一种电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法及系统与流程

频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。
13.作为本发明优选的实施方式，在识别所述第二电场-频率散点图是否存在脱节点时，还包括：
14.若是，则进一步判断所述第二电场-频率散点图中的脱节点是否超过了阈值，若否，则认为完成电磁干扰的抑制，若是，则继续通过干扰抑制重新获取数据，直至完成所述电磁干扰的抑制。
15.作为本发明优选的实施方式，在对每个频率进行重复数据采集时，包括：
16.预设第一采样数、第二采样数、第一频段值以及第二频段值；
17.判断所述采样频段中的每个频率处于所述第一频段值或所述第二频段值；
18.若处于所述第一频段值，则根据所述第一采样数对所述频率进行重复数据采集；
19.若处于所述第二频段值，则根据所述第二采样数对所述频率进行重复数据采集。
20.作为本发明优选的实施方式，在根据所述电磁频率电流归一化电场获得所述脱节点的受电磁干扰的程度时，包括：
21.获取每一所述脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，根据所有所述脱节点的均方差值得到所述脱节点的总均方根相对差；
22.获取每一所述非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，根据所有所述非脱节点的均方差值得到所述非脱节点的总均方根相对差；
23.获取所述脱节点的总均方根相对差与所述非脱节点的总均方根相对差间的差值；
24.其中，所述差值代表所述脱节点的受电磁干扰的程度。
25.作为本发明优选的实施方式，在获取所述脱节点和所述非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差时，包括：
26.根据所述脱节点和所述非脱节点采集得到的电流归一化电场，以及所述脱节点和所述非脱节点各次测量电流归一化电场的均值，得到所述脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，具体如公式1所示：
[0027][0028]
式中，e
i,j
为频点i第j次采集得到的电流归一化电场，为频点i各次测量电流归一化电场的均值。
[0029]
作为本发明优选的实施方式，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0030]
根据所述第一数据集的获取区域，确定一更接近场源的区域开展电场数据采集，提高采集到的数据的信噪比，抑制电磁干扰。
[0031]
作为本发明优选的实施方式，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0032]
设置频点的初始电场值，根据每次测量数据与初始电场值的差异获取所述每次测量数据的滤波系数；
[0033]
根据所述每次测量数据的滤波系数迭代更新所述初始电场值，得到相对更接近真实电场值的数据。
[0034]
作为本发明优选的实施方式，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0035]
通过加入所述第一数据集周边频点的数据信息，进行干扰估值滤波，具体如公式2
所示：
[0036][0037]
式中，n为参与滤波计算的频点数，m(i)为每个频点重复测量电场的次数，w
i,j
为滤波系数，e
i,j
为第i个频点第j次的测量电场。
[0038]
作为本发明优选的实施方式，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0039]
确定对所述第一数据集造成电磁干扰的干扰源，获取所述干扰源的主方向，通过垂直于所述干扰源的主方向对每个频率进行重复数据采集，抑制所述干扰源的电磁干扰。
[0040]
一种电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制系统，包括：
[0041]
采集单元：用于对采样频段中的每个频率进行重复数据采集，得到第一数据集，根据所述第一数据集得到第一电场-频率散点图；
[0042]
识别单元：用于识别所述第一电场-频率散点图中是否存在脱节点，若是，则从所述第一电场-频率散点图中找到脱节点；
[0043]
干扰程度获取单元：用于获取所述脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场，并根据所述电磁频率电流归一化电场获得所述脱节点的受电磁干扰的程度；
[0044]
干扰抑制单元：用于判断所述受电磁干扰的程度是否超过了阈值，若是，则通过干扰抑制重新获取数据，得到第二数据集，根据所述第二数据集得到第二电场-频率散点图，观察所述第二电场-频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。
[0045]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0046]
