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)情況需要通過現(xiàn)場觀察與量測，對工程建設場地描述其工程地質(zhì)。在地質(zhì)勘查中主要應用3S技術，以Mobile GIS技術為核心，主要包括地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、遙感技術。在當前國際中，國內(nèi)外學者在工程地質(zhì)勘查信息化方面進行了大量研究，成功建設多個地質(zhì)勘查站點，在獲取信息的同時得到了可觀的收益，并得到社會效益[1]。但是就地質(zhì)勘查而言，我國仍存在諸多問題，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)勘查項目缺乏有效的勘查管理機制等。將3S技術作為獲取地質(zhì)信息的核心技術，系統(tǒng)主要應用管理系統(tǒng)架構(gòu)，將數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)設計成功，對于提高地質(zhì)勘察調(diào)繪的工作精度與效率，奠定了一定共享服務數(shù)據(jù)基礎。

1 移動互聯(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)標準化需求。野外地質(zhì)數(shù)據(jù)采集為了實現(xiàn)一次性信息采集與計算機處理功能，完成對大范圍數(shù)據(jù)間的相互操作，達到無縫數(shù)據(jù)庫標準，因此需要地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)的設計。在野外采集數(shù)據(jù)時，因為缺乏標準化數(shù)據(jù)，無法達到既定目的，尤其是地質(zhì)野外調(diào)繪數(shù)據(jù)之中信息的描述方式，最重要的就是標準化系統(tǒng)。在地質(zhì)勘查過程中，電力系統(tǒng)應該配合使用[2]。首先使用電力信息采集系統(tǒng)采集、分析和處理基礎數(shù)據(jù)，明確電力客戶的真實需求所在，以增值服務于廣大客戶為目標，優(yōu)化資源配置的同時預測客戶用電量，為未來新能源發(fā)電信息采集奠定基礎，也為電網(wǎng)的建設與發(fā)展做出最大貢獻[3]。

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

2.1 HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器

傳統(tǒng)地質(zhì)勘查過程中，所測量的地球化學性質(zhì)主要是元素的含量。地球化學勘查的目的一直是通過地球化學異常的線索來找尋礦床，地球化學勘查的應用正在逐步擴大，它不僅可用于找礦，還可為解決環(huán)境污染。但地球化學勘查所得出的數(shù)據(jù)較為淺析，不能準確的確定地質(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。HP28743A在數(shù)字數(shù)據(jù)流的設計與圖像處理中有著廣泛應用：如雷達、影像、語音識別、醫(yī)用超聲，以及聲納研究等領域。這種示波器普遍存在3GHz的采樣率，并有三個通道可輸入信號，5082點或9931點為每幀采樣點個數(shù)，示波器采樣精度為6位，電壓量程在3mV/div～8mV/div之間,每個示波器均配備1/8個探頭來控制數(shù)據(jù)衰減變化，波形存儲器被放置于示波器通道上，示波器的存儲器有著8020個單元，最多能存儲的波形數(shù)據(jù)數(shù)量為8020個字節(jié)。當目標點采用擴展方式的時候，存儲器每個單元均與屏幕上的目標點相互對應；當目標點采用普通方式下的時候，存儲器只能應用前6951個字節(jié)。

2.2 RS541串聯(lián)管理接口設計

在設計地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)時會使用到Mobile GIS技術，這種技術會應用到串聯(lián)接口。兩種方式轉(zhuǎn)換信號是一般芯片的內(nèi)部原理，對脈沖轉(zhuǎn)換的方式需要在設計時格外注意。設計接口通信線路時需選擇MAX109實現(xiàn)電平的統(tǒng)一。而且在數(shù)據(jù)緩沖過程中，電壓值轉(zhuǎn)化形式為主要目標，展示方式為數(shù)值形式。在當前情況下，RS232接口的串聯(lián)接口能夠被廣泛應用，在非同步傳輸時，接口對應的比特流應與前后分別對應，從而確保非同步傳輸信息傳輸路徑相同。對于設備串口和TTL單片機串口之間的電平轉(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。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)軟件設計

