（矿产普查与勘探专业论文）电测深数据处理软件elecslice的开发.pdf

太原理i 人学硕十研究生学何论文 电测深数据处理软件e l e c s l ic e 的开发 摘要 电测深法是电法勘探中应用范围较广的一种方法。随着电法 勘探的发展，在电测深法解释与成图方面也相应研发出了众多 的数据处理软件。然而在应用过程中发现，这些软件将原始数 据与数据处理结果保存成数据库方面功能有待加强，提供修改 数据的接口还不够便捷，容错性也有待提高，成图能力需要完 善。此外，这些软件在对四维数据流( 三维空间点的坐标及点 的属性值) 的三维切片成图方面研究较少，而空间任意角度切 片对于进行深入的数据分析，更合理的数据解释及更直观的数 据可视化具有较大的意义，尤其是在多种物探方法与地质相结 合的解释方面和对其它物探方法的解释与成图可起到定的借 鉴作用。针对这一问题，作者给出了在进行一般性数据处理后， 能成剖面图，断面图，平面剖面图等图件，尤其是能对四维数 据流成三维切片表现图的e l e c s l i c e 电测深数据处理软件。 作者简述了国内外同类及相关软件的特点之后，根据电测深 法工作的基本原理，结合电测深的数据解释途径阐明了本软件 l 太原理l ：人学硕十“丌究生学何论文 开发的意义。本文在电测深法自身规律的基础上按照软什工程 的要求进行了需求分析，之后恰当选择了微软n e tf r a m e w o r k 与m a t l a b 计算平台相结合的开发环境，并使用新一代编程语言 v i s u a lc ( c s h a r p ) 作为主要开发语言，以a d o n e t 数据存储 方式结合a c c e s s 数据库，同时以m 脚本语言实现成图功能，最 终将软件分为串口通信，数据处理，数据成图三个模块分别给 予实现。将该软件应用于单一介质温度变化与视极化率的试验 研究取得较理想的结果。论文在最后给出了软件本身的一些不 足，此外还对未来该类软件的发展方向提出了自己的观点。 本软件集数据传输、数据管理、资料处理、图形绘制功能于 一体，为用户提供了方便、快捷、可视化的工作平台。尤其是 实现了对四维数据成图的功能，拓宽了电测深数据的解释途径。 关键词：电测深，数据处理，三维切片，cs h a r p ，m a l 、l a b 太原理1 人学硕十研究生学位论文 t h ed e s l g no fs o f t w a r ee l e c s l i c et h a t p r o c e s s e l e c t r i cs o u n d i n gd a t a a b s t r c t a sak i n do fe l e c t r i c p r o s p e c t i n gm e t h o d ，e l e c t r i cs o u n d i n g h a saq u i t ew i d er a n g eo fa p p l i c a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to f e l e c t r i cp r o s p e c t i n g ，i nt h ef i e l d so fi n t e r p r e t a t i o na n dd r a w i n gi n e l e c t r i c s o u n d i n g ，m a n y s o f t w a r eo fd a t a p r o c e s s h a sb e e n d e v e l o p e da c c o r d i n g l y b u ti nt h ep r o c e s so f u s et h es o f t w a r ei tc a n b ef o u n dt h a ts o m ea s p e c t sn e e di m p r o v e m e n t ，s u c ha s t h ea b i l i t yo f s a v eo r i g i n a ld a t aa n dp r o c e s s e dd a t aa sd a t a b a s e ，t h ec o n v e n i e n c e o fi n t e r f a c eo fm o d i f y d a t a ，f a u l t t o l e r a n c e ，a n da b i l i t y o f m u l t i m o d ed r a w i n ga n ds oo n f u r t h e r m o r e ，i nt h e a s p e c t o f d r a w i n g3 d ( t h r e ed i m e n s i o n a l ) s l i c ew i t h4 dd a t a ( t h ec o o r d i n a t e o fp o i n ti n3 ds p a c ea n di t s a t t r i b u t e ) ，t h e r e i sl i t t l er e s e a r c h p r