EH4电磁成像系统数据处理方法改进及在隧道探测中的应用分析

胡明杰

摘要：随着我国城镇化建设的不断发展，隧道施工项目越来越多，为了提高施工效率，许多施工单位开始采用更加先进的数据处理分析技术。其中EH4电磁成像系统数据处理技术的应用最为广泛。本文对EH4电磁成像系统数据处理的在隧道探测中的具体应用方法以及相关的改进技术进行了详细的阐述与分析。

关键词：隧道探测；数据处理；EH4电磁成像

EH4电磁成像系统数据处理技术在实际应用中普遍存在处理流程封闭、局限性大以及去噪手段单一等方面的问题。同时，在数据处理过程中一定程度上会受到噪声以及干扰等方面因素的影响，降低数据分析结果的可信度。虽然可以采用延长观测时间、提高发射功率以及增加叠加次数等手段对干扰进行控制，然而在强干扰噪声的控制方面还缺乏深入的研究，本文对以上方面的问题提出相关的解决建议。

一、EH4电磁成像系统概述

（一）大地电磁测深基本理论

由于不同地质条件下的电性存在明显的差异，可以采用对平次电磁场的响应差异来对地下电阻率进行计算，对地下地质情况进行推演。所涉及到的声源包含人工场源与天然场源两种。

大地电磁测深工作在操作理论上以平面电磁波为基础。由于变化的磁场与变化的电场无法单独存在，二者之间有着十分密切的联系，变化磁场与自由电荷能够激发出电场，变化的电场与稳定的电流也能够产生相应的磁场，在某一特定的空间中，变化的磁场能够激发出涡旋电场，同时涡旋磁场也能够在变化电场的作用下被激发出来。

高频大地电磁法的荼频率范围为101～105Hz，该状态下相比于传导电流来说，导电介质中的电流非常小，因此，导电介质中所存在的电流可以忽略不计。经实验研究发现，EH4电磁成像技术所涉及到的个线极化波包含TE波与IM波两种。其中TM波指是与电磁波传播方面相同的电场分量，该分量方面垂直于电磁波方面。TE波指的是与电磁波传播方面相同的磁场分量，该分量垂直于电磁波方向。通常情况下我们将这两种波称为E偏振波与H偏振波。

（二） EH4电磁成像系统

EH4电磁成像系统是一种高分辨率、便携式的混合源电磁法仪器，能够对两种场源数据进行高精确度的采集。在高频模式中，以天然场信号不强的条件下，可以用人工场源来代替天然场信号。在具体的操作过程中，可以交错使用高低频磁挥拳来探测不同深度的地质体。

（三） EH4数据处理

1. FFT时频转换

EH4数据处理工作的第一步就是时频转换，通过该技术能够将Y文件调整为频率域文件。时间序列中含有大量的组数据，每组由Hx（t）、Ey（t）、Hy（t）与Ex（t）四部分数据所构成，数据组在类型上包含三种，不同种类所处理的数据类型各不相同。

由于大地电磁信号在采集时间上没有任何的限制，需要进行加窗處理，避免出现截断效应。再完成离散FFT变换操作后，能够获取2048个离散频段数据。

2.功率谱估算

依照信号分析理论的有关内容，可以采用频谱计算的方式醚对功率谱进行计算。为了对估算过程中可能存在的各种误差进行控制，需要根据频率平滑与总体平滑来完成原始功率谱的平滑估算工作。

3.阻抗张量估算

阻抗文件中包含阻抗、相关度、相位以及电阻率等方面的数据，阻抗张量要素能够体现出大地电磁场与介质电性分布之间的关系，表面阻坑张量要素能够体现出阻抗相位与视电阻率两个方面的数据。设计人员可以通过最小二乘法对相关数据进行估算，所使用的具体理论为通过理论值与测量值之间的最小残差和对抗张量要素进行计算。

二、EH4时间哉非平稳数据的剔除

本次实验研究纳入的平稳性概念，对于一级平稳数据来说，该数据的统计一定需要建立再正常抽样的基础之一，在一定统计范围内其统计学特征是不断变化的，相应地在一定范围内其方差值也是不断变化的。

由于EH4在数据样本的采集环节中可能会受到环境噪声与观测噪声等因素的干扰，一定程度上会出现时间域数据不平稳的问题，通过对初始数据进行FFT变换处理，能够得到Y文件，而在这一处理过程中所采用的数据必须是平稳数据，这就需要对所需要的初始数据进行处理，经过处理之后的数据可能会存在数值被扩大的问题，因此，需要采用平稳性检测的方式对时间哉数据的平稳性进行严格的检测。

本次实验研究所采用的检测方法为游和检测法，部分情况下也被称为边检验法，该检测方法不需要各种实验参数进行支持，在检测技术上，该检测方法与轮次法基本相同。游程检法的优势主要体现在平稳性效果优良，能够提高数据质量。

在EH4检验过程中，部分操作人员同可以会利用IMAGEM 软件来删除跳点，对非平稳点进行简单的支除处理，然而这种去除方法可能会引发遗漏数据以及误删等方面的问题，因此不提倡使用这种数据处理方法。本文重点介绍小波分析法。

小波分析法是建立在调和分析、样条分析、Fourier分析与泛涵分析基础之间的重要分析工具，部分情况下也被称为多分辨分析。该分析方法的应用范围比较广泛。由于该分析方法在空间频率与时间频率方面对于信号能够进行多尺度的分析，在去噪声方面有着比较突出的应用优势，在非平稳信号的处理方面也能够得到比较好的处理结果。

参考文献：

[1]吴楠.EH4电磁成像系统数据处理方法改进及在隧道探测中的应用研究[D].东华理工大学，2014，06（13）：28-29.

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[3]刘洋.高频大地电磁法在隧道勘察与探测中的应用研究[D].西南交通大学，2011，07（19）：15-16.