一种矿床水文地质综合勘查系统的制作方法
本发明属于地质综合勘查设备领域，尤其涉及一种矿床水文地质综合勘查系统。
背景技术：
水文地质，地质学分支学科，指自然界中地下水的各种变化和运动的现象。水文地质学是研究地下水的科学。它主要是研究地下水的分布和形成规律，地下水的物理性质和化学成分，地下水资源及其合理利用，地下水对工程建设和矿山开采的不利影响及其防治等。随着科学的发展和生产建设的需要，水文地质学又分为区域水文地质学、地下水动力学、水文地球化学、供水水文地质学、矿床水文地质学、土壤改良水文地质学等分支学科。近年来，水文地质学与地热、地震、环境地质等方面的研究相互渗透，又形成了若干新领域。
地下水(groundwater)：赋存并运移于地下岩土空隙中的水。含水岩土分为两个带，上部是包气带，即非饱和带，在这里，除水以外，还有气体；下部为饱水带，即饱和带，饱水带岩土中的空隙充满水。狭义的地下水是指饱水带中的水。
地下水：①分布广泛，便于就地开采使用；②洁净、不易被污染，水质普遍较优；③不占用地表空间；④动态比较稳定；⑤供水量受气候变化影响较小，具有较大到调蓄能力等。：①不合理的灌溉可造成次生盐碱化；②过量开采，可造成：在沿海地区，海水入侵，水质恶化；地面沉降，使区内建筑物失去稳定；不同含水层之间诱发水力联系，产生水的混合作用，使水质恶化；岩溶区地面塌陷；③其它，如矿坑涌水、基础及边坡的稳定问题等。
我国开发利用地下水资源的现状：①北方许多城市生活用水的重要水源；②北方干旱、半干旱地区(17省市)工农业生产、生活的唯一水源；③南方部分地区也开始利用地下水、并且需求量越来越大；④大的工业基地的建设首先要解决水源问题。
开发利用地下水资源的未来：①实现地下水资源的可持续开发；②加强地下水资源的科学管理；③加强与地下水资源开发有关的环境保护。(当今世界面临的三大问题：人口、资源、环境)
20世纪50年代以来，社会生产规模空前扩大，科学技术进入了新的发展时期，并正在出现新的技术革命，人类改造自然的能力迅速增强，人与水的关系已经由古代的趋利避害，和近代较低水平的兴利除害，发展到了现代较高水平的兴利除害的新阶段。这个新阶段赋予水文科学以新的动力和新的特色。
首先，由于人类对水资源的突出需求，水文科学的研究领域正在向着为水资源最优开发利用的方向发展，以期为客观评价、合理开发、充分利用和保护水资源提供科学依据。
其次，大规模的人类活动对自然水体，进而对自然环境正在产生多方面的影响。研究和评价人类活动的水文效应和这种效应的环境意义，揭示人类活动影响下水文现象的规律，进而探讨水文分析的新方法和新途径，防止人类活动对水文循环的影响朝着不利于人类生存环境的方向发展，这一切正在成为水文科学面临的新课题。
另外，现代科学技术使获取水文信息的手段和分析水文信息的方法有了长足的进步。例如，遥感技术的应用，使同时观测大范围内的宏观水文现象成为可能；核技术的应用使人们能够获得微观水文信息；水文模拟方法、水文随机分析方法、水文系统分析方法，使人们研究水文现象的能力发展到新的水平；尤其是电子计算机的应用，使水文科学从水文观测到基本规律的研究，由人力和机械操作，发展到以电子计算机为核心的自动化。
水文科学和其他科学之间的边缘科学正在不断兴起，学科间的空隙逐渐得到填补。同时，人们开始看到，水已成为影响社会发展的重要因素。水在表现它的自然属性的同时，它的社会属性也日益表现出来，并逐渐为人们所认识。因此，水文科学将有可能发展成为具有自然科学和社会科学双重性质的一门综合性科学。
总的来讲，水文学从它所隶属的学科领域看，作为地球物理科学的一个分支，主要研究地球系统中水的存在、分布、运动和循环变化规律，水的物理、化学性质，以及水圈与大气圈、岩石圈和生物圈的相互关系；作为水利学科的重要组成部分，主要研究水资源的形成、时空分布、开发利用和保护，水旱灾害的形成、预测预报与防治，以及水利工程和其他工程建设的规划、设计、施工、管理中的水文水利计算技术。
尽管19世纪已开始使用水文地质学一词，但到20世纪初科学家Mead才给出这个术语一个广泛的含义：水文地质学是研究地表以下水的发生与运动。20世纪50年代末期到80年代早期这将近30年的时间里，水文地质学一下子成熟了，成为地球科学羽翼丰满的一员。1960年之前，水文地质学主要是地质学家的领域，作为一个自然科学家，对于控制地下水流动的因素和规律，毫无兴趣或者知之甚少，任凭差分方程式去加以描述。另一方面，工程师在估算井的单位出水量和总出水量时，只顾得计算，处于岩层“透水”和“不透水”之间的灰域之中，无所适从。
现代水文地质学的基本特征主要有：①与现代科学的新理论新学科紧密结合，比如系统论、信息论、控制论及相应产生的系统科学、环境科学、信息科学等，对水文地质学的发展产生了重大影响；②现代应用数学与水文地质学的结合，特别是数值模拟方法得到普遍应用，模型研究成为水资源研究的主要内容，使水文地质学从定性研究发展到定量研究的新阶段；③从地下水系统与自然环境系统相互关系的研究，扩大到与社会经济系统关系的研究。对地下水资源的研究，也从数学模型发展到管理模型与经济模型的研究；④许多新的分支学科的产生与发展，比如区域水文地质学、岩溶水文地质学、遥感水文地质学、环境水文地质学、医学环境地球化学、污染水文地质学以及数学水文地质学、水资源水文地质学；⑤新技术、新方法的应用、除计算机技术外，遥感技术、同位素技术、自动监测技术，室内模拟技术，以及高精度水质分析技术等，都得到普遍应用，推动了水文地质学的发展。
