摘要：在資源需求持續(xù)增長與科技迅猛發(fā)展的背景下，地下勘探的深度、廣度不斷拓展，但傳統(tǒng)數據處理方式滯后，信息技術應用迫在眉睫。深入探討信息技術在地下勘探數據采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應用，詳細介紹信息技術在提升數據采集精度、優(yōu)化傳輸效率、保障數據安全等方面的創(chuàng)新舉措與應用效果，為地下勘探領域的現代化發(fā)展提供有力支撐。

關鍵詞：信息技術；地下勘探；數據采集；數據傳輸

一、前言

隨著地下勘探工程越來越復雜，越來越深入，人們對于數據采集及傳輸的準確性、高效性及可靠性等方面都有了越來越高的要求。傳統(tǒng)數據采集和傳輸方式面對海量數據、復雜環(huán)境、實時性要求等問題，逐漸顯露出許多局限性。信息技術的快速發(fā)展給上述問題的解決帶來新機遇，將信息技術創(chuàng)新性地運用于地下勘探數據采集和傳輸系統(tǒng)就成為促進這一領域向前發(fā)展的關鍵要素。

二、信息技術在地下勘探數據采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應用價值

信息技術對地下勘探數據采集和傳輸系統(tǒng)具有顯著、多維度的創(chuàng)新性運用價值[1]。一是數據采集精準性空前提高。在高精度傳感器和先進數據采集算法的輔助下，可以更精細地檢測和記錄井下復雜地質結構和礦產資源分布情況。例如，新型地震波傳感器能捕捉極微弱地層震動信號并轉換為精細地質構造數據，對石油進行精準定位。對于天然氣和其他關鍵能源資源，新型地震波傳感器在選擇儲存地點和儲量的評估中發(fā)揮了至關重要的作用。二是從數據處理和分析能力來看，云計算和大數據技術協(xié)同使系統(tǒng)具有很強的智慧。大量地下勘探數據可存儲于云端并進行分布式計算，通過大數據分析工具發(fā)現數據間潛在的聯(lián)系與規(guī)律[2]。例如，綜合分析不同地區(qū)地質數據，可預測出地下礦產資源走向及富集地區(qū)，從而對勘探規(guī)劃起到科學戰(zhàn)略指導作用。同時，該數據處理能力還有利于優(yōu)化勘探流程、減少無謂勘探環(huán)節(jié)、提高勘探效率、降低勘探成本。另外，信息技術創(chuàng)新性應用也推動地下勘探領域跨地域協(xié)作和知識共享，在互聯(lián)網和云平臺的支持下，各區(qū)域勘探團隊能夠便捷地進行數據共享、經驗交流以及技術成果交流。例如，在特定的地質環(huán)境下，一個地區(qū)的成功勘探經驗能夠迅速傳遞到其他面對類似問題的地方，從而促進整個行業(yè)的技術革新和進步。信息技術對地下勘探數據采集和傳輸系統(tǒng)的創(chuàng)新性應用，給這一領域帶來了一個高效、準確、智能、協(xié)同的嶄新局面，有效地促進了我國地下資源勘探事業(yè)現代化進程。

三、信息技術在地下勘探數據采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應用方法

（一）智能傳感網絡的建設

在地下勘探數據的采集和傳輸系統(tǒng)中，智能傳感網絡的構建被視為信息技術的核心創(chuàng)新應用之一，地下勘探時，傳感器布置和協(xié)同工作是關鍵[3]。以大型金屬礦脈勘查工程為例，需要在勘查區(qū)域設置數千個傳感器節(jié)點，涉及類型眾多，如地質結構檢測用的地震傳感器、探測金屬含量的電磁傳感器和監(jiān)測地下環(huán)境參數的溫濕度傳感器等。通過利用先進物聯(lián)網技術建立智能傳感網絡，各傳感器節(jié)點具有獨立數據采集和初步處理的功能，如地震傳感器可以準確地采集0.1Hz～100Hz頻率區(qū)間內的振動信號，其分辨率可達0.01m/s2，能敏銳感受地層深處細微的地質變動。這些節(jié)點間采用低功耗藍牙或者ZigBee無線通信協(xié)議實現短距離數據交互，并組成局域子網絡，保證實時數據共享和協(xié)同處理。子網絡又通過網關設備與4G或者5G廣域網絡連接，并向地面控制中心發(fā)送數據[4]。根據數據顯示，采用這種智能傳感網絡的構建方法可以將數據采集效率提高超過30%，同時還能減少大約50%的數據傳輸延遲時間，有效確保了地下勘探數據獲取和傳遞的及時性和準確性，并為之后的數據分析和決策奠定堅實基礎。

