（地质工程专业论文）地下水资源调查野外数据采集系统的开发与应用.pdf

摘要 随着现代社会的发展，水资源越来越相对匮乏，水资源的保护越来越重要。 因此，对水资源的管理手段和技术方法也提出了更高的要求。 科学技术的进步，为野外地质信息采集信息化的实现提供了坚实的硬件基 础。随着信息技术在各行各业的广泛使用并带来巨大便利，信息技术在地下水资 源的信息共享以及使用技术也迅速发展。目前，已经针对地下水领域建立了行业 领域数据库，并在此数据库基础上相继实现了地下水资源调查数据整理与录入系 统、地下水资源调查数据库管理与应用分析系统、地下水资源调查模型分析系统、 地下水资源调查综合成果管理系统等系列软件。 传统的野外地质调查工作方式，即：从室内准备一野外数据采集一内业整理 一成果图件编绘和报告编写，已经落后于信息时代的步伐，因此开发地下水资源 野外数据调查的软件是非常必要的 地下水资源野外数据采集系统作为地下水领域信息化的一个有机组成部分， 本系统的目标是实现地下水资源野外数据采集的信息化和自动化 系统的设计以全国水文地质环境地质及其环境问题调查评价项目的技术要 求，全国首轮地下水污染调查评价规范，全国主要城市环境地质调查评价规范和 水文地质环境地质空间数据库标准为基础。 地下水资源野外数据采集系统主要功能是完成水文地质野外数据信息的采 集、记录、保存以及简单的图形编辑功能。系统连接带有蓝牙传输功能的g p s ， 可以直接采集到空间信息。根据6 p s 传输过来的的定位数据可以实现定位、进行 点、线的采隽系统会将g p s 接收的点、线做为采集点、采集线显示在系统中， 并且可以进行编辑。 最后，结合软件的开发进程，系统在珠江三角洲地区进行了地下水污染调查 的试运行 关键词：地下水野外数据采集系统珠江三角渊g p s 图像合并 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fm o d e ms o c i e t y , w a t e rr e s o u r c e sa r em o r ea n dm o r e r e l a t i v ed e f i c i e n ta n dw a t e rr e s o u r c 嚣p r o t e c t i o nb e c o m ei n c r e a s i n g l yi m p o r t a n t , t h e r e f o r e ，m a n a g e m e n tt o o l sa n dt e c h n i c a lm e t h o d so fw a t e rr c f ，o u c o sa r ea l s os e ta h i i g l l e fr e q u e s t t h es c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o g r e s sh a sp r o v i d e dt h es o l i dh a r d w a i ef o u n d a t i o n f o rt h er e a l i z a t i o no ff i e l dg e o l o g yi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o ni n f o r m a t i z a t i o n a l o n gw i l l l t h ew i d e s p r e a du s eo fi n f o r m a t i o nt e d m o l o g yi ne v e r yw a l ko fl i f ea n dt h eh u g e c o n v e n i e n c eb m u g h i , t h ei n f o r m a t i o ns h a r i n ga n du s et e e l m o l o g yo fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yi ng r o u n dw a t e rn 葛o 衄懈a l s od e v e l o pr a p i d l y a tp r e s e n t , t h ep r o f e s s i o n d o m a i nd a t a b a s ea i m e da tt h eg r o u n dw a t e rd o m a i nh a sa l r e a d ye s t a b l i s h e d , a n da s e r i e so f s o f t w a r es u c ha sg r o u n d w a t e rr e s o u r c e si n v e s t i g a t i o nd a t ao r d e r i n ga n di n p u t s y s t e m , g r o u n d w a t e rr e s o 峭i n v e s t i g a t i o nd a t a b a s ea d m i n i s t r a t i o na n da p p l i c a t i o n a n a l y s i ss y s t e m , g r o a n d w a t 日驾。删嚣i n v e s t i g a t i o nm o d e la n a l y s i ss y s t e ma n d g r o u n d w a t e rl e s o 嗍i n v e s t i g a t i o ns y n t h e s i sa c h i e v e m e n tm a n a g e m e n ts y s t e mh a s r e a l i z e db a s e do nt h ed a t a b a s eo n ea f t e rt h eo t h e a t r a d i t i o n a lf i e l dg e o l o g i c a li n v e s t i g a t i o nw o r k i n g , t h a ti sr o o mp r c p r r 帮f i r s t l y , t h ef i e l dd a t ag a t h e r i n gs e c o n d l y ，t h e ni n s i d eo r g a n i z a t i o na n df i n a l l yp r o d u c t i o nm a p d r a w i n ga n dt h er e p o r tc o m p i l a t i o n , h a sa l r e a d yf e l lb e h i n dt h es t e po fi n f o r m a t i o n t i m e s , t h e r e f o r e , t h ed e v e l o p m e n to fg r o u n d w a t e rr e s 0 1 嘲f i e l dd a t ai n v e s t i g a t i o n s o r w a r ew a se x t r e m e l ye s s e n t i a l t h eg r o u n d w a t e r 跚删脯f i e l dd a t ac o l l e c t i o ns y s t e mi sa n 优售a n i cc o n s t i t u e n t o fg r o u n d w a t e rd o m a i ni n f o r m a f i z a t i o n , t h eo b j e c to f t h es y s t e mi st h er e a l i z a t i o no f g r o u n d w a t e ri - i 警o i 玎嘲f i e l dd a t ac o l l e c t i o ni n f o r m a t i z 州o na n da u t o m a t i o n t h es y s t e md e s i g ni sb a s e do nt h et e c h n i c a lr e q u i r eo ft h ep r o j c c to fn a t i o n a l h y d r o g e o l o g y a n de n v i r o n m e n t a l g e o l o g y a n di t se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s i n v e s t i g a t i o na n de v a l u a t i o n , t h ec r i t e r i o no f n a t i o n a lf i l s t o r u ng r o u n d w a t e rp o l l u t i o n i n v e s t i g a t i o