信号并根据接收到的地震波信号和电磁波信号进行处理确定隧道前 方地质情况以进行地质预报，具体实现时，主机可以采用现有的预报处理模块进行信号分 析处理及地质预报，例如采用现有的地质预报处理算法及主机进行处理，当然也可以采用 新的预报处理模块进行信号分析处理及地质预报，这里不做限定。
[0036] 上述的实施例可以对现场隧道掘进机施工的掌子面周围空间一定范围内的地质 情况进行实时监测和预报，尤其是对含水地质体等危险地质体进行实时监测和预报，若设 置远程控制中心，还可将检测到数据通过无线网络实时上传到远程控制中心，实现远程实 时监测和预报以便于作出合理决策，通过上述的实施例不仅可以减少人工劳动，减小作业 风险，而且提高预报工作效率，特别是对于长隧道而言，大大减少施工费用，节省成本，综合 社会经济效益高。
[0037] 参考图2,作为一个优选的具体实施例，所述第一无线数据采集装置4包括：第一 信号调理电路41，与所述第一信号调理电路41相连的第一模数转换电路42以及与所述第 一模数转换电路42相连的第一无线通信电路43,其中第一信号调理电路41主要是用于将 地震波传感器监测到的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其 他目的信号，所述第一模数转换电路42将经过第一信号调理电路41转换后到的信号进行 模数转换，第一无线通信电路43将模数转换后的数字信号发送给预报处理主机6进行处 理，另外，具体实现时，可通过一个第一供电电池（未在图中标识）对第一无线通信电路43 供电，当然也可以采用外接电源来供电，本实用新型并不作限定。
[0038] 参考图3,作为优选的具体实施例，所述第二无线数据采集装置5包括：第二信号 调理电路51，与所述第二信号调理电路51相连的第二模数转换电路52以及与所述第二模 数转换电路52相连的第二无线通信电路53,其中第二信号调理电路51主要是用于将地震 波传感器监测到的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目 的信号，所述第二模数转换电路52将经过第一信号调理电路51转换后的信号进行模数转 换，第一无线通信电路53将模数转换后的数字信号发送给预报处理主机6进行处理。另外， 具体实现时，可通过一个第二供电电池（未在图中标识）对第一无线通信电路43供电，同 样，也可以采用外接电源来供电，本实用新型并不作限定。
[0039] 需要说明的，上述实施例中第一模数转换电路42和第二模数转换电路52均可采 用24位模数转换电路，可以大大提高地震波/电磁波信号采集精度。
[0040] 参考图4,作为一个优选的实施例，为了接收地震波信号和电磁波信号，所述主机 6包括有：
[0041] 接收单元61，用于接收从第一无线数据采集装置4发送来的地震波信息以及从第 二无线数据采集装置5发送来的电磁波信号，具体实现时，例如接收单元61可分别与第一 无线数据采集装置的第一无线通信电路和第二无线数据采集装置的第二无线通信电路建 立无线通信连接进而接收相关信号，这里不再赘述。
[0042] 另外，为了对接收的地震波进行处理并进行地质预报，作为一个优选的实施例，所 述主机还可包括有：
[0043] 盲信号分离处理单元621，用于采用盲信号分离算法对接收单元61接收到的地震 波信号进行分离处理，将强震源干扰信号与地层反射波信号分离；
[0044] 第一预测处理单元622,根据获得的地层反射波信号，确定隧道前方地质异常情 况。
[0045] 本实施例中盲信号分离是指在源信号和信道未知的情况下，仅利用地震波传感器 接收到的观测信号，根据源信号相互之间的统计独立性质而恢复出源信号的过程。根据源 信号的混合形式可以把盲信号分离问题分为三大类：线性瞬时信号混合模型、卷积混合信 号（盲反卷积）模型和非线性混合信号模型。作为一个优选的具体实施例，例如可选取线 性瞬时混合信号模型进行盲信号分离，一种盲信号分离的瞬时模型的具体实施例如图5所 示：
[0046] 假设s(k) = [Sl(k)，s2(k)，…，sn(k)]T是n个相互独立的未知源信号，在经过未 知信道A的传输后采集到m个观测地震波信号x(k) = [Xl(k)，x2(k)，…，Xni(k)]T，并受到 加性噪声n(k)的影响。这种线性混合可以用数学模型表示为：
[0047] x(k) =As(k)+n(k)，k= 1，2，... (1)
[0048] 上述公式中，A为mXn维的满秩混合矩阵且m彡n。由于观测信号含噪声相当于 源信号与观测信号之间存在某种非线性关系，依据公式（1)实现信号的分离是困难的。
[0049] 为此通常假设信号不含噪声，从而有
[0050] x(k) =As(k)，k=1，2，... (2)
[0051] 公式（2)可以说是一种线性瞬时生成模型，因为该模型实际描述的是观测信号是 如何由源信号的混合得到的，盲信号分离的任务是在未知源信号s(k)和混合系数A的情况 下，仅通过对观测地震波信号x(k)处理，得到分离矩阵W，求出源信号s(k)的估计y(k)，即
[0052] y(k) =ffx(k) =WAs(k) (3)
[0053] 当WA是一个每行每列只有一个非零元素的矩阵时，均可以恢复源信号，进而达到 将强震源干扰信号与地层反射波信号分离的目的。
[0054] 另外，为了处理接收到的电磁波信号，同样参考图4,所述主机6也可包括有：
[0055] 震电效应处理单元631，用于对接收单元61接收到的电磁波信号进行震电效应处 理；
[0056] 第二预测处理单元632,根据所述震电效应处理单元得到的震电效应处理结果确 定隧道前方含水地质体情况。
[0057] 本实施例中利用震电效应这一特性可确定隧道前方地质含水的情况，而如图6所 示，震电效应是指地震波和电磁波能量在地下介质中的耦合与转换，目前业界公认的震电 效应产生的机制主要有三类：
[0058] 第1类震电效应：利用电极向地下提供稳恒直流电的过程中，如果有地震波通过 供电区，震动引起电极附近电阻率发生变化，导致供电回路中的电流产生周期性波动，该现 象称为第一类震电效应（I效应或电阻效应）；
[0059] 第2类震电效应：将两个接通但不供电的电极插入土壤中，单边激发地震波，地震 波在土壤中传播时，因离弹性场源不同距离之间存在电位差，在电极回路可检测到交变电 流，该现象称为第二类震电效应（E效应或流动电势效应）；
[0060] 第3类震电效应：双相介质在受到动态形变时，局部体应变将引起介质密度的瞬 态变化，介电常数也随之改变，造成双电层中电荷密度的波动，产生充放电电流，该现象称 为第三类震电效应（或激发极化震电效应）。
[0061] 在实际地震勘探中，对于地质中某些含流体多孔介质而言，以双电层理论为基础 的E类震电效应远大于压电和电致伸缩，压电效应最强的天然石英脉的震电能量转换效率 可以为10 6量级，而地质中含流体多孔介质在一定条件下的震电能量转换效率可达10 3量 级，即震电信号相对较强，具有可探测性，使之在石油勘探和环境工程及天然地震预报等领 域具有良好的应用前景，本实施例中也是利用E效应来研究地下含水体的分布，并与盲信 号分离技术的地震波场反演得到的含水地质体对比验证，从而获得更高的分辨率和精确度 以进行有效的超前地质预报。
[0062] 下面说明上述隧道掘进机超前地质预警系统中具体进行地质预报的处理流程，参 考图7,具体预报处理流程主要包括：
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