CN114002747B - 地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法及系统，首先获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；其次对于任一探测点，基于电流发射源的发射状态，确定任一探测点处的磁总场数据时间序列中与发射状态对应的多个阶跃响应片段；然后基于多个阶跃响应片段，确定电流发射源激发条件下任一探测点处的磁场值；最后基于各探测点处的磁场值，确定待探测区域对应的地下地质体的电阻率。该方法能够减少环境中存在的交变电磁场噪声干扰，且磁总场数据时间序列不会受线圈姿态误差的影响，提高了探测结果的准确性和可靠性。而且，也不需要接收器有较高的时间采样率，降低了电路设计的复杂性。
Description
技术领域
本发明是关于地球物理勘探技术领域，特别是关于一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法及系统。
背景技术
磁电阻率法(magnetometric resistivity method，MMR)是通过两点间由人工引入非感应电流(通常为直流电流或者低频交流电流)，在地表测量其激发的磁场，并依此磁场的变化规律，达到解决地下水流动路径、地下管线、找矿等工程地质问题的一种地球物理电磁勘探方法。
在地形强烈起伏、植被覆盖的地区，地面通行条件较差，难以开展常规的电法、电磁法勘探工作。因此目前相关学者提出了半航空电磁探测方法，即将电磁发射源放置于地面，让无人机等航空器搭载感应线圈在空中飞行，快速测量较大范围内地质体产生的电磁响应信号。目前的半航空电磁勘探方法存在如下缺点：
(1)感应线圈测量的是磁通量的时间变化率(dB/dt)，较易受到环境中存在的交变电磁场噪声干扰；
(2)航空器通常在其下方悬挂水平感应线圈，测量dB/dt的垂直分量。但是感应线圈在飞行中必然会发生旋转、摆动，导致观测数据中包含有线圈姿态误差，且难以计算和消除，给观测数据的正确分析和解释带来了困难；
(3)使用交变电磁信号的电磁探测方法，需要发射源与接收器之间有较精确的时间同步，还需要接收器有较高的时间采样率，因此电路设计较为复杂。
基于此，现急需提供一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法及系统，其能够减少环境中存在的交变电磁场噪声干扰，且磁总场数据时间序列不会受线圈姿态误差的影响，提高了探测结果的准确性和可靠性。而且，也不需要接收器有较高的时间采样率，降低了电路设计的复杂性。
本发明的另一目的在于降低航空器的重量，进而减少航空器的功耗，使航空器留空和续航时间，且保证挂载的磁总场探测装置对航空器的重心影响更小，使航空器的飞行更加稳定和安全。
为实现上述目的，本发明提供了一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，包括：
获取地面待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；
对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；
基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；
基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。
在本发明的一实施方式中，所述电流发射源包括正电极、负电极以及电源，所述正电极与所述负电极均布设于所述待探测区域内或者所述待探测区域的周边预设范围内；
所述正电极与所述电源的正极连接，所述负电极与所述电源的负极连接；
所述电源用于产生正负双极性方波波形的电流信号。
在本发明的一实施方式中，所述电流发射源包括第一电流发射源和第二电流发射源；
所述第一电流发射源的正电极布设于所述待探测区域的一侧，所述第一电流发射源的负电极布设于远离所述待探测区域的一侧的第一位置；
所述第二电流发射源的负电极布设于所述待探测区域的另一侧，所述第二电流发射源的正电极布设于远离所述待探测区域的另一侧的第二位置。
在本发明的一实施方式中，所述磁总场数据时间序列由挂载在航空器上的磁总场探测装置探测得到；
相应地，所述基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段，具体包括：
确定所述电流发射源的电流发射频率以及所述航空器的飞行速度；
基于所述电流发射频率以及所述飞行速度，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中的目标磁总场数据时间序列；
基于所述发射状态，确定所述目标磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段。
在本发明的一实施方式中，所述发射状态包括发射正极性方波波形的第一电流以及发射负极性方波波形的第二电流；
相应地，所述基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值，具体包括：