e s e n t l y h o w e v e ro nt h eo c c a s i o no fd e e pd a t aa n a l y z i n g ，m o r e r e a s o n a b l ed a t ai n t e r p r e t a t i o n ，m o r ev i s u a ld a t av i s u a l i z a t i o nt h e i i i 太原理1 人学硕+ 研究生学位论文 s l i c ea tv a r i o u sa n g l e so nas p a c eh a sr a t h e rm e a n i n g b e s i d e s ，3 d s l i c ec a nb eu s e df o rr e f e r e n c en o t o n l y i nt h e w a yo fd a t a i n t e r p r e t a t i o n w h i c hc o m b i n e d m a n y k i n d so f g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g m e t h o da n d g e o l o g y b u ta l s ot h e a s p e c t o f i n t e r p r e t a t i o na n dd r a w i n gi no t h e rp r o s p e c t i n gm e t h o d s b a s eo n t h i si s s u e ，a u t h o r d e s i g nas o f t w a r e o fd a t a p r o c e s s i ne l e c t r i c s o u n d i n g ，w h i c hn a m e de l e c s l i c ea n db yw h i c hu s e rc a ng e ts e c t i o n p l o t ，i s o p l a n ec o n t o u r ，i s o s e c t i o nc o n t o u r , e s p e c i a l l y3 ds l i c eo f4 d d a t aa f t e rg e n e r i cd a t ap r e p r o c e s s a f t e r s i m p l y r e c o u n t e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e l a t i v e s o f t w a r ei nd o m e s t i ca n do v e r s e a s ，b a s e do nt h ee s s e n c ep r i n c i p l e o fe l e c t r i cs o u n d i n g ，a n dc o m b i n e dw i t ht h ed a t ai n t e r p r e t a t i o n m e t h o do fe l e c t r i c s o u n d i n g ，a u t h o rc l a r i f i e dt h e m e a n i n go f d e v e l o p i n gt h i ss o f t w a r e o nt h eb a s i so f e l e c t r i cs o u n d i n gp r i n c i p l e t h ea r t i c l em a d et h en e e da n a l y s e s ，a n dt h e nc h o s et h ec o m p u t e p l a t f o r mw h i c hc o m b i n e dt h em i c r o s o f td o tn e tf r a m e w o r ka n d m a t l a b c o m p u t ek e r n e l w i t h n e w g e n e r a t i o np r o g r a m m i n g l a n g u a g ev i s u a lc j ! | ( cs h a r p ) a st h em a i nd e v e l o pl a n g u a g e ，d a t a p r o c e s su n i tw h i c hc o m b i n e st h ea d o n e t a sd a t aa c c e s sm e t h o d i v 太原理i ：人学硕十研究生学位论文 a n da c c e s sd a t a b a s e ，a n dm s c r i p tl a n g u a g ew h i c hc a nb eu s e di n d r a w i n gm o d e l ，a u t h o rd i v i d