(1)本发明所提出的电磁干扰的识别方法能帮助技术人员更有效地判别出采集到的数据是否收到干扰，从而进一步判断数据是否属于有效数据，并通过相应的干扰抑制方法重新获得数据，保证数据的有效性；
[0047]
(2)本发明通过在更接近场源的区域开展电场数据采集，从而更有效地提高信噪比，抑制电磁干扰，相较于传统加大发射电流能获得更有效的数据；
[0048]
(3)本发明提出一种干扰估算滤波的技术，相较于传统多次重复测量平均的抑制电磁干扰技术，能得到相对更接近真实电场值的数据；
[0049]
(4)本发明提出垂直于干扰源的主方向进行重复数据采集，从而使得采集到的数据能经受较强的电磁干扰。
[0050]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
[0051]
图1-是本发明实施例的山西某地严重电磁干扰电场数据图；
[0052]
图2-是本发明实施例的山西某地轻微电磁干扰电场数据图；
[0053]
图3-是本发明实施例的安徽某地工区1测点与高压线位置关系图；
[0054]
图4-是本发明实施例的安徽某地工区1与高压线不同位置关系实测电场图；
[0055]
图5-是本发明实施例的安徽某地工区2与高压线不同位置关系实测电场图；
[0056]
图6是本发明实施例的山西某地严重电磁干扰电场数据的干扰抑制效果图；
[0057]
图7是本发明实施例的山西某地轻微电磁干扰电场数据的干扰抑制效果图；
[0058]
图8是本发明实施例的安徽某地工区2电磁干扰严重测点的干扰抑制效果图；
[0059]
图9是本发明实施例的mn电极与高压线夹角19度和71度下的电场数据图；
[0060]
图10是本发明实施例的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法的步骤图。
具体实施方式
[0061]
本发明所提供的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，如图10所示，包括以下步骤：
[0062]
步骤s1：对采样频段中的每个频率进行重复数据采集，得到第一数据集，根据第一数据集得到第一电场-频率散点图；
[0063]
步骤s2：识别第一电场-频率散点图中是否存在脱节点，若是，则从第一电场-频率散点图中找到脱节点；
[0064]
步骤s3：获取脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场，并根据电磁频率电流归一化电场获得脱节点的受电磁干扰的程度；
[0065]
步骤s4：判断受电磁干扰的程度是否超过了阈值，若是，则通过干扰抑制重新获取数据，得到第二数据集，根据第二数据集得到第二电场-频率散点图，观察第二电场-频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。
[0066]
在上述步骤s4中，在识别第二电场-频率散点图是否存在脱节点时，还包括：
[0067]
若是，则进一步判断第二电场-频率散点图中的脱节点是否超过了阈值，若否，则认为完成电磁干扰的抑制，若是，则继续通过干扰抑制重新获取数据，直至完成电磁干扰的抑制。
[0068]
在上述步骤s1中，在对每个频率进行重复数据采集时，包括：
[0069]
预设第一采样数、第二采样数、第一频段值以及第二频段值；
[0070]
判断采样频段中的每个频率处于第一频段值或第二频段值；
[0071]
若处于第一频段值，则根据第一采样数对频率进行重复数据采集；
[0072]
若处于第二频段值，则根据第二采样数对频率进行重复数据采集。
[0073]
在上述步骤s3中，在根据电磁频率电流归一化电场获得脱节点的受电磁干扰的程度时，包括：
[0074]
获取每一脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，根据所有脱节点的均方差值得到脱节点的总均方根相对差；
[0075]
获取每一非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，根据所有非脱节点的均方差值得到非脱节点的总均方根相对差；
[0076]
获取脱节点的总均方根相对差与非脱节点的总均方根相对差的差值；
[0077]
其中，差值代表脱节点的受电磁干扰的程度。
[0078]
进一步地，在获取脱节点和非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差时，包括：
[0079]
根据脱节点和非脱节点采集得到的电流归一化电场，以及脱节点和非脱节点各次测量电流归一化电场的均值，得到脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，具体如公式1所示：
[0080][0081]
式中，e
i,j
为频点i第j次采集得到的电流归一化电场，为频点i各次测量电流归一化电场的均值。
[0082]
在上述步骤s4中，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0083]
根据第一数据集的获取区域，确定一更接近场源的区域开展电场数据采集，提高采集到的数据的信噪比，抑制电磁干扰。
