移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)背景下地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

丁沛勛，余 泉，劉 洋，余若同

（江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330030）

調(diào)查研究地質(zhì)情況需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察與量測(cè)，對(duì)工程建設(shè)場(chǎng)地描述其工程地質(zhì)。在地質(zhì)勘查中主要應(yīng)用3S技術(shù)，以Mobile GIS技術(shù)為核心，主要包括地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術(shù)。在當(dāng)前國(guó)際中，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在工程地質(zhì)勘查信息化方面進(jìn)行了大量研究，成功建設(shè)多個(gè)地質(zhì)勘查站點(diǎn)，在獲取信息的同時(shí)得到了可觀的收益，并得到社會(huì)效益[1]。但是就地質(zhì)勘查而言，我國(guó)仍存在諸多問(wèn)題，比如區(qū)域資料收集困難、公路工程地質(zhì)勘查信息化程度不足、公路工程地質(zhì)勘查項(xiàng)目缺乏有效的勘查管理機(jī)制等。將3S技術(shù)作為獲取地質(zhì)信息的核心技術(shù)，系統(tǒng)主要應(yīng)用管理系統(tǒng)架構(gòu)，將數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功，對(duì)于提高地質(zhì)勘察調(diào)繪的工作精度與效率，奠定了一定共享服務(wù)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)背景下數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)重要性

在目前的信息技術(shù)飛速發(fā)展下，地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集尤為重要，這種需求主要包括多源數(shù)據(jù)集成、調(diào)查數(shù)據(jù)信息化，以及采集數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化需求。野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集為了實(shí)現(xiàn)一次性信息采集與計(jì)算機(jī)處理功能，完成對(duì)大范圍數(shù)據(jù)間的相互操作，達(dá)到無(wú)縫數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)，因此需要地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在野外采集數(shù)據(jù)時(shí)，因?yàn)槿狈?biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，無(wú)法達(dá)到既定目的，尤其是地質(zhì)野外調(diào)繪數(shù)據(jù)之中信息的描述方式，最重要的就是標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)。在地質(zhì)勘查過(guò)程中，電力系統(tǒng)應(yīng)該配合使用[2]。首先使用電力信息采集系統(tǒng)采集、分析和處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，明確電力客戶的真實(shí)需求所在，以增值服務(wù)于廣大客戶為目標(biāo)，優(yōu)化資源配置的同時(shí)預(yù)測(cè)客戶用電量，為未來(lái)新能源發(fā)電信息采集奠定基礎(chǔ)，也為電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展做出最大貢獻(xiàn)[3]。

2 地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器

傳統(tǒng)地質(zhì)勘查過(guò)程中，所測(cè)量的地球化學(xué)性質(zhì)主要是元素的含量。地球化學(xué)勘查的目的一直是通過(guò)地球化學(xué)異常的線索來(lái)找尋礦床，地球化學(xué)勘查的應(yīng)用正在逐步擴(kuò)大，它不僅可用于找礦，還可為解決環(huán)境污染。但地球化學(xué)勘查所得出的數(shù)據(jù)較為淺析，不能準(zhǔn)確的確定地質(zhì)深部結(jié)構(gòu)發(fā)展程度，因此，提出本文方法進(jìn)行勘查，HP28743A在地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)中有著很大作用，主要與地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)的核心Mobile GIS有關(guān)。HP28743A在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流的設(shè)計(jì)與圖像處理中有著廣泛應(yīng)用：如雷達(dá)、影像、語(yǔ)音識(shí)別、醫(yī)用超聲，以及聲納研究等領(lǐng)域。這種示波器普遍存在3GHz的采樣率，并有三個(gè)通道可輸入信號(hào)，5082點(diǎn)或9931點(diǎn)為每幀采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，示波器采樣精度為6位，電壓量程在3mV/div～8mV/div之間,每個(gè)示波器均配備1/8個(gè)探頭來(lái)控制數(shù)據(jù)衰減變化，波形存儲(chǔ)器被放置于示波器通道上，示波器的存儲(chǔ)器有著8020個(gè)單元，最多能存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)數(shù)量為8020個(gè)字節(jié)。當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)采用擴(kuò)展方式的時(shí)候，存儲(chǔ)器每個(gè)單元均與屏幕上的目標(biāo)點(diǎn)相互對(duì)應(yīng)；當(dāng)目標(biāo)點(diǎn)采用普通方式下的時(shí)候，存儲(chǔ)器只能應(yīng)用前6951個(gè)字節(jié)。

