一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统与方法技术方案

本发明专利技术属于隧洞探测及检测技术领域，具体为一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统与方法，该隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统包括隧洞信号发射系统、地空信号采集系统和数据成像解译系统，传统瞬变电磁装置，施工效率更高，操作更加简易，对电性异常区深度的判定更准确，可为隧洞施工维护的全阶段提供更全面、丰富的瞬变电磁数据，满足安全生产的需求，实现了高效、便捷、易操作的地面数据采集工作，具有高密度、全面性的特点，可适应沙漠、沼泽、高海拔山区等工作难以展开的地质地形复杂地区，增强了采集数据的质量，提高了物探工作的效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统与方法


[0001]本专利技术涉及隧洞探测及检测
，具体为一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统与方法。

技术介绍

[0002]在隧洞施工、运维的全阶段，渗漏水问题是威胁工程安全、降低隧洞使用寿命的关键因素，因此查明隧洞上覆地层富水区的空间位置及含水体量以便及时制定养护维修策略，对保障隧洞运营安全至关重要。瞬变电磁法由于施工效率高、对低阻体敏感，在实际中发射接收同侧的反射装置应用较多。地面大定源瞬变电磁法具有探测深度大、分辨率高的特点，但在西南岩溶大石山区，地表起伏较大的峰丛洼地导致发射线圈形状不规则，后期成果难以解释，并且密集的植被覆盖物对物探人员的现场工作也极具挑战。隧洞小线圈瞬变电磁装置施工效率好高，操作简便，通常是隧洞超前探及仰拱探测的首选，但受限于接收和发射线圈的互感现象，导致探测结果存在一定的浅层盲区。文献《岩溶隧道勘察接地源半航空瞬变电磁三维响应规律研究》提及利半航空瞬变电磁探测方法将长导线发射源布设于地面，发射阶跃脉冲电流激发瞬变电磁信号，使用载重无人机在空中吊载接收线圈来接收瞬变电磁二次场信号的一种半航空瞬变电磁法，目前该方法正反演理论并不成熟，在实际中应用较少。
[0003]总之，现有瞬变电磁探测面相的装置类型还是发射与接收同侧的反射装置，在特定区域应用时存在一定弊端。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统与方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统，该隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统包括隧洞信号发射系统、地空信号采集系统和数据成像解译系统；所述隧洞信号发射系统包括发射机、发射线圈、控制站；所述地空信号采集系统包括载重无人机、接收线圈、控制站；所述数据成像解译系统安装于控制站内。
[0006]优选的，所述发射机为可发射大电流的高功率发射机，内置时钟模块。
[0007]优选的，所述发射线圈为新型零磁通线圈，关断时间短，可承载大磁矩信号。
[0008]优选的，所述载重无人机内置接收机模块、GPS模块和通用分组无线服务(GPRS)模块，接收机模块内置时钟模块、采集记录器模。
[0009]优选的，所述接收线圈由优质铜线制成，可绕制多匝，外部由刚性塑料套管包裹，内部置有姿态测量装置。
[0010]一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测方法，该隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测的方法具体步骤流程如下：
[0011]步骤一、测网布置：
[0012]根据隧洞工程资料，获取隧洞在地面垂直投影的大地坐标，沿隧洞中轴线方向长度作为测网X方向长度，将中轴线在地面投影的最高点高程H
m
的两倍作为测网Y方向长度，在测网范围内根据勘探要求精度布置发射点及数据采集点，发射测线布置于隧洞中轴线，按间距a依次布置s个发射点，按顺序编号为A1、A2……
As，原则上发射线框中心点距a≤50m；数据采集测线垂直于隧洞中轴线位于发射点地面投影正上方，并沿中轴线方向向两侧扩展n条测线，按顺序编号为L1、L2……
L
n
，原则上测线线距b≤25m；每条测线布置m个数据采集点，按顺序编号为P1、P2……
P
m
，原则上点距c≤25m；
[0013]步骤二、系统布置与数据采集：
[0014]将发射机与接收机通过时钟模块进行时间同步后，在隧洞中将发射线圈与发射机接口连接，发射一定频率的电磁波信号，将接收线圈悬吊于无人机下方，通过数据线与无人机内置接收机连接；具体数据采集顺序如下：
[0015]①
针对发射点A1，通过控制站控制载重无人机按录入A1发射点的待测区域L1‑
L
n
测线上所有测点大地坐标M(L,B,H)，按顺序飞行至每个测点正上方一定高度进行数据采集，每个测点数据采集需待接收线圈水平稳定后，接收机接收电磁场信号ε
z
′
，同步记录GPS高程和时间以及姿态测量装置的偏航角α和俯仰角β，并通过GPRS实时传送至控制站存储；以上过程完成了1个发射点所对应的全部采集点的电磁波数据；
[0016]②
移动发射点至A2，按
①