[0084]
在上述步骤s4中，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0085]
设置频点的初始电场值，根据每次测量数据与初始电场值的差异获取每次测量数据的滤波系数；
[0086]
根据每次测量数据的滤波系数迭代更新初始电场值，得到相对更接近真实电场值的数据。
[0087]
在上述步骤s4中，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0088]
通过加入第一数据集周边频点的数据信息，进行干扰估值滤波，具体如公
[0089]
式2所示：
[0090][0091]
式中，n为参与滤波计算的频点数，m(i)为每个频点重复测量电场的次数，w
i,j
为滤波系数，e
i,j
为第i个频点第j次的测量电场。
[0092]
在上述步骤s4中，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：
[0093]
确定对第一数据集造成电磁干扰的干扰源，获取干扰源的主方向，通过垂直于干扰源的主方向对每个频率进行重复数据采集，抑制干扰源的电磁干扰。
[0094]
具体地，大地表面上电偶极产生的电磁场随电偶矩idx的增大而增强，随发射-接收(ab-mn)间距离的增大而减弱，以电场为例，有也就是增大发射电流(

背景技术：
中的加大场源ab极距)不如减小发射-接收间距离更有效果，因此本发明在尽量接近场源的区域开展电场数据采集，从而更有效地提高信噪比，抑制电磁干扰。
[0095]
针对背景技术中的“多次采集数据的后期处理”的现有方法，本发明提出一种干扰估算滤波的技术，该干扰估算滤波基于2个基本设想：
[0096]
一是每个频点多次重复测量的电场数据信噪比是不同的，但总有一个真实电场值。因此通过设置频点初始电场值，根据每次测量数据与初始电场值的差异求取每次测量数据的滤波系数，迭代更新初始电场值，得到相对更接近真实电场值的数据。
[0097]
二是每个频点的电场值与它接近的其它频点电场具有连续性和相关性，通过在滤波处理中加入周边频点的数据信息，从而得到相对更接近真实电场值的数据，具体如上述公式2所示。
[0098]
本发明所提供的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制系统，包括：采集单元、识别单元、干扰程度获取单元以及干扰抑制单元。采集单元用于对采样频段中的每个频率进
行重复数据采集，得到第一数据集，根据第一数据集得到第一电场-频率散点图。识别单元用于识别第一电场-频率散点图中是否存在脱节点，若是，则从第一电场-频率散点图中找到脱节点。干扰程度获取单元用于获取脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场，并根据电磁频率电流归一化电场获得脱节点的受电磁干扰的程度。干扰抑制单元用于判断受电磁干扰的程度是否超过了阈值，若是，则通过干扰抑制重新获取数据，得到第二数据集，根据第二数据集得到第二电场-频率散点图，观察第二电场-频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。
[0099]
以下的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的范围并不限制于此。
[0100]
实施例1(干扰的识别)
[0101]
图1是山西某地严重电磁干扰电场数据图，测量数据涵盖了0.625～8192hz共56个频率的数据。每个频率都进行了重复数据采集，低频段由于信噪比高，重复次数较少，高频段信噪比低，重复次数高，最高达30次。该测点位于高压线和天然气管道(内有泄漏检测的光纤传感器)间，距离20～40m，由图1可看出，频率450hz以上的数据基本受电磁干扰(其中448、1280、3072、3584、6144、7160受干扰最严重)，50hz附近两个频率的数据受电磁干扰严重。
[0102]
图2是山西某地轻微电磁干扰电场数据图，图中表现为单频点48、448、1280、2048hz受电磁干扰影响。总体上看，频率电磁测深电场数据受电磁干扰的影响表现为数据明显高于不受干扰的数据，受干扰影响严重的数据表现为连续频点数据高于正常数据，从图2中可看到有明显的脱节点。
[0103]
为了进一步验证上述特征，对安徽某地工区1的电磁频率测深数据进行了分析。图3是安徽某地工区1测点与高压线位置关系图，由图3可看出，4820线4510点mn电极与高压线近于平行，4820线4650点mn电极位于高压线交叉点附近，5380线4550点和4690点的mn电极与高压线近于垂直。
[0104]
图4是安徽某地工区1与高压线不同位置关系实测电场图，图4中4820线4510点重复观测的电场受高压线干扰，在高频段较为分散，但仍可以看出电场曲线的变化规律。4820线4650点重复观测电场受交叉分布高压线干扰，在整个频段都较为分散，甚至影响了电场变化曲线规律。接收电场的mn电极近于垂直高压线的5380线4550点和4690点，重复观测电场数据较为集中，基本不受高压线的干扰影响。
[0105]
