地铁对地磁场观测影响的试验分析
发布时间：2021-04-16 会员：
试验背景
为了了解地铁运行对地磁场观测的影响，我们进行了这次试验。试验地点附近有两条地铁线路（如下图）经过，而且距离较近。我们选择下午14:00~15:00间，在地铁站内记录列车的进出站情况，且选取采样率40进行观测。在晚上到第二天凌晨间也进行了观测，以便进行对比分析。
图1 试验布置示意图
下表给出列车进出站的部分记录
| 地铁6号线 | 地铁9号线 | |||||
| 序号 | 进站时间 | 出站时间 | 运行方向 | 进站时间 | 出站时间 | 运行方向 |
| 1 | 14:19:42 | 14:20:58 | W | 14:17 | 14:18 | N |
| 2 | 14:24:10 | 14:25:10 | E | 14:22 | 14:23 | S |
| 3 | 14:25:35 | 14:26:46 | W | 14:23 | 14:24 | N |
| 4 | 14:30:09 | 14:31:36 | E | 14:28 | 14:29 | S |
| 5 | 14:31:32 | 14:32:41 | W | 14:29 | 14:30 | N |
试验结果的定性分析
以下给出在白天有地铁运行时和夜间无地铁运行时，磁场各分量及总场的观测曲线及拟合的背景场曲线。
图2a EW方向磁场的观测曲线及拟合的背景场曲线（红线）
图2b NS方向磁场的观测曲线及拟合的背景场曲线（红线）
图2c UD方向磁场的观测曲线及拟合的背景场曲线（红线）
图2d 总场磁场的观测曲线及拟合的背景场曲线（红线）
图2 在白天有地铁运行时，磁场各分量及总场的观测曲线及拟合的背景场曲线（红线）
通过对图2所示曲线进行分析可知：在白天有地铁运行时，磁场各分量和总场的观测曲线相对于背景场有大的跳动；且在曲线上明显出现一系列有规律变化的尖峰，如图中显示的14:21、14:24和14:27时间点前后；对照地铁运行进出站记录的时间，这一系列尖峰的出现极有可能是地铁在运行过程中，对磁场观测曲线影响的响应。此外除了一系列尖峰变化的出现，曲线还有一些相对较小的扰动变化，推测认为是周围其它电气化设备及汽车等引起的磁场观测的变化。
针对对图3所示曲线进行分析：在夜间没有地铁运行时，磁场各分量和总场的观测曲线相对于背景场没有出现较大的跳动，背景场变化比较平稳；由于在夜间观测时，采样率选择较大（100Hz），采样数据中包含了大量的工频干扰部分，故推测上图所示即为在背景场和工频干扰部分，由此可以得出，在夜间没有地铁运行以及其他电气化设备等影响的情况下，磁场观测曲线的变化较平稳。
结合图2和图3综合分析可以看出，磁场各分量和总场的观测曲线，受地铁及其他电气化设备的影响比较明显；且在地铁运行时，对磁场观测的影响较大，在观测曲线上出现有规律性的尖峰变化。
分别对图4中磁场各分量及总场相对于背景场的变化曲线进行分析。
在图4a显示的是EW方向磁场相对于背景场的变化，由图4a可以看出在EW方向上，地铁等干扰源对磁场的影响范围约为-150~300nT，针对出现较大的波动的时间段，结合此时段地铁的运行情况分析：在时间点14:20:30~14:21:30间，正好是6号线有一列车向西开出经过试验地；在时间点14:23:45~14:24:30间，有地铁9号线一列向北运行和6号线一列车经过试验地进站；在时间点14:26:30~14:27:15间，有是6号线有一列车向西开出经过试验地，由此推测地铁的运行对磁场观测是有较大的影响，且从曲线形态上可以看出，波动出现有波峰波谷。
在图4b显示的是NS方向磁场相对于背景场的变化，由图4b可以看出在NS方向上，地铁等干扰源对磁场的影响范围约为-1700~1000nT。
在图4c显示的是垂直方向磁场相对于背景场的变化，由图4c可以看出在垂直方向上，地铁等干扰源对磁场的影响范围约为-2400~1600nT。
在图4d显示的是总场磁场相对于背景场的变化，由图4d可以看出对于总场磁场，地铁等干扰源对磁场的影响范围约为-3000~1800nT。
对于图4b、4c和4d出现较大波动的时间段和图4a所示基本一致，且曲线形态显示一致。
综合图4的图件分析可知，在地铁运行时，对无论在哪个方向上的磁场还是总场磁场都有一定的影响，其中在EW方向上影响相对较小，而垂直方向上影响最大，在NS方向次之，这可能与地铁运行的方向有关。对于其他相对较小的波动，推测认为是一些没有规律可循的电气化设备及汽车等的干扰源引起的。
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