e d t h es o r w a r ei n t ot h r e em o d e l s ( s e r i a l c o m m u n i c a t i o n ， d a t a p r o c e s s i n g，d r a w i n gc h a r t s ) a n d r e a l i z e dt h e m s e p a r a t e iy a r e r 印p l i e d t h es o r w a r et ot h e e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha b o u tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep a r a l l a c t i c p o l 州z a b i l i t ya n dt h et e m p e r a t u r eo fh o m o g e n e o u sm e d i u ma u t h o r g o tt h ed e s i r a b l er e s u l t a tt h ee n do ft h e s i s ，a u t h o rm a d eo u tt h e l a c ko fs o f h v a r ea n d 西v eap e r s o n a lv i e wo nt h e 向t u r eo ft h e s o r w a r e t h es o r w a r ei n t e g m t e dd a t at r a n s m i s s i o n ，d a t am a n a g e m e m ， d a t ap r o c e s s i n ga n dc h a r td r a w i n gi n t oaw h o l em n c t i o n ，g i v et h e c o s t u m e r sac o n v e n i e m ，e 伍c i e n t ，a n dv i s u a l i z e dw o r kp l a t f o r m e s p e c 础yi t o 能r e dt h e c t i o no f3 ds l i c ew h i c he n l a r g et h e r a n g eo f d a t ai n t e l p r e t a t i o nm e t h o d s k e yw o r d s ：e l e c t r i cs o u n d i n g ，d a t ap m c e s s i n g ，3 ds l i c e ， cs h a r p ，m a t l a b v 太原理人学硕十研究生学位论文 第一章绪言 电法勘探作为地球物理勘探的一个主要手段应用非常广泛和普及，其 中电测深法是应用范围较广的一种方法。随着勘探仪器近年来的发展和勘 探本身所具有数掘量大，解释工作繁重的特点，人们在电法勘探解释与成 图方面也相应研发出了众多的数据处理软件。 本文用d z d 6 电法仪为勘探仪器，以电测深法所取得的数据为基础， 对数据进行传输与处理并生成图件，从实际应用出发，比较同类电法软件 的优缺点，设计研发了e l e c s l i c e 电法数据处理软件。本软件的设计在 提高数据解释精度的同时拓宽了电法数据的解释途径，尤其是在软件上实 现了四维电测深数据的切片成图功能对于实际应用有着重要的意义。 1 1 本课题研究背景 1 1 1 对电测深数据的处理 任何实验数据的处理流程都大体由数据汇总，数据预处理，数据处理 ( 包括绘图) 三个步骤组成，电测深数据也不例外。将野外或实验台由电 法仪取得的数据传输至微机，然后由微机进行数据预处理及处理是普遍采 用的方法。 连接微机与电法仪一般是靠微机的串口，两者通过r s 2 3 2 通信协议进 行通信，将数据从电法仪传输到计算机中。而数据预处理则是通过查找坏 太原理人学硕十研究生学位论文 值，填补空缺值( 如需补测，或电法仪漏存储) 等手段达到使数据更接近 实际实验所得，更有效的目的。预处理后对电测深数据的进一步处理，其 本质上是要根据视电阻率或视极化率随极距的变化，划分出不同的电性 层、了解不同电性层的垂向分布，并计算各电性层埋深及厚度1 1 】。 定量解释方面具体使用的方法较早期是“量板法”，此种方法工作量非 常繁重，随着计算机同益广泛的应用，早期的“量板法”己逐渐被淘汰， 代之以计算机拟合反演。但这时期的反演方法仍然属于“一维反演”的范 畴。国内2 0 世纪8 0 年代丌始的关于二维反演研究进展缓慢，在很长时期 内达不到实用的要求。目前国内着手研发的许多电法处理软件表明，二维 甚至三维成图已成为电法数据处理的重要环节。 以2 w 电法数据处理软件系统g 号o e l e c t r o 电法勘探数据的基本处理方 式，提出的如下电法数据的处理步骤为例我们可以看出电法数掘处理的 一般流程【2 】： 第一步利用r s 一2 3 2 通信程序，接收来自d z d 6 电法仪器等的常规电 法观测数据，并将接收到的数据存储为d z d 格式的数据文件。 