图5是安徽某地工区2与高压线不同位置关系实测电场图，图中与高压线夹角44
°
的电场数据在频率高于10hz时严重分散，在1000hz附近电场数据高低频脱节，不能正常反应地层的特征。而与高压线近于垂直的电场数据不存在脱节现象，尽管离高压线40米的2040线2350点电场也较为分散。
[0106]
为了用均方根相对差rms评价数据的离散程度，也间接可以反应出数据受干扰的程度，对于均方根相对差rms可以用上述公式1进行计算。表1是4820线4510点各频点电场均方根相对差表，表2是5380线4550点各频点电场均方根相对差表，由表1和表2可看出，同一工区4820线4510点电流归一化电场总均方根相对差为24.3％、5380线4550点为14.3％，受高压线引起的电磁干扰影响数据的总均方根相对差明显增大。
[0107]
表1 4820线4510点各频点电场均方根相对差表
[0108][0109]
表2 5380线4550点各频点电场均方根相对差表
[0110][0111]
表3安徽某地2个工区不同条件下电场均方根相对差表
[0112]
[0113]
表3是安徽某地2个工区不同条件下电场均方根相对差表，对表3和上述图4、图5进行分析后，可以得出以下结论：
[0114]
(1)高压线及光纤等线状电磁干扰源主要干扰影响测量电极与线状电磁干扰源不垂直测点的电场，如mn电极近于平行高压线的电场比近于垂直高压线的电场受干扰影响大；
[0115]
(2)高压线对电磁测深数据大干扰的频率主要集中在大于等于48hz(仪器最接近工频的频率)，对低频数据大干扰较小，也就是对深部探测影响小；
[0116]
(3)在仅测量电场振幅的电磁频率测深勘探中，电磁干扰表现为多次测量得到的电场数据分散，数据中心向高值偏移，也就是受干扰电场数据明显大于正常数据，造成电场-频率曲线向上脱节。
[0117]
实施例2(干扰的抑制)
[0118]
图6是山西某地严重电磁干扰电场数据的干扰抑制效果图，图7是山西某地轻微电磁干扰电场数据的干扰抑制效果图，由图6和图7可看出，现有技术的多次平均和中值滤波得到的抑制结果都不理想。图6和图7中采用的干扰估算滤波为选择加权滤波系数进行滤波，由图中可看出，50hz工频干扰基本得到抑制，高频数据尽管仍受干扰，但曲线较为圆滑，能基本反映数据本身的特性。
[0119]
图8是安徽某地工区2电磁干扰严重测点(2800线2550点)的干扰抑制效果图，由图8中可看出，采用本发明的干扰估算滤波得到的电场曲线更为合理。为了评价不同处理方法得到的数据特性，这里对几个简单特性进行了比较，平均值、普通滤波、干扰估算滤波得到的各频率电场的总和分别为2.213595975、1.659077978、1.519917929μv
·
m-1
·
a-1
，标准差分别为0.070、0.039、0.028μv
·
m-1
·
a-1
。由上述数据可知，采用本发明的干扰估算滤波结果数值较小，电场-频率曲线更为平滑，符合抑制明显大于正常数据的电磁干扰数据的预期。
[0120]
在传统csamt勘探或者广域电磁ab-ex勘探中，电场的测量方向受发射场源ab方向的限制，测量电场方向(如ex)与已知高压线、电话线、光纤平行，数据经受较强的电磁干扰，通过灵活地测量垂直干扰源主方向的水平电场可以达到抑制电磁干扰的目的。图9(左)是mn电极与高压线夹角19度的电场(ey方向)数据图，图9(右)是mn电极与高压线夹角71度的电场(ex方向)数据图。由图9可看出，左图重复测量数据较右图分散，受电磁干扰影响严重。若能垂直高压线测量，受高压线干扰的影响会更小。由图3和图4也能看到mn电极垂直高压线、电话线、光纤等线状电磁干扰源抑制电磁干扰的效果。
[0121]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

技术特征：
1.一种电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：对采样频段中的每个频率进行重复数据采集，得到第一数据集，根据所述第一数据集得到第一电场-频率散点图；识别所述第一电场-频率散点图中是否存在脱节点，若是，则从所述第一电场-频率散点图中找到脱节点；获取所述脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场，并根据所述电磁频率电流归一化电场获得所述脱节点的受电磁干扰的程度；判断所述受电磁干扰的程度是否超过了阈值，若是，则通过干扰抑制重新获取数据，得到第二数据集，根据所述第二数据集得到第二电场-频率散点图，观察所述第二电场-频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。2.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在识别所述第二电场-频率散点图是否存在脱节点时，还包括：若是，则进一步判断所述第二电场-频率散点图中的脱节点是否超过了阈值，若否，则认为完成电磁干扰的抑制，若是，则继续通过干扰抑制重新获取数据，直至完成所述电磁干扰的抑制。3.