随着水文地质科学的发展，它的研究内容越来越广泛，主要研究内容可归纳为六个方面：
⑴地下水的形成与转化：阐述地下水起源与形成的基本知识(包括地下水的赋存条件)，并探讨大气水、地表水、土壤水与地下水相互转化、交替的基本规律。
⑵地下水的类型与特征：阐述地下水的储存条件及其基本类型，包括地下水的主要理化特性。
⑶饱水带及包气带中水分和溶质的运动：主要研究地下水流的基本微分方程，包括地下水向井、渠的流动，以揭示地下水位和水量的时空变化规律。同时探讨包气带水与地下水溶质运移的基本方程。
⑷地下水动态与水均衡：讨论在不同的天然因素和人为因素影响下的地下水动态变化规律，以及不同条件下的地下水水均衡方程。
⑸地下水资源计算与评价：分别讨论局部开采区和区域性大面积开采区地下水资源评价的主要方法，并具体介绍有关含水层参数测定及地下水补给量和排泄量的计算方法。同时，阐述地下水水质评价的有关知识。
⑹地下水资源系统管理：阐述地下水资源管理与保护方面的基本知识，着重讨论地下水资源系统管理模型及其应用。
应用的技术手段：⑴调查、钻探、地球物理勘探和遥感技术；⑵各种观测和试验技术(水位、流量等的观测；抽水试验、示踪试验和弥散试验等)；⑶各种地下水模拟技术(数值模拟用的较多)；⑷同位素技术等。
随着科学技术水平的不断提高，水文地质计算方法也不断发展。水文地质计算方法大致有：解析解法，物理模拟法，数值解法，系统分析方法，概率统计方法等等。
解析解法
60年代以前，解含水层地下水的水头和流量问题，多偏重于解析解法。如“地下水动力学”课程中所述，无论是以稳定流为基础的裘布衣公式，还是以非稳定流为基础的泰斯公式，它们的推导都有许多假设，在水文地质条件满足这些假设时，当然没有问题。但要解决大范围的地下水系统计算时，由于水文地质条件的复杂性，解析解法就无能为力了。
物理模拟法
物理模拟有电模拟、水力模拟、粘滞流模拟、薄膜模拟等等，以电模拟应用较多。早在本世纪的20年代，苏联的巴甫洛夫斯基提出了电解液模拟(arn A)，它成为当时研究水工建筑物地区渗捕问题的重要手段。以后叉发展到电阻网模拟，在50年代和60年代，R-C网络和R-R阿络模拟也得到发展。60年代中期叉出现了与计算机结合在一起的混合机。
数值解法
60年代后期随着电子计算机的发展，人们把数值模拟应用到水文地质计算中来。由于电模拟制作和参数调试都比数值法麻烦，所以应用更多的是数值解法。
在水文地质计算中应用的数值方法可大致归纳为5类。有限差分法(简称有限差法)；有限单元法(简称有限元法)；边界单元法(简称边界元法)；特征线法}；有限分析法。
有限差分法从60年代初就开始应用于水文地质计算。最初多用正规网格和松弛解法，1968年引入交替方向豫式差分法，以后又引入强隐式法，1973年被推广到变格距情况，兰马特(Lemard)于1D79年提出了上游加权有限拦分法。
有限单元法从1968年开始应用于水史地质计算，1972年弓1八等参数有限单元法，1977年休延康(Huyakorn)和尼尔康卡(lxlilkuka)等提出了上风有限单元法。
有限差分法和有限单元法是水文地质汁箅中最常用的数值计算方法。
边界单元法是70年代中期发展起来的一种新的数值方法。
有限分析法是80年代发展起来的一种新的数值计算方法。它也是一种区域离散方法，它是通过某种解析途径进行离散化，得到组方程，然后求得每一结点的水头近似值和进一步算出流量。
其它方法
系统分析方法，是结合数学模型及计算机技术进行分析的一种方法，在地下水资源管理中得到迅速发展。许多国家，在用此方法实行大规模和大范围的河水调用，以达到地下水和河水资源瓦相调剂，统一运行。系统方法以根据所在地区的气象、地质、地貌等自然地理条件与系统的关系以及经济、政治等社会环境条件，根据需要与可能，为该系统确定—个最优解。
随机模型也在地下水资源管理中广泛应用。如时间序列分析，也开始应用于地下水计算中。随着计算机科学的发展，将使更多更新的方法应用于实际生产中去。
受岩石力学发展水平的限制，目前的地质勘查设计仍然需要依靠“工程类比”与“现场监测”相结合，才能取得满意的效果。
随着开采深部不断加大，目前开采深度已经达到近600m，矿层地质条件发生了较大的变化，原有的参数是否适用于现有的矿地质条件还不确定，不利于实现矿井安全高效生产。地质松动圈的测定对地质物理力学性质有很重要的意义。
目前，我国的水文水情监测场景中，水文数据的自动采集与水情视频监控等技术手段应用较广泛，但是，二者之间存在一个基本问题：对水情的视频监控数据往往通过专用的视频处理方法实现，然后在专用的监控视频显示器上进行播放；自动采集的水文数据则存放于计算机服务器内的数据库中，需要通过专用的应用软件进行查询与处理。两种数据的查询与显示相互分离，不利于对水情视频监控与水文数据进行实时、直观地监测。现有的远程自动监测系统，测量参数比较单一，水文参数与水质参数往往不能兼具，参数间直接的相互关系难以综合分析。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种矿床水文地质综合勘查系统，旨在解决现有的远程自动监测系统，测量参数比较单一，水文参数与水质参数往往不能兼具，原有的参数是否适用于当前的矿地质条件还不确定，不利于实现矿井安全高效生产，目前的地质松动圈的测定对地质物理力学性质测量不准确的问题。