将所述第二电流对应的阶跃响应片段中的阶跃响应取反，得到目标阶跃响应片段；
将所述第一电流对应的阶跃响应片段与所述目标阶跃响应片段中的阶跃响应进行叠加，得到平均阶跃响应时间序列；
计算所述平均阶跃响应时间序列中目标宽度的时间窗内的阶跃响应的平均值，将所述平均值作为所述磁场值。
在本发明的一实施方式中，所述基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段，之前还包括：
滤除所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中各时刻的磁总场数据的固定频率噪声以及低频分量。
在本发明的一实施方式中，所述基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率，之后还包括：
基于所述地质体的电阻率，确定所述地质体的类型；
所述地质体的类型至少包括矿脉、断裂带、破碎带、溶洞以及地下水。
本发明提供了一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测系统，包括：地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置、电流发射源以及挂载在航空器上的磁总场探测装置，所述电流发射源以及所述磁总场探测装置均与所述地质体电阻率探测装置连接；
所述地质体电阻率探测装置用于执行上述所述的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法；
所述电流发射源用于发射正负双极性方波波形的电流信号；
所述磁总场探测装置用于对空中各探测点处的磁总场数据时间序列进行探测。
本发明提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法的步骤。
本发明提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法的步骤。
与现有技术相比，根据本发明的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法及系统，首先获取地面待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；其次对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；然后基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；最后基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。该方法能够减少环境中存在的交变电磁场噪声干扰，且磁总场数据时间序列不会受线圈姿态误差的影响，提高了探测结果的准确性和可靠性。而且，也不需要接收器有较高的时间采样率，降低了电路设计的复杂性。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法的流程示意图；
图2是根据本发明一实施方式的电流发射源的布设位置示意图；
图3是根据本发明一实施方式的破碎带由地下电流产生的静态磁场值示意图；
图4是根据本发明一实施方式的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置的结构示意图；
图5是根据本发明一实施方式的地面发射空中接收的地质体电阻率探测系统的结构示意图；
图6是根据本发明一实施方式的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1是本发明实施例中提供的一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S1，获取地面待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；
S2，对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；
S3，基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；
S4，基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。
具体地，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，其执行主体为服务器，该服务器可以是本地服务器，也可以是云端服务器，本地服务器具体可以是计算机、平板电脑以及智能手机等，本发明实施例中对此不作具体限定。
首先执行步骤S1，首先获取地面待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列。其中，电流发射源用于为地面上待探测区域的大地提供正负双极性方波波形的电流信号，以使待探测区域产生低频磁场，便于获取空中各探测点处的磁总场数据时间序列。电流发射源可以设置于待探测区域内或者待探测区域的周边预设范围内，电流发射源的数量可以为一个或多个，可以根据需要进行选择，本发明实施例中对此不作具体限定。