na n de v a l u a t i o n , t h ec r i t e r i o no fn a t i o n a lm a i nu r b a ne n v i r o n m e n t a l g e o l o g yi n v e s t i g a t i o n a n de v a l u a t i o na n dt h es t a n d a r do fh y d r o g e o l o g ya n d e n v i r o n m e n t a lg e o l o g ys p a c ed a t a b a s e t h em a i nf u n c t i o n so fg r o u n d w a t e r 硝o u “) e sf i e l dd a t ac o l l e c t i o ns y s t e mi st o c o m p l e t ec o l l e c t i o n , r e c o r d , s a v ea n ds i m p l eg r a p h i ce d i t o ro f h y d r o g c o l o g yf i e l dd a t a i n f o r m a t i o n t h es y s t e mc o n n e c t i o nh a st h eg p sw i t ht h eb h e t o o t ht r a n s m i s s i o nf u n c t i o n , m a tc a nd i r e c t l yc o l l e c tt h es p a t i a li n f o r m a t i o n t h el o c a l i z a t i o na n dt h ec o l l e c t i o no f p o i n t sa n dl i n e sc a nb er e a l i z e da c c o r d i n gt ot h el o c a l i z a t i o nd a t at r a n s m i t t e db yg p s 1 1 1 es y s t e mc a l lt a k et h ep o i n t sa n dl i n e sr e c e i v e db yg p sa st h ec o l l e c t i o np o i n t s a n dc o l l e c t i o nl i n e st os h o wi nt h es y s t e m a n dt h e yc a nb ee d i t e d f i n a l t y , t h es y s t e mc a r r i e so nt h eg r o u n dw a t e rp o l l u t i o ns u r v e yi nt h ez h u j i a n g d e l t aa r e at ot r yt h em o v e m e n tu n i f i e dt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n ta d v a n c e r n e n t k e yw o r d s ：g r o u n d w a t e r - f i e l d d a t a - a c q u i s i t i o n s y s t e m ，z h u j i a n gr i v e rd e l t a g p s i m a g em e r g e 原创性声明 本人声明，我呈交的学位论文是我个人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的研究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内 容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示 谢意。 作者签名： 立! 垒日期：鲨2 ：! ：2 作者签名： 立! 垄 日期： 鲨：! ： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解中国地质科学院有关保留、使用学位论文的规定， 即：中国地质科学院有权保留、送交学位论文的电子版和纸质版，允 许论文被查阅或借阅；可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文：有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本 规定。 