（二）建立數據加密傳輸通道

數據加密傳輸通道的建立，在確保地下勘探數據安全性和完整性方面發(fā)揮著無可替代的重要作用[5]。地下勘探時，所收集的資料通常涉及重要地質資源信息、勘探設備的運行參數和企業(yè)商業(yè)機密。舉例來說，在某個深海油氣田的勘查項目中，每日傳送的數據量達到了數TB，涵蓋了關于油氣層深度、壓力和儲量預估等關鍵敏感信息。為了確保數據在傳輸時不被竊取或篡改，技術人員結合了高級加密標準（AES）算法和非對稱加密的RSA算法來進行數據的加密處理。在進行數據傳輸之前，首先采用AES算法對數據進行了快速的對稱加密處理，確保加密密鑰的長度達到256位，從而保障了數據加密的高效性[6]。接下來，采用RSA算法對AES密鑰進行了非對稱的加密處理，其中RSA密鑰的長度達到了2048位，從而確保了密鑰傳輸的高度安全性。這樣的雙重加密方式使得黑客很難破譯加密后的信息，即使在傳輸過程中被截獲。根據安全測試的評估結果，使用這種加密的數據傳輸通道后，數據被解密的風險減少了超過99%，從而有效地確保了地下勘查數據的安全性，保障了地下資源勘探中企業(yè)及國家的效益和安全。

（三）多源數據融合的采集策略

多源數據融合采集策略是提升地下勘探數據全面性與準確性的重要手段，在一個綜合性的城市地下空間勘探項目中，涉及多種數據源的采集[7]。例如，地質雷達可探測到地下0～50米深度范圍內的地層結構，分辨率約為0.1米，能夠清晰地呈現出地下巖石層、土層以及地下空洞等信息。地下管線探測儀則專注于檢測各類金屬與非金屬管線的位置與走向，其定位精度可達到 0.05 米，可準確識別出供水、排水、燃氣、電力等多種管線的分布情況[8]。例如，采用卡爾曼濾波算法對地質雷達和地下管線探測儀的數據進行融合，可使地下空間結構與管線位置的綜合定位精度提高20%左右。

（四）優(yōu)化的自適應傳輸協(xié)議

自適應傳輸協(xié)議優(yōu)化對地下勘探數據采集和傳輸系統(tǒng)起到了極其關鍵的作用[9]。不同地下勘探場景對數據傳輸的要求存在顯著差異。以淺地層考古勘探為例，其數據量比較少，但是對于實時性有很高的要求，要求把所檢測遺跡的位置和形狀信息迅速傳送到地面，便于考古學家進行及時分析和判斷。而在深層煤礦的勘探中，數據量大，涉及瓦斯?jié)舛?、煤層厚度、地質構造應力等很多方面的資料，并且傳輸環(huán)境比較復雜，存在信號干擾等問題[9]。

自適應傳輸協(xié)議可以針對這些不同的場合，對傳輸參數進行動態(tài)調節(jié)。在需要傳輸小數據量和高實時性的考古勘探數據時，該協(xié)議能夠自動提升數據傳輸的頻率，將數據傳輸的時間間隔縮短到0.1秒以內，從而確保數據能夠迅速到達目的地。在處理深層煤礦勘查的大規(guī)模數據傳輸時，協(xié)議會優(yōu)先確保數據的完整性，并通過數據分片和重傳的方式，將數據劃分為1024字節(jié)大小的段落進行傳遞，如果遇有信號丟失或者出錯的情況，可以將自動重傳的次數設定在五次之內，確保數據的準確傳遞。通過實地測試，發(fā)現在復雜的地下煤礦勘查環(huán)境中，使用自適應傳輸協(xié)議進行優(yōu)化后，數據傳輸的準確性可以提高到98%或更高，這種優(yōu)化有效地避免了由于數據丟失或者失誤而造成勘探決策錯誤，極大地提升了地下勘探工作的安全性和工作效率[10]。

（五）云邊協(xié)同的數據處理架構

云邊協(xié)同數據處理架構是地下勘探數據有效利用的強大支撐。地下勘探作業(yè)時，邊緣計算設備位于數據采集源頭附近，如在地下金屬礦勘探現場采集基站內布設邊緣計算服務器。這些邊緣服務器可以對原始數據進行一些初步處理，例如實時甄別海量礦石品位探測數據、剔除顯著異?；蛘咤e誤數據等，該技術能夠以每秒10萬條數據記錄的速度進行處理，從而顯著降低了數據傳輸的負擔和云端計算的壓力。而且云端數據中心計算資源豐富，存儲海量數據。其能夠深度分析邊緣設備上傳的初步加工后的數據，例如使用深度學習算法來預測建模不同地區(qū)礦石儲量數據。以某大型地下鐵礦勘查項目為例，在云邊協(xié)同架構中，將邊緣設備加工的數據上傳到云端，云端使用其保存的世界范圍內類似鐵礦勘查數據進行查閱，經復雜神經網絡模型分析，該鐵礦潛在儲量預測誤差能控制在允許范圍內。這種基于云邊協(xié)同的數據處理策略，使得數據處理的效率提高了超過40%，不僅滿足了地下勘查數據的實時處理需求，還能深入挖掘數據背后的潛在價值，為勘探資源的評價、開采計劃的編制提供準確的依據[11]。