本发明是这样实现的，一种矿床水文地质综合勘查系统，该矿床水文地质综合勘查系统包括电脑、探测仪系统、探头系统、套管；所述探测仪系统通过标准视频电缆连接电脑；所述探头系统连接探测仪系统；所述探头系统安装在套管上；
所述探头系统包括超声波检测装置、水文传感器；超声波检测装置包括超声波发射换能器、超声波接收换能器、开槽塑封管；所述超声波发射换能器、超声波接收换能器均安装在开槽塑封管内；所述水文传感器安装在套管上；所述开槽塑封管安装在套管一侧；
所述超声波发射换能器上安装有发射电路；超声波接收换能器上安装有接收电路、控制电路、计时电路、锂电池；所述接收电路、控制电路、计时电路、锂电池均通过导线依次连接；所述控制电路与发射电路信号连接，发射电路与锂电池通过电源线电连接；
所述套管设置有多节，每节通过螺纹连接；
所述探测仪系统包括水位数据监测节点、视频监控节点、监控视频显示器、信号接收模块、中央处理器；所述监控视频显示器、信号接收模块均通过板线连接中央处理器；所述水位数据监测节点、视频监控节点均通过信号接收模块与中央处理器连接；水文传感器与水位数据监测节点相连；水位数据检测节点和水文传感器与视频监控节点连接。
进一步，所述水位数据检测节点采用分布式水位检测仪组成检测节点网络。
进一步，所述数据检测节点采用分布式雨量数据检测器组成检测节点网络。
进一步，所述水位数据检测节点和水文传感器与视频监控节点采用无线传输方式连接；所述水文传感器设置有多个。
进一步，利用超声波检测装置测试地质围岩松动圈的方法为：
围岩松动圈测试方法采用声波法，声波法测试围岩松动圈基于声波在围岩中传播速度的变化，当弹性波在岩体中传播时要发生几何衰减和物理衰减，在岩体中不同力学性质的结构面上弹性波要发生折射、散射和热损耗，使得弹性波能量不断衰减造成波速降低，由弹性波的波动理论，在无限各相同性介质中的波动方程为：
式中Vp——纵波；
Vs——横波
基于各相同性弹性半空间的边界条件和初始条件，得对应的波速，与岩石的弹性模量E、波松比σ、密度ρ之间的关系式为：
根据波速在围岩中分布，得出松动圈范围。
进一步，纵波速度通过测定钻孔中超声波检测装置长度围岩的声波传播时间计算，利用单孔测试方法进行计算；
单孔测试方法为：发射换能器F在钻孔中发射超声波，沿钻孔壁滑行传播，发射换能器F发射超声波的同时触发计时电路计时，当接收换能器J收到超声波信息后停止计时，测出声波在F—J长度岩体中的传播时间t：
t＝Δt+t0+Δt
式中t—仪器显示的发射换能器到接收换能器间的传播时间；
Δt—声波在钻孔壁与换能器空隙间的传播时间；
t0—专用波在发射—接收换能器长度范围沿孔壁传播时间；
φD—钻孔内径；
φd—换能器直径；
v—钻孔中耦合水的声波速度。
声波在岩石钻孔中的传播速度为：
式中v——钻孔中声波速度；
L——换能器F与J之间距离；
超声波测试时，钻孔中充满水耦合声波传播，并将钻孔向下扎3°～5°；
当围岩裂隙多时，波速相对于深度完整无裂隙岩体的波速低，通过岩石钻孔测出声波纵波速度在围岩钻孔中的分布变化曲线或利用时间—孔深曲线，判定围岩裂隙范围，发射换能器F在钻孔中发射超声波，沿钻孔壁滑行传播，发射换能器F发射超声波的同时触发计时路开始计时，当接收换能器I收到超声波信息后停止计时s，测出声波在F-I的传播时间，计算出波速。
进一步，所述水文传感器包括水位检测器、水流量检测器、地质影像采集器；所述水位检测器、水流量检测器均与水位数据检测节点相连；地质影像采集器与视频监控节点相连；所述监控视频显示器包括显示屏、模糊度评价模块、模糊度调整模块；所述模糊度调整模块与显示屏通过板线连接；所述地质影像采集器用于获取地质层的图像；
所述模糊度评价模块用于获取地质影像采集器传输的地质层图像，并计算滤波前后图像统计信息比值；
所述模糊度调整模块与模糊度评价模块相连，用于调整原图像模糊度得出最终图像和图像模糊度评价指标；
利用模糊度评价模块、模糊度调整模块对图像模糊度评价方法为：
步骤一，图像获取，通过地质影像采集器获取待评价的地质层图像；
步骤二，图像灰度化，为方便图像的边缘提取，利用数字图像处理中RGB图像的R、G、B各个通道的像素值与灰度图像像素值的转换关系将彩色图像转化为灰度图像，公式如下：
Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11；
步骤三，图像边缘提取，利用数字图像处理方法中的Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像获取图像的边缘，不同的检测算子具有不同的边缘检测模板，根据具体模板计算交叉像素的差分作为当前像素值，使用模板如下：
E(i,j)＝|F(i,j)-F(i+1,j+1)|+|F(i+1,j)-F(i,j+1)|；
步骤四，图像处理，利用高通/低通滤波器对灰度图像进行滤波处理以构造待评价图像的参考图像，采用3*3均值滤波器，利用滤波模板遍历图像每个像素，每次将模板中心置于当前像素，以模板内所有像素的平均值作为当前像素新值，模板如下：
