基于遥感技术的矿山水工环地质勘查信息评价系统设计

姚文静

（山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队，山东 济南 250014）

对于资源需求的不断增加促使矿产资源的开发力度不断提升，由此带来的矿产勘查热潮也促进了相关行业的技术发展[1]。在探测到矿产信息后，需要对矿区的水工环地质环境进行全面勘查，这样做的目的一方面是为了帮助施工建设阶段作出正确决策，提高项目布置的合理性，另一方面，也是保障矿产开采过程中人员、财产安全，为此，对勘查到的信息进行分析，作出客观评价是十分重要的[2]。与其他类型的信息评价相比，地质信息评价涉及的因素更多，不仅是对现有地质数据结构的评价，还要结合矿区的实际环境条件，对未来长期内的地质数据发展趋势作出分析，这就对评价工作提出了更高的要求。但随着现代技术的发展，对数据的采集和计算能力逐渐提高，将其应用在地质信息的评价中将会大大提高评价结果可靠性[3]。基于此，本文提出基于遥感技术的矿山水工环地质勘查信息评价系统设计。分别在硬件和软件两个方面作出了具体设计，并通过实验验证了所提方法的有效性。通过本文，以期为提高矿山施工的安全性提供帮助。

1 硬件设计

1.1 数据传输器

遥感技术采集到的信息是以三维的形式存在，其可以最大限度实现对信息的准确采集，而由于地质环境是以极微弱的程度持续变化，因此，需要一个高效的信息传输设备完成对遥感数据的实时传输，这也是确保评级结果可靠性的关键因素。为此，本文选用四信集团的无线数据传输设备F2C16作为系统的信息传输设备。其具有全工业级芯片设计，运行条件允许宽温宽压，为恶劣无人值守现场稳定运行提供了基础，同时超低功耗也方便其在取电困难的现场使用，已经有50万终端遍布电力、工业等现场，验证了其可靠无故障在线运行的性能。其次，其自带的WDT看门狗设计也提高了对设备运行状态的监测，当设备出现异常时，完备的防掉线机制也可维持数据终端持续在线；内嵌的Cat.1模组支持LTE和GSM三模通信，因此覆盖范围更广、传输速率更高、运行功耗更低。

1.2 处理器

中央处理器是本文设计系统运行的主要设备，其是对地质数据计算和分析的核心部件。考虑到地质数据规模较大，需要处理器具有更高的运行内存，因此，本文选用STM32MP1通用微处理器作为系统的处理器。其是基于混合的双Arm Cortex-A7核和Cortex-M4核架构产品，在充分满足多种应用的灵活性需求的同时，具备最佳性能和低功耗特性。其中，Cortex-A7内核支持开源操 作 系统（Linux/Android），Cortex-M4内 核则沿用了STM32 MCU生态系统，开发者可以轻松实现各类开发的应用。除此之外，其还支持主流开源发行版操作系统Linux以及Android操作系统，对于Cortex-M4内核的STM32Cube固件库和嵌入式软件包同样适用，也可选用高级的HMI开发提供3D图形处理功能，在高集成度特性的加持下，其封装的兼容性更高，可以满足低成本PCB技术和专用电源管理IC的使用需求。内置的STM32Cube工具套件包括基于GCC的IDE、STM32CubeProgrammer和STM32CubeMX，为系统提供了更加简便和快速的服务。

2 软件设计

（1）构建评价体系。为了实现对地质信息的评价，首先建立了以水工环指标为基础的评价体系，为此，需要对不同指标在地质安全中的影响作用大小作出分析，而指标本身又存在多样化的体现形式，无法以统一的标准进行度量，本文为了解决该问题，对指标进行了统一的量化处理。以指标在各自体系中的分布位置为基础，对其危险等级进行划分，并以每平方千米范围内地质数据为基础制定了如表1所示的评价体系。

表1 地质信息指标评价等级标准

其中，岩性性质按照实际岩体的划分类别为准。以此将表1作为矿山地质信息的评价标准，评价结果等级越高，表明其危险系数越高。

（2）地质信息评价。在上文制定评价标准的基础上，当处理器接收到信息传输设备发送的遥感数据后，首先需要对数据进行计算，将其转化为与评价体系统计形式一致的表现形式。考虑到地质环境数据并非定值，而是随着外界环境以及气球自身运动不断变化的，仅以当前的遥感数据为评价依据会直接影响评价结果的可靠性。本文对周期T内的遥感数据变化程度进行计算，其表示为：

其中，σ表示周期T内遥感数据的变化值，ΔB表示遥感数据的差值。矿山开采周期虽然在初始阶段有预期数值，但最终的周期主要取决于施工阶段的实际情况，为了确保施工阶段的安全，本文以考虑不确定因素的最长施工周期为评价目标，计算在完成开采活动后的时间水工环地质数据的安全性。此时的地质数据计算方式可以表示为：

其中，B’表示预计完成开采活动时的地质数据，ts表示预计施工周期。

以此为基础，将该数据作为评价目标，对矿山的水工环勘查结果进行评价，处理器将地质数据与评价体系之间建立对应管理，输出不同指标的评价结果，最后将其集成化处理：

其中，λ表示矿山的安全系数，D表示不同指标的等级对照结果，N表示评价体系。

通过这样的方式得到最终的评价结果。

3 应用测试

为了测试本文设计的评价系统对矿山水工环地质勘查信息的评价成果是否能够满足使用需要，本文进行了试验测试。

（1）测试环境。实验数据来源于开发矿山，矿区覆盖范围为106.3km2，区域内有明显的断裂构造，在矿区以南向北展布的形式存在，最大深度为3m的不规则积水池在矿区内分布有6处，面积在70m2～110m2之间。地面表层的主要构成为全新统冲击形成的粉质黏土和块石土，深层地质构造的主要存在形式为侏罗系中统上沙溪庙组，类型以泥岩+砂岩为主，比例约为2.6：7.4，周围岩体主要为硬质岩，抗压强度可达到60MPa，部分软质岩掺杂其中，抗压强度在30MPa左右。除此之外，区域内岩溶发育程度呈现出明显的极化特征，矿区南部岩溶个体密度为6个/km2，其与部分密度为1个/km2～2个/km2。本文以未来180天内的矿山水工环地质安全系数为评价目标，开展了测试。

（2）实验结果。在上述实验环境的基础上，利用本文设计的评价系统对其进行评价，其评价结果如图1所示。

图1 系统评价结果

从图1中可以看出，在初始阶段和120天之后的时间段，矿山的安全性出现了明显的下降，此时需要构建适当的加固措施以提高其安全性。

4 结语

对矿山水工环地质勘查信息的准确评价是关系到施工建设以及生产活动开展的重要环节。本质上，水工环地质数据是矿山整体环境的综合体现，既包括水文地质条件，也包括基础的地质构造状态，因此，对其进行评价需要以更加全面的角度进行。本文提出基于遥感技术的矿山水工环地质勘查信息评价系统设计，实现了目标时间范围内对矿山安全性的准确评价。通过本文的研究，以期为矿山的地质评价工作提供有价值的参考。