摘要：主要研究壤层工作面无线电磁波层析成像反演，根据煤层对电磁波吸收特征以及电磁波在煤层中传播特点，选择直射线追踪，反投影法（BPT）、代数重建法（ART）、联合迭代重建法（ SIRT）等图像重建方法，对比分析了不同方法的优缺点，最后选择SIRT方法利用VC++软件编制程序实现，在实际资料处理中取得良好效果。
关键词：CT成像；直射线追踪；反投影重建；代数重建；联合迭代重建
中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 15-0000-02
1 CT层析成像原理
CT技术的图像重建计算方法从数学上有变换法和代数迭代法两大类。目前在地学中主要应用代数迭代法进行图像重建。代数重建法的基本思想是依据射线原理，首先对成像条件提出一个初始模型，然后把模型网格他，计算出投影函数的观测值与理论值的残差量，将每条射线的残差量以它穿经每一网格的路径长度为权分摊到该网格中去，修正模型，反复迭代直到满足收敛条件为止。工作面电磁波透视法采用偶极子天线发射，在介质中任意点的磁场
表达式可表示为：
（1）
式中，H-实测场强值；H0-理论初始场强值；β-介质吸收系数；r-发射点到接收点距离；sinθ-方向因子，一般可认为等于1。
如图1所示，把坑透工作面划分成有不同吸收系数的若干小单元（像元），每一小单元内可视为介质均匀的。
假设电磁渡的第i个传播路径为ri，则它可以表示为若干小单元的距离之和
（2）
对没有射线穿过的小单元，可视dij=0，于是式（1）变成
= （3）
对式（3）两端取对数有
） （4）
若在多个发射点上对场强分别进行多重观测，便可以形成矩阵方程：
[X][D]=[Y]。 （5）
式中：[X]- 未知数矩阵；[D]= 。系数矩阵；[Y]一已知数矩阵，即实测值。
2 关键技术
无限电磁渡层析成像反演主要包括两个方面的技术：射线追踪技术和图像重建技术。射线追踪一般包括直射线追踪、最短路径追踪、线性差值追踪和弯曲射线追踪。本文根据实际使用的无线电磁波为高频率，勘探距离一般小于300 m的情况，选择直射线追踪，这种方法简单易实现，具有追踪速度快的优点。
图像重建方法主要包括BPT算法、ART算法、SART算法和SIRT算法。对非精确投影数据重建图像时，BPT重建图像比较粗糙，背景也不是很干净，达不到所要的效果，但概念简单，它的重建结果可以作为ART和SIRT的迭代初值。ART方法的特点是占用内存少，但迭代的收敛性能较差，并依赖于初值选取，且计算速度慢，但收敛速度快，迭代次数少，对投影数据的误差较敏感。SIRT迭代算法收敛平稳，计算简便快捷，但用计算机内存较大，收敛较为缓慢，迭代次数较多，且重建效果与射线分布的单一性影响较大。因此在采集数据精确时用ART方法较好，否则宜用SIRT方法。本文在实现时首先使用BPT方法反演一次，目的是给网格赋一初始值，然后使用SIRT方法反演。
3 无限电磁波层析成像反演系统简介
本文利用VC++6.0开发了煤层无线电磁波层析成像反演系统GJwkt，包括其主要功能包括建立工作面、导数观测数据、显示各种平面图形、网格追踪和层析反演。图2为任意工作面示意图。
3.1 工作面发射接收线
图3为工作面发射接收线示意图。系统可以根据用户给定一个衰减系数临界值分别显示射线，图3中粗线即为衰减系数大于某一临界值时情况。此功能可以方便地平面图上看数异常的分布范围和大致走向，为反演图解释提供间接依据，避免错把观测畸变点当成异常解释。同时可以显示剖分网格的大小，根据每个网格的射线数判定反演的可靠性。
3.2 单点发射衰减曲线显示
图4为单点发射多点接收的衰减曲线图。
在实际观测测量值时，如果某一接收点位于金属附近，接收到的数值明显低于周边点，针对矿井下观测条件干扰因素多的问题，系统提供了观测单个衰减曲线的功能，观测异常点分布情况，在确定为畸 变点情况下，可以通过鼠标拉动动态修改观测值。
3.3 反演结果显示
根据结果实时检测反演效果，如遇不合理情况，随时更改反演参数及检查错误原因。
3.4 色表制作
由于反演结果数据的范围及间隔问题，同一色标不可能对所有图件都适应，为了突出地质异常，系统实现了动态自定义色标，同时此色标格式与地质绘图软件Surfer的色标文件通用。
4 结论
基于windows的煤层无线电磁波层析成像反演系统GJwkt在充分研究电磁波在煤层中传播规律及图像重构方法的基础E，选择直射线追踪及BPT、SIRT朕合反演，实现了任意形状工作面数据的加载及反演。通过对比反演结果和实际验证，能够满足煤矿安全生产的需要。
[作者简介]
何继斌（1978.9-），男，工程师，就职于中国煤炭科工集团西安研究院。