学位论文作者签名： 互6 参 第一章绪言 第一章绪言 水既是重要的自然资源，也是重要的自然环境要素，是可持续发展的基础与条件， 是环境问题与发展问题的核心。2 1 世纪可持续发展的水资源战略问题是一个关系人类 前途和命运的重大问题，水资源的极端重要性已成为国际社会的共识。在我国，地下 水是水资源的重要组成部分，在保障城乡居民生活用水、支持社会经济发展、维持生 态平衡等方面具有十分重要的作用，尤其是在地表水资源相对缺乏的北方干旱、半干 旱地区，地下水具有不可替代的作用。地下水资源调查野外数据采集系统的建立，对 推动我国地下水资源调查评价主流程信息化具有积极意义。 随着现代社会的发展，水资源越来越相对匮乏，水资源的保护越来越重要，对水 资源的管理手段和技术方法也提出了越来越高的要求。 “数字化的地下水信息系统”是综合运用现代科学技术，进行地下水资源信息管 理和现代化的监督管理，逐步建成一个可持续发展相适应的，能全面地进行地下水资 源运用的数字化体系，最终实现数据采集的自动化，信息资源共享化，管理决策智能 化。地下水资源野外数据采集系统作为地下水领域信息化的一个有机组成部分，系统 的目标是实现地下水资源野外数据采集的信息化和自动化。 按照野外调查取样的范围来划分，野外调查可以分为区域资源调查和图幅资源调 查。图幅资源调查是以地形图的图幅为调查范围来进行野外调查，其特点是调查范围 较小，各图幅间调查相对独立。区域资源调查以某一特定范围为调查范围，相对图幅 调查范围较大，各图幅拼接为个整体作为一个调查单元。图幅调查调查范围一般较 小，调查频率较低。地下水资源的调查范围较广，调查频率较高，一般最少一年一次， 甚至一年几次，地下水资源调查的行业特点决定了地下水调查经常使用的是区域调查 方法，因此在地下水资源调查野外数据采集系统的开发设计中采用的是区域调查的方 法。 开展本项目的主要意义在于补充和完善地下水信息化体系，开发完善地下水资源 调查野外数据采集系统；初步建立地下水资源调查数据整编及汇总系统；在开展野外 调查工作试点的基础上，健全完善地下水资源野外调查数据采集标准和工作流程。 地下水资源调查野外数据采集系统是由中国地质调查局组织，中国地质环境监测 院统一协调，由中国地质科学院水文地质环境地质研究所和北京航空航天大学具体实 现的。项目负责人张永波研究员，参与人为水环所张永波、张礼中、王伟、王乾、蔡 子昭等及北京航天航空大学杨钦教授、程丹博士及谭文磊等人。 本人主要参与了项目需求分析、系统设计等工作，编写了部分程序代码；在地下 水资源调查野外数据采集系统功能基本实现的基础上，进一步完善和优化系统，这一 中国地质科学院硕i 学位论文 工作还将继续下去；参与了地下水野外数据采集系统在珠江三角洲地区的试点工作。 2 第二章系统的需求分析 第二章系统的需求分析 “数字化地下水资源调查野外数据采集系统”是综合运用现代科学技术，进行自动 化地下水数据信息的采集和现代化的监督管理，把地下水数据信息进行多方位、多时 空的描述，逐步建成一个可持续发展相适应的，能全面支持地下水资源保护工作的数 字化体系，最终实现监测技术现代化、数据采集自动化、信息资源共享化、管理决策 智能化，为企业、部门或者组织的决策过程提供有益的信息。 因此，“数字化水地下水资源调查野外数据”是实现水资源保护及可持续利用的必 由之路，数据采集的自动化是需要迫切解决的问题。 在数字化地下水资源调查野外数据的数据采集中，野外数据采集的自动化是一种 必不可少的手段，也是“数字化地下水资源调查野外数据”的实时性和有效性的保障。 本项目的目的是实现地下水资源调查野外数据采集的自动化，提高信息入库的准确 率，方便信息的存储、交流、传播、使用和扩展，实现水资源保护信息的移动数据采 集的自动化过程。 开发地下水资源调查野外数据采集系统将为水文地质环境地质方面专业人员的 野外调查提供一定的便利，适当减少专业人员的工作量，提高工作效率。 第一节地下水信息化框架与野外数据采集系统的地位 1 1 地下水信息化框架结构 信息系统建设是作为一种技术手段的应用，其目标是实现地下水信息的数字化过 程，提高工作效率和数据资料的可持续应用。 整个地下水资源信息化体系由各种微机版的地下水资源数据应用软件组成，具有 对地下水资源数据信息的采集、录入、编辑、管理、浏览、查询等功能，同时提供简 单的数据处理操作，无论形式和功能上均围绕地下水资源数据库建设而开发，体现地 下水资源调查直接成果的表达。该系统原则上在微机上运行，适用于各基层单位进行 数据处理。