待探测区域是指需要确定其对应的地下地质体的电阻率的地面区域，空中可以设置有多个探测点，各探测点可以均匀分布在待探测区域对应的空中区域。
磁总场数据时间序列是指按照时间顺序排列的磁总场数据，磁总场数据时间序列可以通过挂载在航空器上的磁总场探测装置探测得到。航空器可以包括无人机、直升机以及固定翼飞机等，磁总场探测装置可以包括三轴磁通门、光泵磁力仪、三分量超导量子干涉磁力仪以及质子磁力仪等。本发明实施例中，空中各探测点为磁总场探测装置在空中的运行轨迹中的各个点。
在电流发射源发射电流信号的同时，航空器在空中飞行，即可在飞行过程中通过磁总场探测装置得到磁总场数据时间序列。在采用三分量超导量子干涉磁力仪作为磁总场探测装置时，三分量超导量子干涉磁力仪测量可以得到三分量数据，即三个正交方向上的磁感应强度数据，三分量数据平方和再开平方即可得到磁总场数据时间序列。本发明实施例中，电流发射源与磁总场探测装置通过GPS时钟同步。
在此过程中，还可以通过航空器上的全球定位系统(Global PositioningSystem，GPS)记录各探测点的位置及途径时刻。
然后执行步骤S2，对于待探测区域内的任一探测点，即任何一个探测点，也即每一个探测点，根据电流发射源的发射状态，可以确定出该任一探测点处的磁总场数据时间序列中与发射状态对应的多个阶跃响应片段。电流发射源的发射状态可以包括发射正极性方波波形的第一电流信号以及发射负极性方波波形的第二电流信号，相应地可以确定出该任一探测点处的磁总场数据时间序列中第一电流信号对应的阶跃响应片段以及第二电流信号对应的阶跃响应片段。第一电流信号对应的阶跃响应片段是指待探测区域对第一电流信号的阶跃响应的时间片段，第二电流信号对应的阶跃响应片段是指待探测区域对第二电流信号的阶跃响应的时间片段。第一电流信号对应的阶跃响应片段与第二电流信号对应的阶跃响应片段的数量均可以为多个，本发明实施例中对此不作具体限定。
需要说明的是，待探测区域对第一电流信号的阶跃响应即电流发射源发射第一电流信号的时间段对应的磁总场数据，待探测区域对第二电流信号的阶跃响应即电流发射源发射第二电流信号的时间段对应的磁总场数据。
然后执行步骤S3，结合多个阶跃响应片段，可以确定电流发射源激发条件下任一探测点处的磁场值，该磁场值即为地下的地质体对电流发射源的磁场响应。
最后执行步骤S4，根据空中各探测点处的磁场值，可以确定出待探测区域对应的地下地质体的电阻率。本发明实施例中，可以根据空中各探测点处的磁场值进行反演，进而得到待探测区域对应的地下地质体的电阻率的三维空间分布。
本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，首先获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；其次对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；然后基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；最后基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。该方法能够减少环境中存在的交变电磁场噪声干扰，且磁总场数据时间序列不会受线圈姿态误差的影响，提高了探测结果的准确性和可靠性。而且，也不需要接收器有较高的时间采样率，降低了电路设计的复杂性。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中，在确定任一探测点处的磁场值之后，还可以基于各探测点处的磁场值，进行反演成像，得到更精细的地下磁场分布图像，便于用户更直观地对空中磁场分布情况进行掌握。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，所述电流发射源包括正电极、负电极以及电源，所述正电极与所述负电极均布设于所述待探测区域内或者所述待探测区域的周边预设范围内；
所述正电极与所述电源的正极连接，所述负电极与所述电源的负极连接；
所述电源用于产生正负双极性方波波形的电流信号。
具体地，本发明实施例中的电流发射源可以包括正电极、负电极以及电源，正电极与负电极均布设于待探测区域内或者待探测区域的周边预设范围内。正电极与电源的正极通过电缆连接，负电极与电源的负极通过电缆连接，正电极、正电极与负电极之间的大地区域、负电极以及电源直接可以形成闭合回路。该电源可以产生正负双极性方波波形的电流信号，以保证电流发射源可以为待探测区域的大地提供正负双极性方波波形的电流信号。
本发明实施例中，给出了电流发射源的具体结构，可以保证电流发射源实时为待探测区域的大地提供正负双极性方波波形的电流信号，进而保证待探测区域内各探测点处的磁场值的探测可行性。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，所述电流发射源包括第一电流发射源和第二电流发射源；
所述第一电流发射源的正电极布设于所述待探测区域的一侧，所述第一电流发射源的负电极布设于远离所述待探测区域的一侧的第一位置；