3.1 數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)流程設計

根據(jù)Mobile GIS技術，在建設系統(tǒng)時主要依靠以下幾個關鍵步驟去完成設計。第一步準備資料，廣泛收集地質(zhì)勘查項目中的文檔報表、各類地圖，還有影像等圖形資料，在收集過程中應進行分析判別并歸類。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撲關系。第三步進行信息提取，在野外采集系統(tǒng)獲取勘測點的鉆孔進度與地質(zhì)圖像，進而整理分析信息。第四步數(shù)據(jù)入庫，將前幾個階段獲取的地質(zhì)信息收集到數(shù)據(jù)庫中。最后階段表達信息，根據(jù)項目需求對信息整合并表達，為工作匯報提供更生動的素材。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地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理的系統(tǒng)開發(fā)。基于先進的GIS技術，采用組件式開發(fā)手段建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將其應用到工程地質(zhì)勘查中，做出集數(shù)據(jù)存儲管理、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，主要使用HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器來采集地質(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)試者們有效地觀測和觸發(fā)在小于2.9ns上升時間的數(shù)字信號上。當標準15032主機內(nèi)有著4個28743A板，那么系統(tǒng)內(nèi)最大內(nèi)存顯示20Mbits/通道為6個通道所有，2Mbits/通道就是60個通道的最大內(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)采集的進程。

3.3 數(shù)據(jù)管理

管理地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)時在Mobile GIS技術的引導下，需要采用RS541串聯(lián)管理接口相關聯(lián)的芯片。完成HP28743A數(shù)字化示波器與RS541串聯(lián)接口設計之后，就可以對基于Mobile GIS的地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行研究。在RS541串聯(lián)管理中對數(shù)據(jù)基本趨勢進行研究，設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圖。

RS541串聯(lián)管理通過時間和測量數(shù)據(jù)進行篩選，顯示測量數(shù)據(jù)隨著時間改變而得到的數(shù)據(jù)，并生成趨勢曲線。根據(jù)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設目標，可以發(fā)現(xiàn)地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)的采集在1h前并無變化，為25.8921m；2h～5h時也是數(shù)據(jù)不變，為42.3578m，總體看呈增長趨勢。

圖3 基本趨勢圖

4 實驗比對分析

為了驗證數(shù)據(jù)采集與管理流程是否正確，同時對比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法，所設計處的系統(tǒng)要先在一臺傳統(tǒng)計算機上進行數(shù)據(jù)采集，另一臺系統(tǒng)電腦使用HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器進行數(shù)據(jù)采集，并采用RS541串聯(lián)管理接口對接數(shù)據(jù)采集的芯片，經(jīng)過一段時間后，二者數(shù)據(jù)采集的數(shù)量對比如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)采集與管理流程對比

經(jīng)過上述兩張曲線圖的對比，可以發(fā)現(xiàn)采用硬件設備之后的數(shù)據(jù)采集進程較為快速，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)示波器進行數(shù)據(jù)采集，并采用RS541串聯(lián)管理接口對接之后，對數(shù)據(jù)的采集與管理更加簡單便捷。

5 結(jié)束語

地質(zhì)勘查工程是所有地質(zhì)類問題研究的基礎，明確地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)特點與工程項目總體要求之后，基于HP28743A采集數(shù)據(jù)示波器與RS541串聯(lián)管理接口設計的硬件組成，將可視化技術、地圖制圖理論、空間數(shù)據(jù)庫技術、互聯(lián)網(wǎng)技術更好結(jié)合在一起，將地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)建設出來，完成對數(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，應用數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對野外地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集，在系統(tǒng)的建設中改變傳統(tǒng)地球化學地質(zhì)勘察缺點，改變數(shù)據(jù)采集時主觀差異性大、室內(nèi)作業(yè)麻煩、采集數(shù)據(jù)時過于浪費時間的現(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，對調(diào)研人員技術要求降低的同時，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)與移動平板、智能手機等設備相互配備，使地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)采集更為簡單和精確。