第二步对于d z d 格式的数据，利用数据格式分解程序将多种装置类 型与多个观测剖面或测深点上的数据进行分解，获得与该d z d 数据文件 对应的以装置类型为分解依据的多个剖面或测深数据文件。如果观测不是 用d z d 6 等电法仪器获得的，可利用手工数据输入程序将观测结果输入计 算机，并存储为相应格式的文件，以备后续的处理。 第三步对于已经分解或输入的原始观测数据，可利用电法数据处理程 序对原始数据进行光滑，改正。 第四步利用处理好的电测深数据作进一步的数据处理。进一步的处理 主要包括电阻率的一维反演解释、激电测深一维自动反演、二维自动反演 模拟。 2 太原理1 ：人学硕十研究生学位论文 以上同时也是其它同类电法软件通常采用的处理流程，而电测深数掘 处理结果的好坏，很大程度上取决于所使用的软件。随着科学技术的飞速 发展，越来越多的高新技术及装备应用于电法测量，电测深法在方法技术、 数据处理上都有了很大的发展，尤其是在数据处理上，随着许多新的理论、 方法和概念的引进，旧有的数据处理模式已经不能满足要求。于是，同类 更优秀的软件被研发出来，而一些曾发挥过作用，较早研发的软件有的也 有了功能更强的升级版本。 1 1 2 国内外相关软件概况 通过调研与查阅有关资料发现，国内较新近研发的软件有g e o e l e c t r o 电法数据处理软件系统，激电找水软件系统【3 瞎，年代较早的一些有m e p s 多功能电法处理软件f 4 】，电法资料处理e p b e m 系列软件，三精度控制双 侧向测井电阻率反演软件n i n v ，等。其中除g e o e l e c t r o 外，其它软件均 为2 0 0 0 年之前设计研发，且之后很少进行过功能扩展及维护，以当时的 硬件水平及软件开发环境而言，均是较落后的( 有些甚至为d 0 s 环境) 。 同时，上述软件中有成图能力的软件也往往只限于一、二维数据成图。 要想表示三维地质体的赋存状态，仅坐标就需要三维来表达，而要表 示空间某点的电阻率值或极化率值，就需要引入第四维。这一般用颜色维 来实现。国内目前出现的三维电法软件中有g e o r e s 3 d 高密度电法反演软 件就是通过该途径来实现的。本论文中对四维数据切片图的生成也是利用 该原理。g e o r e s 3 d 高密度电法反演软件实现了三维反演，但币如该软件 名称，其仅能实现三维反演的功能，这作为电法处理软件在功能上是比较 局限的。 由于地球物理勘探均是对三维地质体某些属性进行探测，得到数据并 进行分析处理。因此地学其它领域的数据处理软件在电法软件设计中也是 ：3 太原理】：人学硕十研究生学位论文 很值得借鉴的。这类软件有r o c k w o r k s 、s 1 i c e r d i c e r 三维切片效果图制作 软件等【”。其中r o c k w o r k s 2 0 0 2 是r o c k w a r e 软件系列的最新版本之一， 不仅能对各类地质数据( 物探、化探、地质、水文等) 进行分析，而且还 能形成二维、三维立体图和效果图、专题图等。 此外还有加拿大h a i l l p s o n r u s s e l l 公司为地球物理工程师提供的一系 列卓越的技术平台，涉及领域包括a v o 技术岩性与流体分析检测、地震 反演、油藏属性参数预测、测井数据分析管理和合成记录制作、地质统计 制图、折射波法静校正量分析处理等。各软件包功能独特、强大，可在p c 和u n i x 两种平台上快速、稳定运行，两种平台上的工区可相互转换。如 s t r a ：i a 、a v o 、e l o g 、e m e r g e 、g e o s t a t 、g l l 3 d 等。 另外t i t a n3 d m 三维地质建模软件也值得提，t i t a n3 d m 基于框 架建模的思路研制开发而成。它利用钻孔数据，形成平行或基本平行的剖 面数据进而建立起三维空间任意复杂形状物体的真三维实体模型，并且以 此为基础按照特定的要求提供特定的服务。 应用更广泛的s u r f e r 、g r a p h e r 等成图软件以卓越的绘图能力得到普遍 的认可，这些软件的应用领域已经不仅仅局限于地球物理勘探，甚至于地 学。正是由于其功能强大，应用范围广泛，针对电测深数据处理上就存在 使用困难的问题。此外，目前它们也不提供四维数据的绘图处理功能。 g e o e l e c t r o 因其功能强大与广泛使用可以成为国内优秀电法软件的代 表。下面简略介绍该软件的功能特点及一些有待完善之处。 2 w 电法数据处理软件系统是由2 w t m 电法数据处理与软件研究所开发 的专门用于应用地球物理电法勘探，尤其是常规电法勘探，包括直流电阻 率测深方法( v e s ) 、电测深找水、中间梯度电阻率剖面、对称四极电阻率 剖面法等的数据处理软件系统【6 】。 1 组成模块 4 太原理1 人学硕+ 研究生学位论文 整个2 w 电法数据处理软件系统包括如下的主要组成模块： ( 1 ) r s 2 3 2 通信 ( 2 ) 原始文件的分解 。 ( 3 ) 数据的手工输入 ( 4 ) 原始数据的编辑处理 ( 5 ) 电测深数据的一维反演 ( 6 ) 激发极化测深数据一维自动反演 ( 7 ) 电测深数据的二维反演 ( 8 ) 电测深数据( 电阻率、极化率、半衰时、衰减度、偏离度、综合 找水参数) 等的断面等值线图绘制 2 该软件主要有如下功能： ( 1 ) 直流电法数据的输入、编辑、光滑、地形改正等原始数据处理 ( 2 ) 直流电法数据的基本图形输出 ( 3 ) 对称四极电测深电阻率数据的一维数据反演解释 ( 4 ) 激发极化测深数据一维自动反演解释 ( 5 ) 对称四极电测深电阻率数据的二维数据反演解释 ( 6 ) 电测深数据断面图的绘制。 ( 7 ) 配合重庆地质仪器厂的多功能电测仪d z d 6 等电法仪器，可直 接将野外观测的数据输入计算机并可自动进行数据的分解与识别。 3 该软件自身的一些待完善之处： ( 1 ) 畸变点数据的剔除与直接修改功能不很理想。 对于野外测量结果某个测点通常有测错或重复测量现象，因此，在 数据处理过程中需要对原始数据进行修改、畸变点的剔除、数据均滑等处 理，但是目前的版本中，g e o e i e c t r o 软件还没有提供畸变点剔除与直接修 改的功能。 5 太原理l + 人学硕十研究生学位论文 ( 2 ) 部分功能模块的容错性有待提高。 在v e s 格式文件中，当某个点的数据上位于最后一行的信息( 通常为 1 0 0 ，l o o ) 中第一个1 0 0 ( 即为使用模型的电阻率值) 为0 时，将会报错。 将原来的数据在e x c e l 中打丌，通过修改原数掘，将o 改为1 0 0 可消除此 错误。令用户感觉使用不很方便。 ( 3 ) 视极化率断面等值线图绘制功能有所欠缺。 任何软件都不可能没有缺点，软件本身也是不断更新、完善的过程。 相信该软件在更新的版本中对所提及的方面会加以完善和改进，以便于操 作和使用。同时这也是在本软件研发过程中予以借鉴的地方。 1 2 课题的提出和意义 从上一节讨论的国内外相关软件的现状，以及根据对其中某些软件的 使用经验可以得出如下几点： 1 目前在各类电测深数据处理软件中对原始数据修改的功能均有待完 善。 如g e o e l e c t r 0 这类优秀的电法软件，它们一般有自己特定的数据文件 保存格式，这类文件虽然都是非二进制的，且一般可用e x c e l 打丌，但 对于不知道其文件格式的用户，想进行原始数据的修改就是不太容易的 了。然而，同时又因为这类软件本身容错性有待提高，数据文件中的坏值 或文件传输偶然出现的漏值，都只会引发软件的报错，甚至崩溃而不是友 好的建议。此外，测量时，某个测点测错或重复测量的现象时有发生，这 一事实要求软件提供手动修改数据的功能。 2 数据库保存功能在上述各类软件中均不很理想。 在前文中讨论的软件中，很少有一套软件提供将原始数据或数据处理 结果保存到通用数据库中的功能。这样造成的一个可能的后果是，当处理 6 太原理1 人学硕十研究生学位论文 的数据比较繁杂时，很容易引起数据文件的重复甚至丢失，同时也不容易 保持原始数据和与之对应的处理结果之i n j 的联系。在数据处理中，这一点 将很可能成为低效率的潜在因素。 3 多种数据文件格式的不兼容对软件的互用性造成了一定的困难。 比如s u r f e r 、g r a p h e r 中的d a t 格式或t x t 格式与g e o e l e c t r o 中的d z d 格式不兼容，不能互相读取。e x c e l 特有的非文本格式与g e o e l e c t r o 也不 兼容，数据库由于各软件均未提供存取功能，所以更谈不到兼容。 4 成图能力虽然很高，但仍有待完善。 g e o e l e c t r o 绘图功能强大，但目前的版本中没有提供视极化率断面等值 线图绘制，也没有提供三维图甚至四维数据切片表现图的功能。而 g e o r e s 3 d 提供四维切片图，但却未见更一般的剖面图及断面等值线图等 等。 5 数据传输中的隐患未能给予较好的处理。 与电法仪配套的软件均提供数据传输程序。上述数据处理软件也有的 提供此功能。但由于电法仪自身的问题，有时会出现数据缺失的现象，即 一个测点中的某一个或几个数据丢失。而数据传输程序往往不加辨别，不 给提示的传输进微机，同时又没有提供数据修改的功能，因此会造成用户 很难识别又很难纠f 的错误。 为了更有效的处理电测深数据，充分发挥电测深数据在地质勘查和其 它工程勘查等领域的作用，丌发一套能够较好解决上述几个问题的电测深 软件是有必要且有意义的。 1 3 主要研究内容及成果 针对目前电法软件中普遍存在的不完善之处，本文对电测深数据处理 及成图方法进行分析总结，配合d z d 一6 电法仪，选择微软n e t f r a m e w o r k 7 太原理1 人学硕七研究生学位论文 与m a t l a b 计算平台相结合的丌发环境，并使用新一代编程语言v i s u a lc # ( c s h a r p ) 作为主要开发语言，以a d o n e t 数据存储方式结合a c c e s s 数 掘库，同时以m 脚本语占实现成图功能，将软件分为串口通信，数据处理， 数据成图三个模块并分别给予实现。最终丌发出一套实用性强，用户界面 友好的电测深数据处理软件系统。 