图2 1 体现了地下水信息化整个体系结构中不同信息组件的基本功能结构。 地下水资源空间信息系统在形式上表现为几个独立运行的信息系统组件，分别是地下 水资源调查野外数据采集系统、地下水资源数据录入系统、地下水资源数据库数据浏 览系统、地下水资源数据库检查验收系统、地下水资源调查综合成果管理系统及地下 水空间信息系统软件等： 地下水空间信息系统系列软件以属性数据库为基础。地下水野外数据采集系统由 具体的野外调查人员使用，采集到的调查数据保存在野外采集系统的数据库中；数据 中国地质科学院硕七学位论文 图2 l 地f 水信思化沉程幽 库录入系统供数据录入人员使用，主要是将以前调查的数据录入至数据库中，由以往 手抄本的保存形式录入到地下水信息化的平台上；野外采集桌面系统由具有水文地质 专业知识的工作人员使用，针对地下水区域调查主要完成三方面的工作：根据调查 区域的实际情况提取调查区参考数据、为调查区域准备地理底图、规划调查路线； 提取并管理野外采集系统采集到的数据，对野外采集系统采集到的数据进行校对、修 改、删除等操作；把经过水文地质工作人员整理过的野外数据采集信息汇总到项目 数据库中；项目数据库经验收合格后提交至地下水行业的领域数据库中，领域数据库 为地下水工作人员提供了一个基础数据平台，地质工作人员可以在此平台上通过网络 实现对数据的访问及应用等工作。 1 2 地下水野外数据采集系统的地位 中国地质调查局组织的第二轮全国地下水资源评价工作的目标是建立地下水资 源可持续评价能力，这不但需要开展大量的野外水文地质调查工作、水文地质新技术 新方法研究，更需要建立以信息技术支撑的信息化工作体系与工作环境，作为数据 流程的有效载体，地下水调查信息系统建设将成为建设地下水资源可持续评价能力的 重要手段之一。 地下水资源调查信息系统实现p c 机环境下数据信息的管理与应用，其目标是围 绕地下水资源数据库建设过程来进行软件设计和开发，体现了数据库建设的重要性。 4 第一章系统的需求分析 地下水资源调查野外数据采集系统是地下水资源调查信息系统的组成部分( 图 2 1 ) ，是地下水动态评价平台的前端软件产品，实现野外数据的数字化采集过程。因 此，本系统和地下水动态评价平台中的应用软件“地下水资源调查信息系统”应具有 相似的底层数据结构，并在应用上相互支持，界面风格上保持一致。 第二节地下水野外数据采集系统的需求分析 2 1 野外数据采集的基本流程 地下水资源调查野外数据采集系统使用的基本流程按其数据流过程，来模拟实际 野外调查过程，原来的纸质笔记本被野外数据采集仪所取代，但其工作过程保持不变 ( 图2 - 2 ) ，大致可以划分为三个阶段。 图2 _ 2 地下水资源调查野外数据采集数据流圈 5 中国地质科学院硕i ：学位论文 第一阶段：准备阶段 开始对一个新的工区进行调查前需要进行充足的准备工作，包括野外数据采集系 统软件和数字地形图资料。签于地下水资源调查重复性的特点。尽可能地把工区的各 种水文地质资料收集起来，尤其是水文地质点资料更为重要，这些数据可通过桌面系 统准备，然后将相关数据导出到野外数据采集系统中。 第二阶段：野外数据采集阶段 根据已有的数据资料信息在出发前需建立野外调查路线和可能的水文地质调查 点，到达需要开展工作的水文地质点后按如下步骤丌展工作： 1 ) 水文地质点定位，输入点位基本数据信息。如果是已有点则调出： 2 ) 逐项录入水文地质点的各种信息，包括现象描述、数据观测、实验测试、样 品采集等内容，记录访问录音、数码照片的位置。 第三阶段：数据整理阶段 一天的野外调查工作结束后，需要将野外数据采集仪中的数据信息导出，并转存 到p c 电脑( 笔记本) 上。由于野外数据采集的复杂性，因此决定了在数字地下水资 源调查过程，必须要人工处理和干预的过程 2 2 地下水野外调查的调查数据特点分析 地下水资源调查的重点是野外各种水文地质点的调查，以期通过对地表各种离散 点的调查来了解地下水系统的空间分布特征和地下水体的流动特征，野外调查过程所 获得的数据是以点为特征的空问数据对象以及和该点相关的水文地质描述信息和实 验观测数据。 地下水资源调查数字化过程的复杂性在于水文地质点的多重属性，同一个水文地 质点按其分类的差异性或使用目的的不同则具有不同的属性，如：钻孔属性、机( 民) 井属性、观测孔属性等。这就需要将所有的野外调查点虚拟化为水文地质点来处理， 并在此之上建立多级扩展属性来描述复杂结构的属性信息。 地下水资源调查的另一个特点调查过程在空阅上的重复性，同一地点可重复进行 多次的水文地质调查或观测，这是由地下水动态变化的特征所决定的，这也恰恰反映 了地下水资源调查和地质调查在本质上的差异性。值得说明的是这种重复性的调查也 使得数据表之间的关系变得复杂起来，时间变量的引入导致数据表之间具有对多的 关系。 