步骤五，图像边缘统计信息计算，分别计算图像滤波前后各自边缘灰度信息，滤波处理前的待评价图像F统计信息为sum_orig,滤波处理后的参考图像F2统计信息为sum_filter,具体计算公式如下：
sum_orig＝w1×(|F(i,j)-F(i-1,j)|+|F(i,j)-F(i,j-1)|+|F(i,j)-F(i,j+1)|+|F(i,j)-F(i+1,j)|)+w2×(|F(i,j)-F(i-1,j-1)|+|F(i,j)-F(i-1,j+1)|+|F(i,j)-F(i+1,j-1)|+|F(i,j)-F(i+1,j+1)|)，
sum_filter＝w1×(|F2(i,j)-F2(i-1,j)|+|F2(i,j)-F2(i,j-1)|+|F2(i,j)-F2(i,j+1)|+|F2(i,j)-F2(i+1,j)|)+w2×(|F2(i,j)-F2(i-1,j-1)|+|F2(i,j)-F2(i-1，j+1)|+|F2(i,j)-F2(i+1,j-1)|+|F2(i,j)-F2(i+1，j+1)|)，
其中，w1与w2是根据离中心像素的距离设定的权值，w1＝1，w2＝1/3；
步骤六，图像模糊度指标计算，将步骤五得出的图像滤波前后边缘灰度统计信息的比值作为模糊度指标，为方便评价，取较大的为分母，较小的为分子，保持该值介于(0,1)之间；
步骤七，根据最佳视觉效果的DMOS范围得出对应的一个模糊度指标范围[min,max],具体为：
得出模糊度调整范围，利用上述步骤中的模糊度评价方法评价LIVE2中的174幅高斯模糊图像，计算出它们各自的模糊度评价值，然后利用拟合工具plot(value,DMOS)建立评价值value与DMOS之间的映射关系，根据最佳视觉效果对应的DMOS范围得出对应的一个模糊评价值范围[min，max]；
步骤八，图像模糊度调整，若图像模糊度指标小于min，根据步骤六，判定图像滤波前后变化很大，原图像过于锐化，则利用低通滤波器进行滤波调整；若大于max，判定图像滤波前后变化很小，原图像过于模糊，则利用高通滤波器进行滤波调整，以达到更佳视觉效果；
步骤九，得出最终图像和该图像模糊度评价指标，并显示在显示屏上。
进一步，滤波器处理图像不是单一方式处理整幅评价图像，而是鉴于图像的边界和中心像素由于位置的不同导致滤波器对其处理方式的不同，根据滤波器模板大小相应地忽略边界像素后再利用滤波器处理图像，然后对于边界像素采取原始像素填充的方法进行处理。
进一步，所述中央处理器设置有同步正交跳频信号盲源分离模块，所述步正交跳频信号盲源分离的信号处理方法包括：
步骤一，利用含有M个阵元的阵列天线接收来自多个同步正交跳频传感器的跳频信号，对每一路接收信号进行采样，得到采样后的M路离散时域混合信号采集阵列天线节点间不同时间片的交互次数，根据得到的数据建立时间序列，通过三次指数平滑法来预测节点间下一个时间片的交互次数，将交互次数预测值与实际值的相对误差作为节点的直接信任值；直接信任值的具体计算步骤为：采集网络观测节点i与节点j之间的n个时间片的交互次数：选取一定时间间隔t作为一个观测时间片，以观测节点i和被测节点j在1个时间片内的交互次数作为观测指标，真实交互次数，记作yt，依次记录n个时间片的yn，并将其保存在节点i的通信记录表中；预测第n+1个时间片的交互次数：根据采集到的n个时间片的交互次数建立时间序列，采用三次指数平滑法预测下一个时间片n+1内节点i和j之间的交互次数，预测交互次数，记作计算公式如下：
预测系数an、bn、cn的取值可由如下公式计算得到：
其中：分别是一次、二次、三次指数平滑数，由如下公式计算得到：
是三次指数平滑法的初始值，其取值为
α是平滑系数(0＜α＜1)，体现信任的时间衰减特性，即离预测值越近的时间片的yt权重越大，离预测值越远的时间片的yt权重越小；如果数据波动较大，且长期趋势变化幅度较大，呈现明显迅速的上升或下降趋势时α应取较大值
(0.6～0.8)，增加近期数据对预测结果的影响；当数据有波动，但长期趋势变化不大时，α可在0.1～0.4之间取值；如果数据波动平稳，α应取较小值(0.05～0.20)；
计算直接信任值：
节点j的直接信任值TDij为预测交互次数和真实交互次数yn+1的相对误差，
采用多路径信任推荐方式而得到的计算式计算间接信任值；收集可信节点对节点j的直接信任值：节点i向所有满足TDik≤φ的可信关联节点询问其对节点j的直接信任值，其中φ为推荐节点的可信度阈值，根据可信度的要求精度，φ的取值范围为0～0.4；计算间接信任值：综合计算所收集到的信任值，得到节点j的间接信任值TRij，其中，Set(i)为观测节点i的关联节点中与j节点有过交互且其直接信任值满足TDik≤φ的节点集合；
由直接信任值和间接信任值整合计算得出综合信任值；综合信任值(Tij)的计算公式如下：Tij＝βTDij+(1-β)TRij，其中β(0≤β≤1)表示直接信任值的权重，当β＝0时，节点i和节点j没有直接交互关系，综合信任值的计算直接来自于间接信任值，判断较客观；当β＝1时，节点i对节点j的综合信任值全部来自于直接信任值，在这种情况下，判断较为主观，实际计算根据需要确定β的取值；