所述第二电流发射源的负电极布设于所述待探测区域的另一侧，所述第二电流发射源的正电极布设于远离所述待探测区域的另一侧的第二位置。
具体地，本发明实施例中，电流发射源的数量可以为2个，即包括第一电流发射源和第二电流发射源，第一电流发射源和第二电流发射源均包含有正电极、负电极以及电源。
第一电流发射源的正电极布设于待探测区域的一侧，第一电流发射源的负电极布设于远离待探测区域的一侧的第一位置，该第一位置可以是待探测区域的一侧的无穷远处的等效位置。
第二电流发射源的负电极布设于待探测区域的另一侧，第二电流发射源的正电极布设于远离待探测区域的另一侧的第二位置，该第二位置可以是待探测区域的另一侧的无穷远处的等效位置。
如图2所示，待探测区域为山体2，对山体2中的破碎带21进行探测，可在A处布设第一电流发射源的正电极，在B处布设第二电流发射源的负电极。第一电流发射源以及第二电流发射源中的电源均按照某一基频以正负双极性方波波形向电缆和山体地下输入一定幅度的电流信号。
当第一电流发射源提供电流信号时，挂载在航空器上的磁总场探测装置在待探测区域上方的空中沿测线接收磁总场数据，得到第一组数据；当第二电流发射源提供电流信号时，在同样的测线位置重复接收一遍磁总场数据，得到第二组数据。两组数据经后续处理分别得到两组磁场值，将两组磁场值叠加，可以得到等效于在A、B直接布设正、负电极的磁场值。
本发明实施例中，可以在待探测区域引入两个电流发射源，通过重复发射和观测等效了跨山体供电，大大降低了在山区布线的难度。
现有技术中，为了测得可靠的dB/dt数据，感应线圈用多匝金属回线增加等效面积，重量较重，造成航空器飞行续航时间短的问题。
为此，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，所述磁总场数据时间序列由挂载在航空器上的磁总场探测装置探测得到；
相应地，所述基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段，具体包括：
确定所述电流发射源的电流发射频率以及所述航空器的飞行速度；
基于所述电流发射频率以及所述飞行速度，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中的目标磁总场数据时间序列；
基于所述发射状态，确定所述目标磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段。
具体地，本发明实施例中采用的磁总场探测装置可以包括三轴磁通门、光泵磁力仪、三分量超导量子干涉磁力仪以及质子磁力仪等。磁总场探测装置的质量比线圈式接收器更轻，在航空器功耗不变的条件下，有更长的留空和续航时间，且挂载在航空器上的磁总场探测装置对航空器重心影响更小，使航空器飞行更加稳定和安全。
在通过电流发射源的发射状态，确定任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段时，可以先确定电流发射源的电流发射频率以及航空器的飞行速度。发射信号频率表示单位时间(通常为1s)内电流发射源在任一探测点发射的双极性方波的数量，航空器的飞行速度是指单位时间(通常为1s)内航空器飞过的距离。
由于航空器到达探测点后不悬停测量，而是连续飞行测量，为了得到精确近似于悬停测量，需要采集探测点附近测量得到的磁总场数据，这便需要1)提高电流发射频率，使测得相同双极性方波个数的时间缩短，即航空器越过测点的距离缩短；或者2)降低航空器的飞行速度。其中，电流发射频率与飞行器的飞行速度可根据实际需要进行设置，本发明实施例中对此不作具体限定。
根据电流发射频率以及飞行速度，即可确定任一探测点处的磁总场数据时间序列中的目标磁总场数据时间序列，该目标磁总场数据时间序列即为探测点附近测量得到的磁总场数据按时间顺序排列的结果。
最后，根据发射状态，确定出目标磁总场数据时间序列中与发射状态对应的多个阶跃响应片段。
本发明实施例中，在确定多个阶跃响应片段时，可以先确定目标磁总场数据时间序列，可以使任一探测点处的磁场值更加准确。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，所述发射状态包括发射正极性方波波形的第一电流信号以及发射负极性方波波形的第二电流信号；
相应地，所述基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值，具体包括：
将所述第二电流信号对应的阶跃响应片段中的阶跃响应取反，得到目标阶跃响应片段；
将所述第一电流信号对应的阶跃响应片段与所述目标阶跃响应片段中的阶跃响应进行叠加，得到平均阶跃响应时间序列；
计算所述平均阶跃响应时间序列中目标宽度的时间窗内的阶跃响应的平均值，将所述平均值作为所述磁场值。
具体地，本发明实施例中，电流发射源的发射状态可以包括发射正极性方波波形的第一电流信号以及发射负极性方波波形的第二电流信号。相应地，多个阶跃响应片段包括第一电流信号对应的阶跃响应片段以及第二电流信号对应的阶跃响应片段。因此在根据多个阶跃响应片段，确定任一探测点处的磁场值时，可以先将第二电流信号对应的阶跃响应片段中的阶跃响应取反，得到目标阶跃响应片段，然后将第一电流信号对应的阶跃响应片段与目标阶跃响应片段中的阶跃响应进行叠加，得到平均阶跃响应时间序列。