2 3 地下水野外数据采集系统硬件设备需求 地下水资源调查野外数据采集系统的硬件设备包括两方面，一是野外数据采集设 备，二是用于数据处理的p c 电脑设备。 野外数据采集仪 6 第二章系统的需求分析 野外数据采集仪是系统运行的主体设备，鉴于地下水资源野外调查数据特点，要 求该设备具有如下特征： 1 ) 大显示屏幕，以解决复杂表格的显示； 2 ) 便携式，以解决携带和掌上使用问题； 3 ) 大数据量存储卡，以解决多幅地形图的存储； 4 ) 处理速度要快，减少用户等待时间，提供工作效率； 5 ) 价格适中，用户用得起。 上图为f u j i t s u 便携式笔记本电脑。该电脑技术指标为：触摸屏幕尺寸8 4 时，内 存2 5 6 m b ，c p u1 2 g h z ，电池供电时间2 3 小时，预置w i n d o w sx p 操作系统带兰 牙和手写输入。 野外数据采集仪配件 下列设备将和野外数据采集仪配套使用： 1 ) 数码照相机，能够显示当前照片的编号； 2 ) 数字录音笔，记录野外访问数据； 3 ) 车载g p s p c 电脑 原则上可以使用任何电脑，但为便于野外使用应具有可携带性，建议使用当前流 7 中国地质科学院硕i 。学位论史 行的笔记本电脑，具有如下强制要求： 1 ) 具有和野外数据采集仪相连的数据传输线接口； 2 ) 能够使用g i s 软件( 接软件狗) 。 2 4 地下水野外数据采集系统软件需求 经对野外数据采集的基本流程的整理分析，加对野外调查人员的进一步需求分析 得出系统应在以下几方面满足用户需求： 1 实现对栅格地形图的支持 本次野外手图采用国家地理信息中心提供的1 ：5 万数字栅格地图。在地下 水资源区域调查中，单幅地形图的使用是无法满足实际工作需要的，用户要求在 一定的工作时间内使用的地形图全部装入野外数据采集仪中，最多可达到近百 幅。这就要求野外数据采集系统具有跨图幅拼接的功能。每一个工作区都需要建 立一套合适的地理底图，同时作为地下水资源调查野外数据采集系统的可视化地 理底图，用于野外水文地质调查点的定位。 从整体上说。系统应具有将离散的栅格地图无缝拼接、显示、放缩、和大地 坐标配准等基本功能。要将原来一个一个单独的文件按照用户选择的区域完整的 连成一片必须在标定的基础上添加新的功能。 2 快速的水文地质点定位 在野外地质调查中，提供快速的g p s 定位方法，将为野外调查带来很大的 便利，提高野外作业的效率及定位数据的准确性。 在硬件上和g p s 配套使用，可直接将g p s 测量结果写入水文地质点位置参 数数据库，同时弹出对话框输入位置点的其它参数； 用户也可以用鼠标输入水文地质点，或修改已有的水文地质点，并要求将修 改后的水文地质点参数写入数据库： 用户同样可以通过输入坐标参数的方式确定水文地质点。 3 水文地质点的显示 水文地质点可以根据坐标值直接投影到地理底图上显示，由于水文地质点的 多重属性，系统提供按水文地质点类型的查询功能，并按特定的符号进行显示。 需要按水文地质点分类使用特定的符号显示水文地质点，也可以直接显示某 一类型的水文地质点。 4 野外调查路线 8 第二章系统的需求分析 要求能够如实的记录野外调查的实际行进路线。 5 方便快捷的调查数据录入 由于野外数据采集的特点，在调查数据填写时的原则是尽量减轻操作员的工 作，尽量自动的完成多的工作。 6 有效的历史数据校对 在进行区域野外地质调查时，能够提取该调查区域的历史数据作为本次调查 数据的参考，提供简单的分析手段。 7 调查数据的原始性 野外调查十分注重调查数据的原始性，数据能够如实的反映野外数据采集结 果，保证数据的原始性真实性是相当重要的，数据的修改将被记录在数据库中， 以便将来检查核对。 8 数据汇总 调查完成能够汇总至项目数据库中，并最终能够提交到地下水领域数据库 中。 9 中国地质科学院硕士学位论文 第三章系统的体系结构 第一节系统的软件组织 1 1 系统的结构 在野外地质调查过程中，调查工作的开展以项目为单位，在项目下面一般有多个 调查小组：具体的调查工作由每个调查小组分头独立完成。据以此，在系统开发过程， 系统对应地分为两个系统，即野外数据采集桌面系统、地下水野外数据采集系统。系 统的结构划分及各主要功能图( 如图3 1 ) 所示。 留3 - 1 数据采集系统划分及主要功能图 在一个项目工程中，通常配备一个野外数据采集系统的桌面系统，一个或者几个 0 第三章系统的体系结构 野外数据采集系统，每个项目小组配备的野外数据采集系统获取的野外数据信息需要 定期汇总到野外数据采集系统的桌面系统，当项目完成之后，整个项目的数据需要汇 总到领域数据库中。 