步骤二，对M路离散时域混合信号进行重叠加窗短时傅里叶变换，得到M个混合信号的时频域矩阵
p＝0,1,…,P-1,q＝0,1,…,Nfft-1，其中P表示总的窗数，Nfft表示FFT变换长度；p，q)表示时频索引，具体的时频值为这里Nfft表示FFT变换的长度，p表示加窗次数，Ts表示采样间隔，fs表示采样频率，C为整数，表示短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，C＜Nfft，且Kc＝Nfft/C为整数，也就是说采用的是重叠加窗的短时傅里叶变换；
步骤三，对步骤二中得到的跳频混合信号时频域矩进行预处理；
步骤四，利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即：
找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；根据估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：
这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：
步骤五，根据步骤四估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；
步骤六，对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接；
步骤七，根据源信号时频域估计值，恢复时域跳频源信号；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…)的频域数据Yn(p,q),q＝0,1,2,…,Nfft-1做Nfft点的IFFT变换，得到p采样时刻对应的时域跳频源信号，用yn(p,qt)(qt＝0,1,2,…,Nfft-1)表示；对上述所有时刻得到的时域跳频源信号yn(p,qt)进行合并处理，得到最终的时域跳频源信号估计，具体公式如下：
这里Kc＝Nfft/C，C为短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，Nfft为FFT变换的长度。
本发明提供的矿床水文地质综合勘查系统可有效将水文监测站点内采集的水文数据与水情监控视频进行数据集成融合，将自动采集的水文数据和水情监控视频可实时显示在专用于监控视频的显示器上，改善了水文水情监控的直观性问题；
本发明根据对地质松动圈测定及地质物理力学性质测定所获得的数据进行了分析，有利于并制定了目前开采地质条件下新的开采参数；
本发明的图像评价不同于传统的评价方法，本发明建立在待评价图像自身结构特点基础上，从相对评价的角度出发，利用滤波器构造待评价图像的参考图像，计算变化前后图像边缘统计信息的比值作为评价指标；本发明的原理简单，实现了图像模糊度评价的内容无关性和实时性，可以快速准确评价比较任何图像之间的模糊度。
本发明在不知道任何信道信息的条件下，仅根据接收到的多个跳频信号的混合信号，估计出跳频源信号，能在接收天线个数小于源信号个数的条件下，对多个跳频信号进行盲估计，仅仅利用了短时傅里叶变换，计算量小，容易实现，该方法在对跳频信号进行盲分离的同时，还能对部分参数进行估计，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例提供的矿床水文地质综合勘查系统示意图；
图中：1、电脑；2、探测仪系统；3、探头系统；4、套管。
图2是本发明实施例提供的是单孔测试工作原理示意图。
图3是本发明实施例提供的超声波检测装置示意图。
图4是本发明实施例提供的图像模糊度评价方法概要流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的矿床水文地质综合勘查系统，该矿床水文地质综合勘查系统包括电脑1、探测仪系统2、探头系统3、套管4；所述探测仪系统2通过标准视频电缆连接电脑1；所述探头系统3连接探测仪系统2；所述探头系统3安装在套管4上；
所述探头系统包括超声波检测装置、水文传感器；超声波检测装置包括超声波发射换能器、超声波接收换能器、开槽塑封管；所述超声波发射换能器、超声波接收换能器均安装在开槽塑封管内；所述水文传感器安装在套管上；所述开槽塑封管安装在套管一侧；
所述超声波发射换能器上安装有发射电路；超声波接收换能器上安装有接收电路、控制电路、计时电路、锂电池；所述接收电路、控制电路、计时电路、锂电池均通过导线依次连接；所述控制电路与发射电路信号连接，发射电路与锂电池通过电源线电连接；
所述套管设置有多节，每节通过螺纹连接；
所述探测仪系统包括水位数据监测节点、视频监控节点、监控视频显示器、信号接收模块、中央处理器；所述监控视频显示器、信号接收模块均通过板线连接中央处理器；所述水位数据监测节点、视频监控节点均通过信号接收模块与中央处理器连接；水文传感器与水位数据监测节点相连；水位数据检测节点和水文传感器与视频监控节点连接。
进一步，所述水位数据检测节点采用分布式水位检测仪组成检测节点网络。
进一步，所述数据检测节点采用分布式雨量数据检测器组成检测节点网络。
进一步，所述水位数据检测节点和水文传感器与视频监控节点采用无线传输方式连接；所述水文传感器设置有多个。