最后，计算平均阶跃响应时间序列中目标宽度的时间窗内的阶跃响应的平均值，将该平均值作为任一探测点处的磁场值。其中，目标宽度可以根据需要进行设定，一般可以在平均阶跃响应时间序列的晚期中选择目标宽度的时间窗。该晚期是相对概念，根据实际情况可以有不同的定义，一般指阶跃响应对电磁场扰动产生的电磁感应信号已经消散，仅剩下稳恒场所产生的电场或磁场。该晚期的具体取值取决于很多因素，比如方波基频、大地电导率等。例如，如果电流发射频率小于2.5Hz，阶跃响应对应的时间段为0.0001s到0.1s，则晚期可以选取0.01s到0.1s。
本发明实施例中，在平均阶跃响应时间序列的晚期中选择目标宽度的时间窗，得到的任一探测点处的磁场值可以等效于稳恒电流源激发条件下的稳恒磁场响应。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，所述基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段，之前还包括：
滤除所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中各时刻的磁总场数据的固定频率噪声以及低频分量。
具体地，本发明实施例中，在确定任一探测点处的磁总场数据时间序列之后，还可以先滤除数据中的固定频率噪声以及低频分量，然后进行应用，如此可以进一步保证任一探测点处的磁场值的准确性。
其中，可以通过经验模态分解、无限脉冲响应数字滤波器等滤波方法滤除固定频率噪声，固定频率噪声可以包括工频噪声等。还可以通过卡尔曼滤波、最小二乘法和包络提取等方法滤除低频分量，低频分量可以包括运动噪声等。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，所述基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率，之后还包括：
基于所述地质体的电阻率，确定所述地质体的类型；
所述地质体的类型至少包括矿脉、断裂带、破碎带、溶洞以及地下水。
具体地，本发明实施例中，由于低电阻率物体更易于汇集较大的电流，因此低电阻率物体周围的磁场更强，如图3所示。在确定出空中各探测点处的磁场值之后，还可以根据各探测点处的磁场值确定待探测区域对应的地下地质体的类型，可以方便快速地寻找到矿脉、断层(断裂带)、破碎带、溶洞、地下水等地质体。图3中仅示出了电流发射源激发条件下破碎带(Fracture zone)处的稳恒磁场的MMR异常在平面上的分布，磁场值的单位为nT。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，对于待探测区域，可以更换电流发射源或者航空器的位置，进行多次探测，以实现对探测区域内不同位置和走向目标体的全方位覆盖。
综上所述，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，具体如下优点：
(1)观测效率高。与常规地面发射地面接收相比的磁电阻率法相比，航空器在空中接收可以在短时间内覆盖大面积区域，并且到达地面难以通行的山区和植被覆盖区域。遇到地面不易布设电缆的区域，还可以使用多次山体一侧发射与数据处理相结合，等效跨山体两侧供电，这样电缆就不必越过或绕过山体，有效减少设备布设时间。
(2)观测精度高。本方法测量数据为稳恒条件下的磁总场。磁总场不因传感器的转动发生改变，因此受姿态误差影响低；且如果测量磁总场，还可以使用精度较高的磁总场探测装置，例如磁总场磁力仪、光泵等。而且，观测对象为稳恒条件下的磁场，不易受到环境中复杂的交变电磁场和航空器电磁干扰，也比较容易通过简单的数据处理得到高精度的数据。
(3)起飞重量轻。磁总场探测装置一般质量比线圈式接收器更轻，在航空器功耗不变的条件下，有更长的留空和续航时间，且吊挂的传感器对飞行器重心影响更小，飞行更加稳定和安全。
本发明实施例中，针对于待探测区域为陆地区域的情况，采用航空器挂载磁总场探测装置，当在水上勘探时，还可以使用船舶搭载磁总场探测装置实现大面积快速扫描。
如图4所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，用以执行上述方法类实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法。
地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置可以包括：
获取模块41，用以获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；
第一确定模块42，用以对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；
第二确定模块43，用以基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；