地下水资源调查野外数据采集系统由桌面系统和采集系统两子系统组成。桌面系 统负责维护地下水资源野外数据采集数据库，为采集系统提供历史数据和准备地理底 图( 手图) ，同时也接受和汇总野外采集的数据入库。桌面系统还负责向地下水资源数 据库获取和提供数据。采集系统则实现野外数据采集功能 1 2 桌面系统跟野外数据采集系统的关系 桌面系统跟野外数据采集系统的区鄹 首先：使用者不同；在以项目为单位的野外数据调查工作中，桌面系统主 要提供给项目调查小组的组长；野外数据采集系统则为进行野外调查人员的 提供帮助。 其次：使用功能不同；在区域调查的准备阶段，桌面系统的主要功能是外 区域野外调查提供数据准备，地形图处理、野外调查路线的规划及调查区域 参考路线的提取功能：在区域调查的整理阶段，桌面系统对野外调查系统所 录入的调查数据进行整理分析工作；而野外数据采集系统主要功能在数据采 集阶段完成对野外调查数据的采集工作 桌面系统跟野外数据采集系统的联系 其一：从图3 1 可以数据采集系统以属性数据库为基础。地下水资源野外 数据采集系统一地下水数据采集桌面系统一地下水领域数据库的数据流向为 双向的。地下水资源调查野外数据采集系统用来完成野外数据调查采集的功 能，同时在野外调查的过程中也需要提取领域数据库中的数据为区域调查参 考：地下水数据采集桌面系统是地下水资源调查野外致据采集系统跟地下水 领域数据库数据交换的桥梁，它主要负责管理野外数据采集系统，提取数据 采集系统采集到的数据，经整理分析后汇总到领域数据库中 其二：桌面系统为野外数据采集系统提供前期的数据准备工作，如底图标 定、调查路线规划、提取部分调查区域参考数据等工作；而野外数据采集系 统采集完成的调查数据需提交到桌面系统中。 其三：野外数据采集系统的数据库是桌面系统数据库的一个子集，其两者 的主要区别是野外数据采集系统的数据库增加了记录的管理信息，这主要是 为保持野外数据采集的原始记录，任何数据的修改都记录在库 中国地质科学院硕l 学位论文 第二节野外采集系统的模块划分 在野外数据采集系统导入调查区域的底图、规划路线、调查区域的历史参考数据 之后，我们可以利用g p s 定位到当前工作地区，或者手动输入工作地区的经纬度也 可以定位到工作地区，为了原始的反映我们野外工作的实际情况，在输入野外调查点 信息工作进行之前，需要先建立一条野外工作路线，而后获取的调查点均位于所建立 的野外工作路线之上。定位到野外信息采集点之后，输入调查点的相关调查信息，调 查信息被存放到数据库中。 图3 - 2 地f 水资源调查野外敦据采集流程圈 根据以上对地下水资源调查野外数据采集的流程的分析，设计( 如图3 3 ) 所示 的地下水资源调查野外数据采集系统功能模块图。 。数据处理模块”模块的主要功能是栅格地形图的预处理、调查区域调查参考数 据的提取、调查区域野外调查路线的规划及野外调查数据的汇总等功能 栅格地形图预处理：本次野外手图采用国家地理信息中心提供的1 ：5 万数字 栅格地图。数据预处理主要就是为野外数据采集工作准备一幅合适的底图， 即手图，其主要包括了底图的裁剪、定位轮廓角点和校正轮廓角点。经过定 位、校正和裁剪得到的底图就是本次野外数据采集工作所需的底图，能够在 野外数据采集系统中直接使用，为野外数据采集工作提供空间位置的参考 规划和设计野外数据采集工作的参考路线图：将设计好的采集路线保存为文 本文件的格式，提供给野外数据采集工作人员。野外数据采集人员可以直接 在野外数据采集系统读取路线，显示在野外数据采集系统。 提取调查区参考数据：提取野外参考数据，其功能是为进行野外调查准备历 史数据，作为本次调查调查的参考数据，以便于快捷、准确和顺利的进行野 外调查工作 第三章系统的体系结 驽 “数据编辑与浏览”模块的主要功能是编辑野外调查路线、添加野外地质调查点、 野外调查点调查信息的录入及调查点调查信息的修改等功能。 “图形浏览”模块是野外数据采集系统的一个基本功能模块，主要功能足实现对 系统通过对栅格数据的裁剪和合并将多幅独立单独存在的图幅合并为连续的工作区 图幅的简单图像操作功能，主要包括图像漫游、图形放大、图像缩小及图像复位等图 形操作功能。 “空白j 点位查询”模块主要功能是完成空间点的查询并将其显示在栅格地形图 上，主要分为按图层划分、g p s 定位查询、鼠标定点查询及鹰眼辅助查询等。 “辅助功能模块”主要完成一些系统的辅助功能。主要包括图上两点问的折线距 离；配置g p s 端口号；及修改历史调查点、新建调查点、规划调查路线及野外调查 路线、调查路线名颜色等的设置。 