进一步，利用超声波检测装置测试地质围岩松动圈的方法为：
围岩松动圈测试方法采用声波法，声波法测试围岩松动圈基于声波在围岩中传播速度的变化，当弹性波在岩体中传播时要发生几何衰减和物理衰减，在岩体中不同力学性质的结构面上弹性波要发生折射、散射和热损耗，使得弹性波能量不断衰减造成波速降低，由弹性波的波动理论，在无限各相同性介质中的波动方程为：
式中Vp——纵波；
Vs——横波
基于各相同性弹性半空间的边界条件和初始条件，得对应的波速，与岩石的弹性模量E、波松比σ、密度ρ之间的关系式为：
根据波速在围岩中分布，得出松动圈范围。
进一步，纵波速度通过测定钻孔中超声波检测装置长度围岩的声波传播时间计算，利用单孔测试方法进行计算；
单孔测试方法为：发射换能器F在钻孔中发射超声波，沿钻孔壁滑行传播，发射换能器F发射超声波的同时触发计时电路计时，当接收换能器J收到超声波信息后停止计时，测出声波在F—J长度岩体中的传播时间t：
t＝Δt+t0+Δt
式中t—仪器显示的发射换能器到接收换能器间的传播时间；
Δt—声波在钻孔壁与换能器空隙间的传播时间；
t0—专用波在发射—接收换能器长度范围沿孔壁传播时间；
φD—钻孔内径；
φd—换能器直径；
v—钻孔中耦合水的声波速度。
声波在岩石钻孔中的传播速度为：
式中v——钻孔中声波速度；
L——换能器F与J之间距离；
超声波测试时，钻孔中充满水耦合声波传播，并将钻孔向下扎3°～5°；
当围岩裂隙多时，波速相对于深度完整无裂隙岩体的波速低，通过岩石钻孔测出声波纵波速度在围岩钻孔中的分布变化曲线或利用时间—孔深曲线，判定围岩裂隙范围，发射换能器F在钻孔中发射超声波，沿钻孔壁滑行传播，发射换能器F发射超声波的同时触发计时路开始计时，当接收换能器I收到超声波信息后停止计时s，测出声波在F-I的传播时间，计算出波速。
进一步，所述水文传感器包括水位检测器、水流量检测器、地质影像采集器；所述水位检测器、水流量检测器均与水位数据检测节点相连；地质影像采集器与视频监控节点相连；所述监控视频显示器包括显示屏、模糊度评价模块、模糊度调整模块；所述模糊度调整模块与显示屏通过板线连接；所述地质影像采集器用于获取地质层的图像；
所述模糊度评价模块用于获取地质影像采集器传输的地质层图像，并计算滤波前后图像统计信息比值；
所述模糊度调整模块与模糊度评价模块相连，用于调整原图像模糊度得出最终图像和图像模糊度评价指标；
利用模糊度评价模块、模糊度调整模块对图像模糊度评价方法为：
步骤一，图像获取，通过地质影像采集器获取待评价的地质层图像；
步骤二，图像灰度化，为方便图像的边缘提取，利用数字图像处理中RGB图像的R、G、B各个通道的像素值与灰度图像像素值的转换关系将彩色图像转化为灰度图像，公式如下：
Gray＝R*0.3+G*0.59+B*0.11；
步骤三，图像边缘提取，利用数字图像处理方法中的Roberts算子边缘检测技术作用于灰度图像获取图像的边缘，不同的检测算子具有不同的边缘检测模板，根据具体模板计算交叉像素的差分作为当前像素值，使用模板如下：
E(i,j)＝|F(i,j)-F(i+1,j+1)|+|F(i+1,j)-F(i,j+1)|；
步骤四，图像处理，利用高通/低通滤波器对灰度图像进行滤波处理以构造待评价图像的参考图像，采用3*3均值滤波器，利用滤波模板遍历图像每个像素，每次将模板中心置于当前像素，以模板内所有像素的平均值作为当前像素新值，模板如下：
步骤五，图像边缘统计信息计算，分别计算图像滤波前后各自边缘灰度信息，滤波处理前的待评价图像F统计信息为sum_orig,滤波处理后的参考图像F2统计信息为sum_filter,具体计算公式如下：
sum_orig＝w1×(|F(i,j)-F(i-1,j)|+|F(i,j)-F(i,j-1)|+|F(i,j)-F(i,j+1)|+|F(i,j)-F(i+1,j)|)+w2×(|F(i,j)-F(i-1,j-1)|+|F(i,j)-F(i-1,j+1)|+|F(i,j)-F(i+1,j-1)|+|F(i,j)-F(i+1,j+1)|)，
sum_filter＝w1×(|F2(i,j)-F2(i-1,j)|+|F2(i,j)-F2(i,j-1)|+|F2(i,j)-F2(i,j+1)|+|F2(i,j)-F2(i+1,j)|)+w2×(|F2(i,j)-F2(i-1,j-1)|+|F2(i,j)-F2(i-1,j+1)|+|F2(i,j)-F2(i+1,j-1)|+|F2(i,j)-F2(i+1,j+1)|)，
其中，w1与w2是根据离中心像素的距离设定的权值，w1＝1，w2＝1/3；
步骤六，图像模糊度指标计算，将步骤五得出的图像滤波前后边缘灰度统计信息的比值作为模糊度指标，为方便评价，取较大的为分母，较小的为分子，保持该值介于(0,1)之间；
步骤七，根据最佳视觉效果的DMOS范围得出对应的一个模糊度指标范围[min,max],具体为：
得出模糊度调整范围，利用上述步骤中的模糊度评价方法评价LIVE2中的174幅高斯模糊图像，计算出它们各自的模糊度评价值，然后利用拟合工具plot(value,DMOS)建立评价值value与DMOS之间的映射关系，根据最佳视觉效果对应的DMOS范围得出对应的一个模糊评价值范围[min，max]；
