摘要
近年来，建设地下人工空洞拓展城市空间资源已经称为城市发展的重要趋势，地下人工空洞的数量、深度和规模也越来越大。而地下人工空洞的探测和识别方法已经成为了研究的重点问题。在军用方面，对地下人工空洞的探测既能够减少城市攻坚的盲目性，也能够为地下人工空洞的设计和建设提供理论依据。在民用方面，地下人工空洞的建设、管理与维护也同样依赖于地球物理探测技术。本课题在国防科工局稳定支持经费科研项目《基于地下人工空洞的航空电磁探测方法及实施方案研究》的支持下，基于地空频率域电磁探测技术对地下人工空洞的探测和识别方法展开研究，主要内容包括： 1.地空频率域电磁法基于电磁场理论，在地面铺设大功率发射系统，在空中利用无人机等设备采集磁场信号作为接收系统，能够对地质结构复杂的区域进行大深度快速探测，且其接收系统不会受到地面环境因素的影响。由于地下人工空洞的应用场景复杂多样，本文首先对电磁场的传播机理进行推导，然后对地空频率域电磁探测方法进行分析，最后对地空频率域电磁探测的原理样机搭建方案进行介绍。 2.频率域电磁探测方法通常是在地面铺设发射系统向探测目标区域发射电磁波，利用接收系统采集响应磁场，根据电磁场的分布情况，对目标区域的地质结构进行分析。当地质结构相对简单时，通常可以将其简化为层状大地模型，因此本文建立层状大地模型并结合电磁场理论进行一维正演模拟计算。为了进一步研究三维空间内的电磁场分布情况，结合数值计算方法，展开对大地模型三维正演模拟计算的研究，对含有地下人工空洞的大地模型进行电磁响应计算。 3.为了实现对地下人工空洞高效准确、非侵入式的探测识别，本文对频率域电磁探测法获得的电磁响应进行分析，推导了视电阻率成像的计算方法，并通过仿真实验和野外测试验证了视电阻率成像方法的正确性。通过对三维地电模型进行大量仿真计算，得到地电模型的电磁响应，经过视电阻率计算，最终获得视电阻率图像数据集。采用贝叶斯卷积神经网络对多种多样地下构造的图像数据集进行分类，更加高效、智能地识别出有无人工空洞高阻异常的情况，实现了对人工空洞的探测和识别工作。 本文首先应用频率域地空电磁法，建立含有地下人工空洞的一维层状大地模型和三维大地模型，并对其电磁响应进行分析。其次结合三维仿真数据进行视电阻率成像的计算，并通过野外测试验证了视电阻率成像方法的正确性。最后，通过贝叶斯卷积神经网络将获得的大地模型视电阻率图像数据集进行分类，实现对地下人工空洞高效准确的探测与识别方法研究。
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