图3 - 3 野外数据采集系统模块划分 第三节系统开发与运行环境 3 1 系统的开发环境 根据地下水资源调查的特点，确定地下水资源调查野外数据采集系统的开发环境 为： 1 1 野外数据采集器：平板电脑； g p s ：g p s - 6 0 3 3 蓝牙g p s 卫星接收机； 3 1 软件环境：w m d o w s2 0 0 0 x p ； 钔g i s 支持系统：m a p g i s6 7 6 6 6 5 5 开发工具：m a p g i ss d k 6 7 ： 回m i c r o s o rv c h6 0 、d e l p h i7 o ： 中国地质科学院碗i 二学位论文 7 1r a t i o n a lr o s e2 0 0 0 ； 8 1m i c r o s o f tv i s u a ls o u r c e s a f e6 0 。 9 ) 数据库系统：m ss q ls e r v e r2 0 0 0 + s p 3 ； 3 2 系统的运行环境 运行硬件环境推荐为i n t d 奔腾7 5 0 m h z 以上主频，1 2 8 m b 以上内存，3 0 0 m b 以上可用硬盘空间，带蓝牙设备和手写输入设备的平板电脑。 运行软件环境为中文w i n d o w s 2 0 0 0 以上的操作系统( 中文w i n d o w s 2 0 0 0 x p ) 。 1 4 第网章系统开发的关键技术 第四章系统开发的关键技术 第一节野外地质点定位数据的获取 1 1 问题的提出 g p s 通过天空中分布的定位导航卫星全天候、连续实时、覆盖全球地发送定位导 航和时间信息，对于人们的生活起着越来越重要的作用。g p s 接收机作为我们获得 g p s 信号的手段，通过接收卫星信号解算出自身的位置、速度和其他信息，以实现定 位导航及授时功能，显然有着十分重要的实际意义。 将g p s 技术应用至野外地质调查中，将为野外调查提供了一种快速、准确的野 外定位方法。实时准确的定位将给野外调查工作带来极大的便乖j ，工作大大提高作业 效率及数据的准确性 1 2 技术方案 g p s 定位是通过测定用户到卫星之间的距离从而确定用户位置的一种定位方法。 g p s 的应用，总是和通讯技术紧密相连。从g p s 接收机实时读取数据使用的是串口 通讯技术。串口通讯技术一般应用在实时处理中。g p s 导航即是通过g p s 定位技术 实时给出用户所在的位置，这就要求实时地获取定位数据。 1 g p s 导航定位信息的数据格式 g p s 接收机只要处于工作状态，就会源源不断地把接收并计算出的g p s 导航定 位信息通过串口传送到计算机中，并将其放置于缓存，在没有迸一步进行处理之前， 它是一长串字节流，这些信息在没有经过分类之前是无法加以利用的。因此需要通过 程序将各个字段的信息从缓存字节流中提取出来。将其转换为有意义的定位数据信 息。 对g p s 进行信息提取必须首先明确其桢的结构，然后再根据桢结构，完成定位 信息的提取。发送到计算机的g p s 导航定位信息数据主要由桢头、桢尾、桢内数据 组成，根据数据桢的不同，桢头也相月，主要 $ g p g g a 、 $ g p g s a 、 $ g p g s 、一 以及 $ g p r m c 等。桢头标识了后续桢内数据的组成结构，各桢均以回车符和换行符 作为桢尾标识一桢的结束。对于通常情况，我们所关心的定位数据如经纬度、速度、 时间等均可以从 $ g p r m c ”桢中获取得到 $ g p r m c 桢机构如下： 中国地质科学院硕i ：学位论文 l 信息代码u t c l l m e状态 纬度南d b 纬经度东，西经 对地速度日期磁权变量 总和检查码 e n d c r ) e u d c r 一- - m _ s u r e c e i v e d f i n d ( 0 x o d ，s t a r t l l 刁； ，复制这一个g p s 语句。并从接收缓冲区中删除上一句 结束标志l f 到本句结束标志c r 间的数据。 c s t r i n gm s g = m _ s t r r e c e i v e d m i d ( s m n l f + l ，e n d c r - - s t a r t l f 1 ) ； ms t r r e c e i v e d d e l e t e ( o ，c n d c r + 1 ) ； 删除已读取数据： i f - y w i 断是否g p r m c 定位语句，若不是则跳过后续循环体， ，继续处理f 一句否则删除”s g p r m c ，继续处理该句的其他部分 i f ( m s g l e 饿6 ) c o m p a r e ( ”$ g p r m c ”) ! = 0 ) $ g p r m c ” c o n