步骤八，图像模糊度调整，若图像模糊度指标小于min，根据步骤六，判定图像滤波前后变化很大，原图像过于锐化，则利用低通滤波器进行滤波调整；若大于max，判定图像滤波前后变化很小，原图像过于模糊，则利用高通滤波器进行滤波调整，以达到更佳视觉效果；
步骤九，得出最终图像和该图像模糊度评价指标，并显示在显示屏上。
进一步，滤波器处理图像不是单一方式处理整幅评价图像，而是鉴于图像的边界和中心像素由于位置的不同导致滤波器对其处理方式的不同，根据滤波器模板大小相应地忽略边界像素后再利用滤波器处理图像，然后对于边界像素采取原始像素填充的方法进行处理。
进一步，所述中央处理器设置有同步正交跳频信号盲源分离模块，所述步正交跳频信号盲源分离的信号处理方法包括：
步骤一，利用含有M个阵元的阵列天线接收来自多个同步正交跳频传感器的跳频信号，对每一路接收信号进行采样，得到采样后的M路离散时域混合信号采集阵列天线节点间不同时间片的交互次数，根据得到的数据建立时间序列，通过三次指数平滑法来预测节点间下一个时间片的交互次数，将交互次数预测值与实际值的相对误差作为节点的直接信任值；直接信任值的具体计算步骤为：采集网络观测节点i与节点j之间的n个时间片的交互次数：选取一定时间间隔t作为一个观测时间片，以观测节点i和被测节点j在1个时间片内的交互次数作为观测指标，真实交互次数，记作yt，依次记录n个时间片的yn，并将其保存在节点i的通信记录表中；预测第n+1个时间片的交互次数：根据采集到的n个时间片的交互次数建立时间序列，采用三次指数平滑法预测下一个时间片n+1内节点i和j之间的交互次数，预测交互次数，记作计算公式如下：
预测系数an、bn、cn的取值可由如下公式计算得到：
其中：分别是一次、二次、三次指数平滑数，由如下公式计算得到：
是三次指数平滑法的初始值，其取值为
α是平滑系数(0＜α＜1)，体现信任的时间衰减特性，即离预测值越近的时间片的yt权重越大，离预测值越远的时间片的yt权重越小；如果数据波动较大，且长期趋势变化幅度较大，呈现明显迅速的上升或下降趋势时α应取较大值(0.6～0.8)，增加近期数据对预测结果的影响；当数据有波动，但长期趋势变化不大时，α可在0.1～0.4之间取值；如果数据波动平稳，α应取较小值(0.05～0.20)；
计算直接信任值：
节点j的直接信任值TDij为预测交互次数和真实交互次数yn+1的相对误差，
采用多路径信任推荐方式而得到的计算式计算间接信任值；收集可信节点对节点j的直接信任值：节点i向所有满足TDik≤φ的可信关联节点询问其对节点j的直接信任值，其中φ为推荐节点的可信度阈值，根据可信度的要求精度，φ的取值范围为0～0.4；计算间接信任值：综合计算所收集到的信任值，得到节点j的间接信任值TRij，其中，Set(i)为观测节点i的关联节点中与j节点有过交互且其直接信任值满足TDik≤φ的节点集合；
由直接信任值和间接信任值整合计算得出综合信任值；综合信任值(Tij)的计算公式如下：Tij＝βTDij+(1-β)TRij，其中β(0≤β≤1)表示直接信任值的权重，当β＝0时，节点i和节点j没有直接交互关系，综合信任值的计算直接来自于间接信任值，判断较客观；当β＝1时，节点i对节点j的综合信任值全部来自于直接信任值，在这种情况下，判断较为主观，实际计算根据需要确定β的取值；
步骤二，对M路离散时域混合信号进行重叠加窗短时傅里叶变换，得到M个混合信号的时频域矩阵
p＝0,1,…,P-1,q＝0,1,…,Nfft-1，其中P表示总的窗数，Nfft表示FFT变换长度；p，q)表示时频索引，具体的时频值为这里Nfft表示FFT变换的长度，p表示加窗次数，Ts表示采样间隔，fs表示采样频率，C为整数，表示短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，C＜Nfft，且Kc＝Nfft/C为整数，也就是说采用的是重叠加窗的短时傅里叶变换；
步骤三，对步骤二中得到的跳频混合信号时频域矩进行预处理；
步骤四，利用聚类算法估计每一跳的跳变时刻以及各跳对应的归一化的混合矩阵列向量、跳频频率；在p(p＝0，1，2，…P-1)时刻，对表示的频率值进行聚类，得到的聚类中心个数表示p时刻存在的载频个数，个聚类中心则表示载频的大小，分别用表示；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…P-1)，利用聚类算法对进行聚类，同样可得到个聚类中心，用表示；对所有求均值并取整，得到源信号个数的估计即：
找出的时刻，用ph表示，对每一段连续取值的ph求中值，用表示第l段相连ph的中值，则表示第l个频率跳变时刻的估计；根据估计得到的以及第四步中估计得到的频率跳变时刻估计出每一跳对应的个混合矩阵列向量具体公式为：
这里表示第l跳对应的个混合矩阵列向量估计值；估计每一跳对应的载频频率，用表示第l跳对应的个频率估计值，计算公式如下：
步骤五，根据步骤四估计得到的归一化混合矩阵列向量估计时频域跳频源信号；
步骤六，对不同跳频点之间的时频域跳频源信号进行拼接；