探测模块44，用于基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，所述电流发射源包括正电极、负电极以及电源，所述正电极与所述负电极均布设于所述待探测区域内或者所述待探测区域的周边预设范围内；
所述正电极与所述电源的正极连接，所述负电极与所述电源的负极连接；
所述电源用于产生正负双极性方波波形的电流信号。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，所述电流发射源包括第一电流发射源和第二电流发射源；
所述第一电流发射源的正电极布设于所述待探测区域的一侧，所述第一电流发射源的负电极布设于远离所述待探测区域的一侧的第一位置；
所述第二电流发射源的负电极布设于所述待探测区域的另一侧，所述第二电流发射源的正电极布设于远离所述待探测区域的另一侧的第二位置。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，所述磁总场数据时间序列由挂载在航空器上的磁总场探测装置探测得到；
相应地，所述第一确定模块，具体用以：
确定所述电流发射源的电流发射频率以及所述航空器的飞行速度；
基于所述电流发射频率以及所述飞行速度，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中的目标磁总场数据时间序列；
基于所述发射状态，确定所述目标磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，所述发射状态包括发射正极性方波波形的第一电流信号以及发射负极性方波波形的第二电流信号；
相应地，所述第二确定模块，具体用以：
将所述第二电流信号对应的阶跃响应片段中的阶跃响应取反，得到目标阶跃响应片段；
将所述第一电流信号对应的阶跃响应片段与所述目标阶跃响应片段中的阶跃响应进行叠加，得到平均阶跃响应时间序列；
计算所述平均阶跃响应时间序列中目标宽度的时间窗内的阶跃响应的平均值，将所述平均值作为所述磁场值。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，还包括滤除模块，用以：
滤除所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中各时刻的磁总场数据的固定频率噪声以及低频分量。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置，还包括第三确定模块，用以：
基于所述地质体的电阻率，确定所述地质体的类型；
所述地质体的类型至少包括矿脉、断裂带、破碎带、溶洞以及地下水。
如图5所示，在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供了一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测系统，包括：地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置51、电流发射源52以及挂载在航空器上的磁总场探测装置53，所述电流发射源52以及所述磁总场探测装置53均与所述地质体电阻率探测装置51连接；本发明实施例中，电流发射源与磁总场探测装置通过GPS时钟同步。
所述地质体电阻率探测装置51用于执行上述各方法类实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法；
所述电流发射源52用于发射正负双极性方波波形的电流信号；
所述磁总场探测装置53用于对待探测区域内各探测点处的磁总场数据时间序列进行探测。
图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行上述各实施例中提供的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，该方法包括：获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各实施例中提供的基于磁电阻率法的地质探测方法，该方法包括：获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例中提供的基于磁电阻率法的地质探测方法，该方法包括：获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，其特征在于，包括：
获取地面待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；
对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；
基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；
基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率；
其中，所述电流发射源包括正电极、负电极以及电源，所述正电极与所述负电极均布设于所述待探测区域内或者所述待探测区域的周边预设范围内；
所述正电极与所述电源的正极连接，所述负电极与所述电源的负极连接；