论文根据电测深数据处理自身的特点和软件设计中所涉及到的技术与 算法，主要包括以下内容： 1 电测深的原理与方法：简要浇明了电测深的原理与方法，并介绍了 软件所针对的d z d 一6 电法仪的相关特点。 2 ，电测深数据处理软件的总体设计：以软件工程的设计原则来进行总 体规划，首先是需求分析，然后按分析结果将软件划分功能模块，最后根 掘实现方案选择平台及语言并给出选择理由。 3 各模块的实现与模块组合：这也是论文的主体部分，分四章论述了 串1 ：3 通信模块、数据预处理模块、数据成图模块，还有模块组合与软件完 成。其间详细论述了实现的原理及所用到的算法及关键代码，包括串口通 信模块中的通信原理与m s c o m m 控件的串口编程，数据预处理模块中的 数据库技术与五种文件格式以及接口编程，数据成图模块中的插值算法及 外部编译器等等详细的内容。 4 实例的应用与验证：对现有的电测深数据进行录入并处理，与实际 相结合，验证该软件的实用性、友好性等特点。 5 结论与展望：根据软件功能得出结论并针对应用中出现的问题，对 软件提出进一步改进与完善的设想，此外还针对软硬件发展的前景对下一 代的电法数据处理软件进行了展望。 本文的成果与工作主要体现在软件的设计与开发方面，具体是： 1 通过串口通信模块实现了安全的数据传输功能。 r 太原理l ：人学硕十研究生学何论文 2 通过手动修改及数据保存模块，实现了较高程序容错性及与其它同 类软件的兼容性，还实现了合理方便存储数据的功能。 3 设计实现了能成剖面图，断面图，平面剖面图等图件尤其是能对 四维数据流成三维切片表现的成图功能。 9 太原理工人学硕士研究生学位论文 2 1 基本原理m 第二章电测深原理与方法 电法勘探以岩( 矿) 石间电磁学性质及电化学性质的差异作用作为物质 基础。该物探方法是根据所研究的地质对象的电性差异、通过仪器测量其 电场的大小，进而研究电场的分布规律，透过覆盖层了解地下深处地质体 的状况，从而获得地质结论。其实质是利用岩石和矿物( 包括其中的流体) 的电阻率不同，在地面测量地下不同深度地层介质电性差异，用以研究各 层地质构造的方法。 由于地质与有关工程勘查的自然条件是多种多样的，故电法勘探的方 法较多。通常可将电法勘探的方法分为两大类，即传导类电法和感应类电 法。前者以各种直流电法为主，已获得广泛应用的有电阻率法、充电法、 自然电场法和激发极化法等。在感应类电法中，则可分为电磁剖面法，电 磁测探法和瞬变电磁法。 电测深法主要测量地下不同深处岩层导电性的变化情况。如图2 1 所 示，在地面上插下四根金属电极( 铜电极或铁电极) a 、m 、n 、b 。其 中a 、b 与电源连接，用来供电，称为供电电极；m 、n 用来测量地面上 某两点间的电位差，称为测量电极。a b 电路通后地下就形成一个人工电 流场。当a b 间距离较小时，大部分电流将从靠近地表的岩层中流过，只 能测出几乎等于近地表岩层的电阻率p1 。增大a b 间的距离，相当一部分 电流流经深部岩层，深部岩层的导电性会被反映出来。假定深部岩层的电 阻率p2 大于上部岩层电阻率p l ，那么这时测的视电阻率ps 值大于p i ， 小于p2 。再增大a b 间的距离，使绝大部分电流在深部岩层里流过，这时 1 0 太原理】：人学硕十研究生学位论文 上层岩层的影响就很小，视电阻率ps 值将接近等于p2 。 ( c ) 图2 - 1 电测深原理图 f jg2 - i t h ep r i n c i p l eo fe 1 e c tr i c a lf a t h o r a 由此可见，增大供电电极间的距离，可以测到不同深度相应的视电阻 率ps 值，它反映了测点处从地表到地下深处的岩层导电性的变化情况。 这就是电测深法的基本原理。经过计算，一般认为探测深度与供电极距 a b 的关系是前者大致与后者的一半相等，即探测深度近似等于a b 2 ，在 本软件的设计过程中正是根据这一规律将a b 2 作为坐标向度来近似表示 探测深度的。 电测深法经常用来寻找沉积矿床( 如过盐矿，煤矿等) 和解决地质构 造问题。在石油、天然气和煤田的普查勘探，以及水文地质、工程地质勘 测中，它的应用十分广泛。普查勘探金属矿时，有时也用它来探测浮土厚 度、基岩埋藏尝试，以及估算矿体的埋藏深度等等。 2 2 测量仪器介绍阳 本软件针对d z d 6 直流电法仪。d z i 卜_ 6 型多功能直流电法仪，是中 装集团重庆地质仪器厂精心研制的新一代直流电法仪器。它将传统电法仪 器的发射机和接收机组装在一个箱体罩，可直接用于电阻率法和激发极化 1 1 太原理工大学硕士研究生学位论文 法的测量。可直接显示所测得的参数值：视电阻率p s 值；视激化率ns 1 一 ns 6 六个值：半衰时n 值；衰减度d 值；偏离度y 值及综合参数值z p 以及电流i 和电压v 的平均值。其技术值指标如下： 1 接收回路： 电压测量范围：6 v 电压测量精度：1 1 个字 输入阻抗： 3 0 m q 视极化率测量精度：1 1 个字 电流测量范围：5 a 电流测量精度：1 1 个字 对5 0 h z 工频干扰压制优于8 0 d b 。 s p 补偿范围：1 v 。 2 发射回路： 最大供电电压：9 0 0 v 。 最大供电电流：5 a 。 供电脉冲宽度：1 5 9 s ，占空比1 ：1 。 