（六）虛擬現實輔助監(jiān)控應用

虛擬現實（VR）作為輔助監(jiān)測工具，為地下探查活動提供了一種創(chuàng)新的體驗和高效的監(jiān)測方法。地下隧道工程勘探時，通過布設360度全景攝像頭及各種傳感器對隧道進行拍攝，并把拍攝的影像、視頻及環(huán)境數據傳輸給地面監(jiān)控中心。地面工作人員在VR設備的幫助下，能夠沉浸在隧道內，觀察地質情況、支護結構情況等。例如，VR設備能將隧道內畫面顯示出來，分辨率為4K，刷新率為60幀/秒，讓工作人員能清楚觀察到巖石紋理、裂縫以及其他細節(jié)。同時，結合空間定位技術，工作人員在VR場景中能夠精確測量隧道內不同位置的距離、角度等參數，測量精度可達到0.01米。就石油鉆井勘探而言，VR技術能夠對鉆井時的地層變化、鉆頭受力進行仿真。根據數據顯示，當引入VR作為輔助監(jiān)測工具后，地下勘查項目中的安全事故率下降了大約30%，主要得益于工作人員能更迅速、更精確地識別并應對潛在的風險。另外，該可視化監(jiān)測方式也提升了勘探決策效率，如隧道支護方案調整中采用VR場景直觀顯示等，決策所需的時間可以減少超過20%，在很大程度上加速了地下勘查項目的進展。

四、信息技術在地下勘探數據采集與傳輸系統(tǒng)中的創(chuàng)新應用趨勢

伴隨著科學技術的快速發(fā)展，將信息技術創(chuàng)新性地運用于地下勘探數據獲取和傳輸系統(tǒng)，顯示出了一系列引人注目的發(fā)展趨勢。

一是傳感器技術必將向更高的精度、微型化和智能化發(fā)展。這種新型的傳感器有潛力達到納米級別的分辨能力，能夠檢測到非常微弱的地質信號。例如，超靈敏的重力傳感器能夠精確地測量地下的微小密度差異，為尋找深層隱藏的礦體提供了關鍵的線索。同時，傳感器還會融入更多的智能功能，比如自我診斷和自適應校準等，能夠長期穩(wěn)定地工作于復雜、嚴酷的地下環(huán)境，大大降低了人工維護成本和數據誤差。

二是，就數據傳輸而言，5G和未來6G這些新一代通信技術深入應用，傳輸速度會有一個質的跨越。預計在6G網絡條件下的數據傳輸速率可以達到每秒數太字節(jié)且延遲幾乎為0，可以滿足地下勘探對實時高清視頻傳輸和大范圍三維地質模型資料即時交互的超高帶寬和低延遲的要求。另外，衛(wèi)星通信和地面通信無縫結合，將保證偏遠地區(qū)或者地下深層這些信號較弱地區(qū)的數據能夠平穩(wěn)傳輸，從而真正意義上實現地下勘探數據全球高效互聯(lián)。

三是，云計算和邊緣計算協(xié)同模式會得到進一步的優(yōu)化。邊緣計算設備計算能力會越來越強，可以在數據采集端附近對數據進行更加復雜的預處理和分析。例如，在地下完成地質災害預警模型的初步運算。而云計算著眼于大尺度數據深度挖掘和長期存儲，通過人工智能算法實現全球地下勘探數據關聯(lián)分析和地質構造變化及資源分布趨勢預測[12]。二者之間的智能切換和動態(tài)分配會根據勘探任務的需要和網絡狀況來自動進行，使得整個數據處理流程更靈活、更有效率。

四是，人工智能技術會深入到數據采集和傳輸等環(huán)節(jié)中。智能算法能夠依據勘探目標對傳感器最優(yōu)布局進行自動規(guī)劃，并對數據采集進行精準聚焦。傳輸時，以人工智能為核心的流量優(yōu)化技術能夠根據數據優(yōu)先級和網絡擁塞等因素對傳輸策略進行動態(tài)調整，確保關鍵數據能夠及時發(fā)送。與此同時，由人工智能推動的虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術將為地下勘探活動提供一種沉浸式的監(jiān)控和交互體驗，使得專家能夠遠程操作地下勘探設備，身臨其境般進行地質勘查和故障診斷，極大地提升了勘探作業(yè)效率和安全性，促進了地下勘探領域向智能化和自動化方向闊步前進，揭開了地下資源勘探新的一頁。

五、結語

信息技術對地下勘探數據采集和傳輸系統(tǒng)的創(chuàng)新性運用，顯著提高了這一領域的技術水平。通過傳感器技術、無線通信技術以及云計算技術等多種技術的協(xié)同合作，從而達到數據采集更加準確、傳輸更加有效以及存儲處理更加智能等目的。但在使用過程中還需要注意技術穩(wěn)定性、兼容性和數據安全。今后，在信息技術日益發(fā)展的背景下，地下勘探數據采集和傳輸系統(tǒng)也會迎來更多的創(chuàng)新和突破，從而進一步促進地下資源勘探工作的開展。

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作者單位：大慶油田有限責任公司試油試采分公司試油大隊保衛(wèi)隊

責任編輯：王穎振 楊惠娟