2.2 RS541串聯(lián)管理接口設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)時(shí)會(huì)使用到Mobile GIS技術(shù)，這種技術(shù)會(huì)應(yīng)用到串聯(lián)接口。兩種方式轉(zhuǎn)換信號(hào)是一般芯片的內(nèi)部原理，對(duì)脈沖轉(zhuǎn)換的方式需要在設(shè)計(jì)時(shí)格外注意。設(shè)計(jì)接口通信線路時(shí)需選擇MAX109實(shí)現(xiàn)電平的統(tǒng)一。而且在數(shù)據(jù)緩沖過(guò)程中，電壓值轉(zhuǎn)化形式為主要目標(biāo)，展示方式為數(shù)值形式。在當(dāng)前情況下，RS232接口的串聯(lián)接口能夠被廣泛應(yīng)用，在非同步傳輸時(shí)，接口對(duì)應(yīng)的比特流應(yīng)與前后分別對(duì)應(yīng)，從而確保非同步傳輸信息傳輸路徑相同。對(duì)于設(shè)備串口和TTL單片機(jī)串口之間的電平轉(zhuǎn)換使用芯片MAX411，TTL數(shù)據(jù)從T l IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-541數(shù)據(jù)從T 1 OUT送到電腦DB9插頭；DB7插頭的RS-541數(shù)據(jù)從R1IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL數(shù)據(jù)后從R10UT輸出到單片機(jī)。具體傳輸方式如圖1所示。

圖1 RS541串聯(lián)接口傳輸方式

3 地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

根據(jù)Mobile GIS技術(shù)，在建設(shè)系統(tǒng)時(shí)主要依靠以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟去完成設(shè)計(jì)。第一步準(zhǔn)備資料，廣泛收集地質(zhì)勘查項(xiàng)目中的文檔報(bào)表、各類地圖，還有影像等圖形資料，在收集過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行分析判別并歸類。第二步處理數(shù)據(jù)，掃描電子圖件、錄入紙質(zhì)文檔，并處理投影變換與拓?fù)潢P(guān)系。第三步進(jìn)行信息提取，在野外采集系統(tǒng)獲取勘測(cè)點(diǎn)的鉆孔進(jìn)度與地質(zhì)圖像，進(jìn)而整理分析信息。第四步數(shù)據(jù)入庫(kù)，將前幾個(gè)階段獲取的地質(zhì)信息收集到數(shù)據(jù)庫(kù)中。最后階段表達(dá)信息，根據(jù)項(xiàng)目需求對(duì)信息整合并表達(dá)，為工作匯報(bào)提供更生動(dòng)的素材。具體方法步驟如圖2所示。

圖2 地質(zhì)勘查采集管理系統(tǒng)基本步驟

根據(jù)以上步驟就能完成對(duì)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理的系統(tǒng)開發(fā)。基于先進(jìn)的GIS技術(shù)，采用組件式開發(fā)手段建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到工程地質(zhì)勘查中，做出集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、空間分析、查詢檢索、決策支持于一體的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