3 其它： 工作温度：一l o 5 0 ，9 5 i m 。 储存温度：2 0 6 0 ， 重量： 7 蚝。 体积：3 1 0 咖2 1 0 m m 2 0 0 m m 。 仪器电源：1 号电池( 或同样规格的电池) 8 节。 该仪器与同类仪器相比主要有发射、接收一体化，轻便，抗干扰能力 强，测量精度高，有过压、过流保护及掉电保护能力等特点。它同时配备 r s 2 3 2 c 接口能与其他微机联机工作。此外它的全密封结构具有防水， 】2 太原理t 人学硕十研究生学位沧文 防尘，寿命长等的优点。 2 3 工作方法。 电测深的野外测量方法，同其他电法一样，都是逐个测点进行的，不 过测点间的距离往往比其他电法要大。电测深法以m 和n 两个测量电极 之间的中点为测点。m n 极距随a b 极距的加大等比例的增加，并始终保 持m n ：a b = i ：3 的关系。这样获得的电测深曲线是光滑的。若以a b 距离 的一半( a b 2 ) 作为横坐标，以相应的ps ( qs ) 值为纵坐标，把测得的 1 3s ( n s ) 值逐点画在一张双对数坐标纸上，就可以连成一条曲线，称为 某测点的视电阻率( 视极化率) 测深曲线，它反映了测点附近岩层电阻率 ( 极化率) 随深度变化的情况。 一、工作网点的布设 在布线时应尽量避免水管和不平坦地形，在曲线分析解释时要消除这 些因素，消除方法是在后面的资料处理中，根据经验，对于具体情况加以 分析。在地形较简单，地面平坦的情况下取得的数据较可靠。 二、野外观测实施 电测深法的野外观测步骤可以大致归纳成以下几点： ( 1 ) 在测点处摆好仪器和电源。 ( 2 ) 铺好测量电极m n ，以及联接仪器用的导线。 ( 3 ) 铺放a b 供电线路。跑极员把电线与电极接上，并离丌电极，以 免触电。 ( 4 ) 操作人员开始观测，并将测得的电流i 、电位u 数值、视电阻 率、极化率值等存储在仪器中，并记录在记录纸上以便核查。 ( 5 ) 检查a b 线路是否漏电。检查方法是：跑极员把a 极或b 极上 的电线与电极断开，然后操作员照常供电，看线路中或者m n 之i 剞有没有 】3 太原理丁大学硕士研究生学位论文 电位差。 ( 6 ) 观察完毕。将供电电极移到下一个极距点上。 ( 7 ) 继续进行下个极距上的观测，直到把所有的极距都观测完为止。 测量完毕，剔除由于操作不当而产生的人为误差及其它干扰因素所造 成的畸变点，然后可以绘出视电阻率，视极化率或其它电性参数的曲线， 于是得到电测深法的基础资料。 除此之外还有其它图件需要绘制，如断面等值线图及三维图等，这些 图件的完成目前一般都需通过程序实现。本软件也是旨在完成这些功能而 设计的。 1 4 太原理一i ：人学硕十研究生学位论文 第三章电测深数据处理软件e l e c s l ic e 的设计 根据软件工程的基本理论，软件开发的生命周期大致分为三个阶段： 1 定义阶段，包括可行性研究与计划，需求分析两个子阶段；2 开发阶段， 包括概要设计，详细设计，原型建立及实现，组装测试，确认测试五个子 阶段；3 维护阶段，即运行及维护交互进行的阶段i l “。 本软件的设计严格按照软件工程的要求进行，之前所讨论过的国内外 相关软件特点及分析即是定义阶段中的可行性研究与计划过程中必不可 少的个环节。下面我们对该软件进行简要的需求分析。 3 1 简要需求分析 在人机界面软件的开发过程中，定义阶段中的需求分析是至关重要的， 它包括用户特性分析，任务分析，建立界面模型三个部分。 关于用户特性分析，为了让本软件有更广的用户群体，我们假定用户 对计算机掌握水平在初级或中级水平。基于此，我们更多的使用了微软设 计理念中推荐的按钮与选框，与较浅的菜单深度( 最多两级菜单) ，此外 还减少了常规数据处理软件中所具有的大量的参数设置模块，让软件使用 者更容易掌握其使用方式。 前面已经讨论过电测深数据处理的一般流程( 详见1 1 1 ) ，经过分析， 考虑到旨在解决现存电测深软件的不足之处( 如数据库及软件间数据共享 的缺陷，手工数据处理功能的不足等) ，设计出更合理数掘处理流程是有 必要的，如图3 1 所示： 1 5 太原理t 大学硕十研究生学位论文 3 2 功能模块划分 通过需求分析，得到了软件的整体框架，结合前述的数据处理流程， 我们得到软件整体流程如图。 如图3 2 所示，d z d 。6 电法仪通过串口通信模块将数据保存为! d 电 法数据格式。然后通过主程序调用数据预处理模块，完成数据预处理过程， 并将数据保存为其它几种数据格式。预处理后的结果被送至数据成图模 块，经均滑后绘图，最终保存图件为位图格式。 图3 2 软件流程图 f i g3 2t h ef i o wc h a r to fs o f t w a r e 1 8 太原理t 人学硕士研究生学位论文 需要说明的是，软件按功能划分的串口通信模块，数据预处理模块， 数据成图模块这三大模块，均是通过主程序驱动的，而模块问的交互则是 通过数据文件。下面分别简介各模块。 1 电法仪串口通信模块 该模块完成将数据从d z d 6 电法仪传输到计算机，并将数据保存为 d z d 数据格式。考虑到数据格式转换及保存功能在数据预处理模块中已得 到实现，此模块为避免重复，取消了先前预计的多种数据格式保存功能， 代之以与同类电法软件相兼容的d z d 电法数据格式。