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在对每个频率进行重复数据采集时，包括：预设第一采样数、第二采样数、第一频段值以及第二频段值；判断所述采样频段中的每个频率处于所述第一频段值或所述第二频段值；若处于所述第一频段值，则根据所述第一采样数对所述频率进行重复数据采集；若处于所述第二频段值，则根据所述第二采样数对所述频率进行重复数据采集。4.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在根据所述电磁频率电流归一化电场获得所述脱节点的受电磁干扰的程度时，包括：获取每一所述脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，根据所有所述脱节点的均方差值得到所述脱节点的总均方根相对差；获取每一所述非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，根据所有所述非脱节点的均方差值得到所述非脱节点的总均方根相对差；获取所述脱节点的总均方根相对差与所述非脱节点的总均方根相对差间的差值；其中，所述差值代表所述脱节点的受电磁干扰的程度。5.根据权利要求4所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在获取所述脱节点和所述非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差时，包括：根据所述脱节点和所述非脱节点采集得到的电流归一化电场，以及所述脱节点和所述非脱节点各次测量电流归一化电场的均值，得到所述脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场的均方根相对差，具体如公式1所示：式中，e
i,j
为频点i第j次采集得到的电流归一化电场，为频点i各次测量电流归一化电场的均值。
6.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：根据所述第一数据集的获取区域，确定一更接近场源的区域开展电场数据采集，提高采集到的数据的信噪比，抑制电磁干扰。7.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：设置频点的初始电场值，根据每次测量数据与初始电场值的差异获取所述每次测量数据的滤波系数；根据所述每次测量数据的滤波系数迭代更新所述初始电场值，得到相对更接近真实电场值的数据。8.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：通过加入所述第一数据集周边频点的数据信息，进行干扰估值滤波，具体如公式2所示：式中，n为参与滤波计算的频点数，m(i)为每个频点重复测量电场的次数，w
i,j
为滤波系数，e
i,j
为第i个频点第j次的测量电场。9.根据权利要求1所述的电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法，其特征在于，在通过干扰抑制重新获取数据时，包括：确定对所述第一数据集造成电磁干扰的干扰源，获取所述干扰源的主方向，通过垂直于所述干扰源的主方向对每个频率进行重复数据采集，抑制所述干扰源的电磁干扰。10.一种电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制系统，其特征在于，包括：采集单元：用于对采样频段中的每个频率进行重复数据采集，得到第一数据集，根据所述第一数据集得到第一电场-频率散点图；识别单元：用于识别所述第一电场-频率散点图中是否存在脱节点，若是，则从所述第一电场-频率散点图中找到脱节点；干扰程度获取单元：用于获取所述脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场，并根据所述电磁频率电流归一化电场获得所述脱节点的受电磁干扰的程度；干扰抑制单元：用于判断所述受电磁干扰的程度是否超过了阈值，若是，则通过干扰抑制重新获取数据，得到第二数据集，根据所述第二数据集得到第二电场-频率散点图，观察所述第二电场-频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。

技术总结
本发明公开了一种电磁频率测深中电磁干扰的识别和抑制方法及系统，包括：对采样频段中的每个频率进行重复数据采集，得到第一数据集，进一步得到第一电场-频率散点图；识别第一电场-频率散点图中是否存在脱节点，若是，则从第一电场-频率散点图中找到脱节点；获取脱节点与非脱节点的电磁频率电流归一化电场，并根据电磁频率电流归一化电场获得脱节点的受电磁干扰的程度；判断受电磁干扰的程度是否超过了阈值，若是，则通过干扰抑制重新获取数据，得到第二数据集，进一步得到第二电场-频率散点图，观察第二电场-频率散点图是否存在脱节点，若否，则认为完成电磁干扰的抑制。本发明达到了对电磁干扰进行有效抑制并获得有效采集数据的目的。据的目的。据的目的。


技术研发人员：罗国平 刘镜竹 齐朝华 赵云 孟凡彬 刘鹏 齐黎黎
受保护的技术使用者：中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/17