能更全面,准确地解释信号。窗函数是以上四种,如何选择窗函数,应根据现场的地质情况和测量目的,对测量对象的异常有初步的诊断。为了搜索大型含水层并划定大型宏观地质物体的边界,应使用大尺度窗口。为了详细研究或指导工程探索,应对每个波形进行详细研究和解释,并在不同比例的窗口中观察该波形。

由于大地电磁信号源本身的不稳定,外部电磁信号干扰(例如无线通信,相邻的高压传输线,汽车等)以及传感器测量系统自身的噪声,观测信号不可避免地包含不稳定的噪声成分。傅里叶变换是一个完整的频域分析,不具有时域信号分析功能,因此不具有分析和消除不稳定噪声成分的能力。窗口傅里叶变换具有时频分析的能力,但是其窗口大小是固定的,并且不同频率的分析精度是不同的。减少病态信号的阴影传统方法是使用统计处理方法,对傅里叶变换进行分组,然后统计每个频率点的频谱值,并取其数学期望值。这种处理方式的缺点是显而易见的,即所有信号在时域中都没有经过平稳分析,并且统计中涉及一些不稳定和严重的疾病信号,这影响了最终结果的正确性。小波分析克服了传统傅里叶变换和窗口傅里叶变换时频分析的缺点,具有完整的时频分析能力。理想情况下,应该对信号的每个片段进行不同尺度的小波分析,并且在统计分析之前应消除或预处理一些格式错误的信号。

5结论

通过单位谐波信号和实测信号,研究了不同视窗下地球物理观测信号的频谱特性。由于离散傅里叶变换(DFT)在有限的时间内引起的频谱泄漏和信号变形,有必要在信号中添加窗口以改善频谱泄漏,但是窄频波形的细节将丢失。有必要在不同比例的窗口中观察信号,以更全面,准确地解释信号。仅在一个窗口中解释信号是不全面和科学的。同时,为剔除严重病态信号,对信号进行小波分析是必要的。

参考文献

[1]查李平.地质找矿过程中物探工作质量优化研究[J].世界有色金属,2018(16):99-100.

[2]于海龙.新疆煤田地质勘查内容的系统完善探析[J].科技信息,2013(02):406-407.

[3]许海燕,裴琳.水电水利工程岩体检测技术的应用与发展[J].水电站设计,2012,28(01):70-76.

[4]关克然,盖春平,闫连群.新疆煤田地质勘查内容的系统完善探析[J].新疆有色金属,2011,34(01):30-32.

[5]杨天俊,王连福,郑世华.拉西瓦水电站主厂房施工前后围岩类别对比分析[J].西北水电,2008(01):8-10+17.

[6]吴海成.中国物探仪器发展博览——地球物理学会60年发展之见证[J].地球物理学进展,2007(04):1338-1343.