这样即可以达到软 件间的初期数据共享，又符合软件工程中功能唯一性驱动的要求。 2 电测深数据预处理模块 针对同类软件支持欠佳的手工修改数据功能，本软件对此模块的设计 较上一模块精细许多。除了支持基本的修改，删除，添加，查找，排序等 功能，还增加了数据属性查询功能，对数据全面分析，并计算是否符台下 一阶段进一步处理的条件，如果符合，可直接跳转至下一模块成图。其中 较特殊且较有特色的一个功能是能够自动在w o r d 文件早制作表格，并 将当前数据填入。 3 电测深数据成图模块 由均滑与成图两部分组成。其成图部分由四个子模块构成，分别是： ( 1 ) 一维图形： 能够生成电测深剖面图与类型图。因均是一维图形而得名。为了将来 软件功能的扩展，本子模块内置了图形编辑子程序，可以再次手动均滑曲 线。 ( 2 ) 二维图形： 能够生成电测深断面等值线图与剖面平面图。均是二维图形。 9 太原理工人学硕士研究生学位论文 ( 3 ) 三维图形： 将二维图形显示三维化得到的结果，使显示更直观。对高低异常值加 了数据裣耷魉； | 4 豁磁藩邕： 矬精竖疆糯l 珀辘髓扣鲔一姐蛸嗣婚豫；哩裂稳溺潲渤懈强渐l 吲淄 翟氍? 堆赤播黜蔫磊罄嶷辐揣必搭瓒必牲型复数型丰击措鐾铺玲糕聚 ； 薹丞羹岂刻些科豆；船嘏蹈黪引雏酗稳髓乖崩疆州；! ! ! ! 强型鞘堆囊 勺( 吐卿 铤番最 例掣墅刊则 是提供同类软件中不支持或支 持欠佳的数据手工修改功能 。 3 数据存储与转换 数据存储与转换是一个渗透在每一模块中的功能，它提供在数据处理 的任何阶段均可将数据存储成多种格式的能力。正是针对同类软件问格式 繁多，难以互相交流数据这一现状，本软件出于改善该状况的动机，尝试 在s u rf e r 与g r a p 既r 的d a t 格式，电法软件g e o e l e c t r o 的d z d 格式， e x c le 格式，d ( t 文本格式以及a c c e s s 数据库m d b 格式之间相互沟 通，彼此转换。 4 数据成图及输出 此功能是本软件的核心部分，它不仅要提供一般电法软件所具有的绘 制剖面图，断面等值线图的功能，还要提供绘制三维网格图甚至四维数据 的切片表现图的途径。这一功能的任务分析较简单，但实现却并不容易。 考虑到其难度，恰当选择丌发工具与平台将是一个关键。这一点将在3 3 节详述。 太原理工人学硕士研究生学位论文 ( 3 ) 三维图形： 将二维图形显示三维化得到的结果，使显示更直观。对高低异常值的 观察直接简捷。 ( 4 ) 四维图形。 对四维数据( 三维坐标加一维电性参数，视电阻率或视极化率) 成切 片图，通过提供旋转及移动预设切片的方式来实现任意切割空间的功能。 由于自身能力有限，本模块不提供定量的图形标注，因此只能给出定性解 释结果。 通过划分上述三个模块，将所要实现的功能合理分配开来，使得软件 丌发的过程清晰条理。更重要的是，对用户而言，软件的实用性与易用性 相结合的体现也在于此。 3 3 开发环境选择及简介 经过功能分析与模块划分，我们建立了该软件的概要模型。在正式编 码与开发前，所需的就是开发环境的选择了。本软件选择在串口通信模块 与数据预处理模块使用s a u lc 捍这一开发语言编写( 其平台显然只能 是n e t 平台) ，而数据成图模块选择使用m a t l a b 脚本语言编写，之后用 v c + + 7 0 编译器编译。具体而言，开发环境为s u a ls t u d i o2 0 0 2 与 m a l a l b 6 5 1 。下面几节将详细介绍。 3 3 1 n e t 框架及c 语言 1 n e t 平台技术 现在，微软几乎所有的产品都打上了_ n e t 标记，连2 0 0 3 年推出的 w i n d o w s 操作系统也被命名为n e t 。微软推出的计算平台n e t 激发了新 2 0 太原理r 人学硕十研究生学位论文 的程序丌发方式，揭丌了软件丌发新的篇章。这是自1 9 9 3 年7 月随着 w i n d o w sn t 3 o 出现的w i n 3 2 a p i 后微软软件丌发平台的第一次大升级。 比起w i n l 6 来，虽然w i n 3 2 提供了更多功能强大的a p i ，但没有对工具和 技术进行引人注目的改变。与之不同的是，n e t 丌发平台在丌发者用以 创造应用程序的工具和技术上均做了根本的改变。 自2 0 0 0 年6 月微软宣布自己的n e t 战略以来，在不到两年的时间 罩，n e t 就从战略变成现实，它带来了全新的、快速而敏捷的企业计算 能力，也给开发商和软件开发人员提供了支持未来的高效w e b 服务丌发 工具。该平台是当今计算机技术通向计算时代的一个非常重要的罩程 碑。n e tf r 锄e w o r k 提供完全托管的、受保护的并且功能丰富的应用程 序执行环境、简化的开发和部署以及与各种语言的无缝集成。 n e tf r 蛳e w o r k 具有两个主要组件：公共语言运行库和n e t f r a m e w o r k 类库： ( 1 ) 公共语言运行时( c o m m o n 胁g u a g er u i l t i m e ，c l r ) 。是适用所有语 言的公共类型系统(