3.2 數(shù)據(jù)采集

采集材料時(shí)，主要使用HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器來(lái)采集地質(zhì)的圖像與影像資料。HP28743A在通道1和通道2上具有212MHz的帶寬，而在限定衰減的通道在通道3和通道4上，具有307MHz帶寬，盡可能使數(shù)字電路的調(diào)試者們有效地觀測(cè)和觸發(fā)在小于2.9ns上升時(shí)間的數(shù)字信號(hào)上。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)15032主機(jī)內(nèi)有著4個(gè)28743A板，那么系統(tǒng)內(nèi)最大內(nèi)存顯示20Mbits/通道為6個(gè)通道所有，2Mbits/通道就是60個(gè)通道的最大內(nèi)存，由此發(fā)現(xiàn)HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器大大加快了數(shù)據(jù)采集的進(jìn)程。

3.3 數(shù)據(jù)管理

管理地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)時(shí)在Mobile GIS技術(shù)的引導(dǎo)下，需要采用RS541串聯(lián)管理接口相關(guān)聯(lián)的芯片。完成HP28743A數(shù)字化示波器與RS541串聯(lián)接口設(shè)計(jì)之后，就可以對(duì)基于Mobile GIS的地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進(jìn)行研究。在RS541串聯(lián)管理中對(duì)數(shù)據(jù)基本趨勢(shì)進(jìn)行研究，設(shè)MS為數(shù)據(jù)上限，LXY為合格下限，MSQ為數(shù)據(jù)最大值，MAQ為數(shù)據(jù)最小值，如下圖4為數(shù)據(jù)分析查詢中的基本趨勢(shì)圖。

RS541串聯(lián)管理通過(guò)時(shí)間和測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，顯示測(cè)量數(shù)據(jù)隨著時(shí)間改變而得到的數(shù)據(jù)，并生成趨勢(shì)曲線。根據(jù)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的采集在1h前并無(wú)變化，為25.8921m；2h～5h時(shí)也是數(shù)據(jù)不變，為42.3578m，總體看呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖3 基本趨勢(shì)圖

4 實(shí)驗(yàn)比對(duì)分析

為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)采集與管理流程是否正確，同時(shí)對(duì)比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法，所設(shè)計(jì)處的系統(tǒng)要先在一臺(tái)傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，另一臺(tái)系統(tǒng)電腦使用HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并采用RS541串聯(lián)管理接口對(duì)接數(shù)據(jù)采集的芯片，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，二者數(shù)據(jù)采集的數(shù)量對(duì)比如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集與管理流程對(duì)比

經(jīng)過(guò)上述兩張曲線圖的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)采用硬件設(shè)備之后的數(shù)據(jù)采集進(jìn)程較為快速，而傳統(tǒng)電腦收集數(shù)據(jù)的速度較為平緩。由此可知，使用HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并采用RS541串聯(lián)管理接口對(duì)接之后，對(duì)數(shù)據(jù)的采集與管理更加簡(jiǎn)單便捷。

5 結(jié)束語(yǔ)

地質(zhì)勘查工程是所有地質(zhì)類問(wèn)題研究的基礎(chǔ)，明確地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)特點(diǎn)與工程項(xiàng)目總體要求之后，基于HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器與RS541串聯(lián)管理接口設(shè)計(jì)的硬件組成，將可視化技術(shù)、地圖制圖理論、空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更好結(jié)合在一起，將地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)建設(shè)出來(lái)，完成對(duì)數(shù)據(jù)的管理采集與數(shù)據(jù)分析的一系列流程。在野外地質(zhì)信息的獲取調(diào)查中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)野外地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集，在系統(tǒng)的建設(shè)中改變傳統(tǒng)地球化學(xué)地質(zhì)勘察缺點(diǎn)，改變數(shù)據(jù)采集時(shí)主觀差異性大、室內(nèi)作業(yè)麻煩、采集數(shù)據(jù)時(shí)過(guò)于浪費(fèi)時(shí)間的現(xiàn)狀。根據(jù)數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，優(yōu)化地質(zhì)勘察采集數(shù)據(jù)方式，對(duì)調(diào)研人員技術(shù)要求降低的同時(shí)，將質(zhì)量大幅提高，使工作效率更大提升。除此之外，數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)與移動(dòng)平板、智能手機(jī)等設(shè)備相互配備，使地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集更為簡(jiǎn)單和精確。