所述电源用于产生正负双极性方波波形的电流信号；
其中，所述磁总场数据时间序列由挂载在航空器上的磁总场探测装置探测得到；
相应地，所述基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段，具体包括：
确定所述电流发射源的电流发射频率以及所述航空器的飞行速度；
基于所述电流发射频率以及所述飞行速度，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中的目标磁总场数据时间序列；
基于所述发射状态，确定所述目标磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；
其中，所述发射状态包括发射正极性方波波形的第一电流信号以及发射负极性方波波形的第二电流信号；
相应地，所述基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值，具体包括：
将所述第二电流信号对应的阶跃响应片段中的阶跃响应取反，得到目标阶跃响应片段；
将所述第一电流信号对应的阶跃响应片段与所述目标阶跃响应片段中的阶跃响应进行叠加，得到平均阶跃响应时间序列；
计算所述平均阶跃响应时间序列中目标宽度的时间窗内的阶跃响应的平均值，将所述平均值作为所述磁场值。
2.如权利要求1所述的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，其特征在于，所述电流发射源包括第一电流发射源和第二电流发射源；
所述第一电流发射源的正电极布设于所述待探测区域的一侧，所述第一电流发射源的负电极布设于远离所述待探测区域的一侧的第一位置；
所述第二电流发射源的负电极布设于所述待探测区域的另一侧，所述第二电流发射源的正电极布设于远离所述待探测区域的另一侧的第二位置。
3.如权利要求1-2中任一项所述的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，其特征在于，所述基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段，之前还包括：
滤除所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中各时刻的磁总场数据的固定频率噪声以及低频分量。
4.如权利要求1-2中任一项所述的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法，其特征在于，所述基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率，之后还包括：
基于所述地质体的电阻率，确定所述地质体的类型；
所述地质体的类型至少包括矿脉、断裂带、破碎带、溶洞以及地下水。
5.一种地面发射空中接收的地质体电阻率探测系统，其特征在于，包括：地面发射空中接收的地质体电阻率探测装置、电流发射源以及挂载在航空器上的磁总场探测装置，所述电流发射源以及所述磁总场探测装置均与所述地质体电阻率探测装置连接；
所述地质体电阻率探测装置用于执行如权利要求1-4中任一项所述的地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法；
所述电流发射源用于发射正负双极性方波波形的电流信号；
所述磁总场探测装置用于对空中各探测点处的磁总场数据时间序列进行探测；
其中，所述电流发射源包括正电极、负电极以及电源，所述正电极与所述负电极均布设于所述待探测区域内或者所述待探测区域的周边预设范围内，所述正电极与所述电源的正极连接，所述负电极与所述电源的负极连接，且所述电源用于产生正负双极性方波波形的电流信号；
其中，所述地质体电阻率探测装置包括：
获取模块，用以获取待探测区域内布设电流发射源后空中各探测点处的磁总场数据时间序列；
第一确定模块，用以对于任一探测点，基于所述电流发射源的发射状态，确定所述任一探测点处的磁总场数据时间序列中与所述发射状态对应的多个阶跃响应片段；
第二确定模块，用以基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值；
探测模块，用于基于各探测点处的磁场值，确定所述待探测区域对应的地下地质体的电阻率；
其中，所述发射状态包括发射正极性方波波形的第一电流信号以及发射负极性方波波形的第二电流信号；
相应地，所述基于所述多个阶跃响应片段，确定所述电流发射源激发条件下所述任一探测点处的磁场值，具体包括：
将所述第二电流信号对应的阶跃响应片段中的阶跃响应取反，得到目标阶跃响应片段；
将所述第一电流信号对应的阶跃响应片段与所述目标阶跃响应片段中的阶跃响应进行叠加，得到平均阶跃响应时间序列；
计算所述平均阶跃响应时间序列中目标宽度的时间窗内的阶跃响应的平均值，将所述平均值作为所述磁场值。
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述地面发射空中接收的地质体电阻率探测方法的步骤。
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