核磁共振隧道涌水探测数据处理软件设计

【摘要】隧道工程数量增多造成隧道涌水事故量增大，不仅影响施工进度，且造成巨大的财产损失，有的还造成有人员伤亡。核磁共振隧道涌水探测仪器可以探测到隧道顶板、底板、侧壁和掌子面前方的水体，仪器采集的数据通过隧道涌水探测数据处理软件进行消噪处理，反演解释得到水体的准确位置和含水量大小，指导施工工程，避免涌水事故发生。水中氢质子的含量很高且具有顺磁性，核磁共振探测方法主要是利用通电线圈产生的激发场来激发地下水中的这些氢质子，使其吸收能量跃迁到高能级，撤去激发场后，此时氢质子释放电磁波后回到低能级，采用接收线圈接收氢质子释放的电磁波，即MRS信号，对接收信号进行消噪后，提取特征参数，最终给出反演解释和相应的水文地质参数。本论文基于国家重大仪器设备专项——灾害水源（矿井/隧道）核磁共振探测仪器装备研制与应用，在地面核磁共振数据处理软件基础上，配合隧道涌水探测仪器，设计了隧道核磁共振探测数据处理软件。本文研究了核磁共振隧道涌水探测数据处理软件中的两种新的消噪方法，分参数设置自适应消噪和最小二乘滑动平均消噪，建立模型仿真，并采用实测数据进行消噪处理，证明了这两种方法的有效性。设计了核磁共振隧道涌水探测数据处理软件，软件主要包括四个模块：正演模块，核函数计算模块，数据消噪模块和反演解释模块。正演部分包括含水层假设模型参数的设置，核函数的导入以及正演结果的显示，为野外实验提供指导；核函数计算，主要针对隧道情况，接收线圈和发射线分离情况下核函数的计算，包括当地参数的设置，核函数计算结果显示以及文件的导出保存；数据消噪部分包括叠加和数字滤波，叠加方法包括阈值叠加、加权叠加和统计叠加，数字滤波包括三角形权值滑动平均、最小二乘滑动平均、自适应陷波、低通滤波和小波消噪，几种消噪方法的联合使用对于压制野外实验数据噪声有明显效果，提高了数据的信噪比，增强了反演解释的可靠性；反演解释模块包括数据的导入，核函数的导入，反演解释结果的显示，包括信号曲线、含水量柱状图、激发脉冲距与信号幅值关系曲线、激发脉冲距与频率关系曲线、激发脉冲距与初始相位关系曲线及激发脉冲距与衰减时间关系曲线几个部分，给出了相对完善丰富的反演解释结果。完成了各模块相应软件界面设计，并应用该软件对探测数据进行消噪反演解释，验证软件的可靠性和适用性。
【作者】杨楠；
【导师】孙淑琴；王应吉；
【作者基本信息】吉林大学，电力电子与电力传动，2014，硕士
【关键词】核磁共振；隧道涌水；数据处理；软件设计；混合编程；

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