步骤七，根据源信号时频域估计值，恢复时域跳频源信号；对每一采样时刻p(p＝0，1，2，…)的频域数据Yn(p,q),q＝0,1,2,…,Nfft-1做Nfft点的IFFT变换，得到p采样时刻对应的时域跳频源信号，用yn(p,qt)(qt＝0,1,2,…,Nfft-1)表示；对上述所有时刻得到的时域跳频源信号yn(p,qt)进行合并处理，得到最终的时域跳频源信号估计，具体公式如下：
这里Kc＝Nfft/C，C为短时傅里叶变换加窗间隔的采样点数，Nfft为FFT变换的长度。
围岩松动范围的探测，是弹性波测试技术作为边界条件勘测的应用技术。由于纵波具有传播速度快、能量高、现场容易实现等特性，仅利用纵波从事围岩松动范围的探测。一般来说，声波传播速度与下列因素有关：
1)围岩中裂隙对弹性波的影响。当弹性波传播方向平行裂隙时，波速无变化。而当弹性波传播方向与裂隙垂直时，波速则要减少，减少的多少与裂隙的宽度、裂隙的大小、充填物性质以及岩性有关。
2)岩体所受力学性质对弹性波的影响。不同的弹性介质，声波传播速度也不同。
3)岩体所受应力对声波速度的影响。随应力增加，在各方向波速均增加，平行于加载方向波速增加最大，且其增加速率渐少，而垂直于加载方向，波速增加很少。
所以，根据波速在围岩中分布，就可得出松动圈范围。
纵波速度是通过测定钻孔中一定距离(探头长度)围岩的声波传播时间计算出来，有“双孔对测”和“单孔测试”两种方法，双孔对测需要一对平行钻孔，其中一孔安装发射传感器，另一孔在相应深度安装接受传感器，它所反映的是径向裂隙特征，双孔对测对钻孔平行度要求较高，操作不便，目前应用渐少。
单孔测试反映的是环向裂隙特征，图2是单孔测试工作原理示意图。发射换能器F在钻孔中发射超声波，沿钻孔壁滑行传播。
发射换能器F发射超声波的同时触发计时电路计时，当接收换能器J收到超声波信息后停止计时，测出声波在F—J长度岩体中的传播时间t：
t＝Δt+t0+Δt
式中t—仪器显示的发射换能器到接收换能器间的传播时间；
Δt—声波在钻孔壁与换能器空隙间的传播时间；
t0—专用波在发射—接收换能器长度范围沿孔壁传播时间；
φD—钻孔内径；
φd—换能器直径；
v—钻孔中耦合水的声波速度。
声波在岩石钻孔中的传播速度为：
式中v——钻孔中声波速度；
L——换能器F与J之间距离。
如图3所示：超声波检测装置由发射换能器和接收换能器经由开槽塑封管连接组成，收发两个换能器可互换使用。
套管由铜管制成，每10cm有一尺度槽，共20节，螺纹联接。换能器联接塑料管，在仰斜测试时需要胶带缠裹，以防漏水。
超声波测试时，钻孔中需充满水耦合声波传播，一般情况下应将测试钻孔布设在巷道两帮，并将钻孔略向下扎3°～5°以便存水，这样测试起来比较方便，当钻孔仰斜或向上时，为保证钻孔内注满水，需使用封孔器。
超声波在岩体中的传播速度与岩体受力状态及裂隙程度有关，当围岩裂隙(破裂逢)多时，波速相对于深度完整无裂隙(未松动破坏)岩体的波速低。通过岩石钻孔(直径40～45mm)测出声波纵波速度在围岩钻孔中的分布变化曲线或“时间——孔深”曲线，即可判定围岩裂隙(松动)范围。纵波速度是通过测定钻空中一定距离(探头长度)围岩的声波传播时间计算出来的。发射换能器F在钻孔中发射超声波，沿钻孔壁滑行传播。发射换能器F发射超声波的同时触发计时路开始计时，当接收换能器I收到超声波信息后停止计时s，测出声波在F-I的传播时间，由此计算出波速。
在钻孔中连续移动超声波检测装置，即可测出整个钻孔长度上“波速—孔深”或者“时间—孔深”曲线。曲线中波速或时间变化最大的孔深，即为围岩松动圈的大小。
声波法测试松动圈测试基本原则
影响松动圈的因素较多，将非应力集中或非应力叠加区域内，稳定了的松动圈数值定义为松动圈的基准值，它反映的是岩石强度和原岩应力的基本特征。当地质经受采动、断层等因素影响时，松动圈数值要高于基准值，对此应补充测定。对测得的松动圈数值进行分析，排除异常数据之后，以较大的数值作为松动圈的最终深度。
图4是本发明实施例提供的图像模糊度评价方法概要流程示意图。
本发明提供的矿床水文地质综合勘查系统可有效将水文监测站点内采集的水文数据与水情监控视频进行数据集成融合，将自动采集的水文数据和水情监控视频可实时显示在专用于监控视频的显示器上，改善了水文水情监控的直观性问题；
本发明根据对地质松动圈测定及地质物理力学性质测定所获得的数据进行了分析，有利于并制定了目前开采地质条件下新的开采参数；
本发明的图像评价不同于传统的评价方法，本发明建立在待评价图像自身结构特点基础上，从相对评价的角度出发，利用滤波器构造待评价图像的参考图像，计算变化前后图像边缘统计信息的比值作为评价指标；本发明的原理简单，实现了图像模糊度评价的内容无关性和实时性，可以快速准确评价比较任何图像之间的模糊度。
本发明在不知道任何信道信息的条件下，仅根据接收到的多个跳频信号的混合信号，估计出跳频源信号，能在接收天线个数小于源信号个数的条件下，对多个跳频信号进行盲估计，仅仅利用了短时傅里叶变换，计算量小，容易实现，该方法在对跳频信号进行盲分离的同时，还能对部分参数进行估计，实用性强，具有较强的推广与应用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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