数据采集方式采集A2所对应观测区域所有测点的电磁波数据；以此类推，依次采集所有测点的瞬变电磁二次场数据；
[0017]步骤三、数据处理与成像：
[0018]通过地形图拾取的测点在地面投影高程及GPS定位系统测得载重无人机的高程，获得载重无人机离地距离，进而求取所有测点到接收线圈中心的距离，以确定收发距，消除地形起伏影响，再根据接收线圈姿态信息，对采集数据进行姿态矫正，其矫正公式为：
[0019]H
Z
＝H
z
′
/cosαcosβ
[0020]将姿态矫正后的数据H
Z
，利用数据成像解译系统进行运动噪声去除、数据叠加、数据抽道、以及剖面数据平滑等处理后，通过专业软件转化成视电阻率数据，获取不同层位的视电阻率图像，并分析电磁波响应特征。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术基于现有地面和隧洞瞬变电磁法探测能力的不足，针对我国西南部岩溶山区，提出一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统与方法，旨在降低成本、提升物探工作的效率、提高探测结果的准确性，满足隧洞稳定、安全运行的需求；
[0023]1)本专利技术相比于传统瞬变电磁装置，施工效率更高，操作更加简易；
[0024]2)本专利技术采用隧洞发射地空接收的“透射”工作模式，针对隧洞上覆岩层形成了电磁场透视观测方式，数据解析成像结果较现有瞬变电磁探测在纵向上有更高的分辨率，尤其是对电性异常区深度的判定更准确；
[0025]3)本专利技术中实际探测区域远大于隧洞施工影响区域，可为隧洞施工维护的全阶段提供更全面、丰富的瞬变电磁数据，满足安全生产的需求；
[0026]4)本专利技术中利用载重无人机实现了高效、便捷、易操作的地面数据采集工作，具有高密度、全面性的特点，可适应沙漠、沼泽、高海拔山区等工作难以展开的地质地形复杂地
区，增强了采集数据的质量，提高了物探工作的效率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术观测方法立体示意图；
[0028]图2为本专利技术测线、测点平面投影示意图；
[0029]图3
‑
6为本专利技术模拟正常模型XZ切面瞬变电磁场快照图；
[0030]图7
‑
11为本专利技术模拟近区含水模型XZ切面瞬变电磁场快照图；
[0031]图12
‑
16为本专利技术模拟远区含水模型XZ切面瞬变电磁场快照图；
[0032]图17
‑
18为本专利技术模拟局部富水模型的瞬变场响应特征曲线图。
[0033]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统，其特征在于，该隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统包括隧洞信号发射系统、地空信号采集系统和数据成像解译系统；所述隧洞信号发射系统包括发射机(4)、发射线圈(5)、控制站(11)；所述地空信号采集系统包括载重无人机(10)、接收线圈(8)、控制站(11)；所述数据成像解译系统安装于控制站(11)内。2.根据权利要求1所述的一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统，其特征在于：所述发射机(4)为可发射大电流的高功率发射机，内置时钟模块。3.根据权利要求1所述的一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统，其特征在于：所述发射线圈(5)为新型零磁通线圈，关断时间短，可承载大磁矩信号。4.根据权利要求1所述的一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统，其特征在于：所述载重无人机(10)内置接收机模块、GPS模块和通用分组无线服务(GPRS)模块，接收机模块内置时钟模块、采集记录器模。5.根据权利要求1所述的一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测系统，其特征在于：所述接收线圈(8)由优质铜线制成，可绕制多匝，外部由刚性塑料套管包裹，内部置有姿态测量装置。6.一种隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测方法，其特征在于，该隧洞发射空中接收的瞬变电磁探测的方法具体步骤流程如下：步骤一、测网布置：根据隧洞(3)工程资料，获取隧洞(3)在地面垂直投影的大地坐标，沿隧洞(3)中轴线方向长度作为测网X方向长度，将中轴线在地面投影的最高点高程H
m
的两倍作为测网Y方向长度，在测网范围内根据勘探要求精度布置发射点及数据采集点，发射测线(1)布置于隧洞(3)中轴线，按间距a依次布置s个发射点，按顺序编号为A1、A2……
As，原则上发射线框中心点距a≤50m；数据采集测线(1)垂直于隧洞(3)中轴线位于发射点地面投影正上方，并沿中轴线方向向两侧扩展n条测线(1)，按顺序编号为L1、L2……
L
n
，原则上测线(...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐虎，仇健，江晓益，胡晓明，熊志福，谭磊，江树海，梁东辉，刘福达，俞炯奇，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：