（计算机应用技术专业论文）煤田测井数据采集与曲线回放系统研究.pdf

论文题目：煤田测井数据采集与曲线回放系统研究 专业：计算机应用技术 硕士生：王维( 签名) 至丝 指导教师：秋兴国 ( 签名) 刍墅丝l 摘要 随着我国经济的快速发展，煤炭的需求越来越大，因此有效地对煤炭资源进行勘探 就越来越具有重要的意义。测井是一种精确的物探手段，数据采集阶段是整个测井的基 础，采集数据的精确度对以后的解释工作有至关重要的意义，为了提高测井解释的正确 性与精确性，开发数据采集软件有着重要的实用价值。 煤田测井数据采集与曲线回放系统主要研究如何将井下不同用途，不同操作，不同 探管采集的不同参数进行实时采集，解析，解析后的数据以解释专用的二进制文件格式 和数据库文件格式两种方式存放。按照煤田测井规范，实现数据边采集，边回放，边存 储，并能对采集数据进行历史回放编辑，且支持曲线的滚屏显示。 本文主要研究内容如下： ( 1 ) 研究测井仪中用到的各种探管监测数据的解析方法； ( 2 ) 研究解释专用二进制文件的格式； ( 3 ) 利用串口通讯技术，完成测井数据的实时采集，并实现计算机自动深度对齐； ( 4 ) 利用数据库技术，文件读写技术，实现采集数据以数据库和专用二进制文件两种 格式存储； ( 5 ) 实现同类型文件以深度为交接点的合并； ( 6 ) 研究映射模式，实现曲线显示； 在w m d o w s 环境下，以v i s u a lc _ h6 0 为开发工具，设计并实现一套集实时数据采 集及历史数据回放编辑于一体的煤田测井数据采集及曲线回放系统软件；以t y s c 3 q 型数字测井仪为例，对该软件进行了测试，取得了良好的效果。 关键词：数字测井；实时采集；曲线回放；深度对齐；探管； 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t h er e s e a r c ho fc o a l w e l ll o g g i n gd a t ac o l l e c t i o na n dc u r v e d i s p l a ys y s t e m s p e c i a l t y ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：w a n g w e i ( s i g n a t u 旧幽毖一 i n s t r u c t o r q i u x i n g g u 。( s i g n a t u 吨么丝垄堑移鲈 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h ed e m a n df o rc o a li sg r o w i n ga sw e l l ， t h e r e f o r ei ti sm o r es i g n i f i c a n tt h a te f f e c t i v e l yc a r r y i n go nt h e e x p l o r a t i o nt ot h ec o a l r e s o 蝴t h ec o a l - w e l ll o g g i n gi so n ep r e c i s ep h y s i c a lp r o s p e c t i n gm e t h o do f w h i c ht h ed a t a c o l l e c t i o ns t a g ei st h ef o u n d a t i o n t h ep r e c i s i o no fd a t a g a t h e n gw i l lh a v et h em o s t i m p o r t a n tm e a n i n g st ot h el a t e re x p l a n a t i o nw o r li no r d e rt oi m p r o v et h ec o n c c l 口l e s sa n d a c c u r a c yo ft h ec o a l - w e l ll o g g i n gs y s t e m , d e v e l o p i n gad a t ac o l l e c t i o n 翻) | 静黼w i l lh a v e i m p o r t a n tp r a c t i c a lv a l u e t h ec o a l f i e l dw e l ll o g g i n gr e a l - t i m ed a t ac o l l e c t i o na n dc u m d i s p l a ys y s t e mw i l lg a t h e r a n da n a l y s i sr e a l - t i m ed a t af r o mt h ed i f f e r e n tu s e o p e r a t i o na n dd e t e c t o rp i p e a n 四t h e a n a l y s i s , r e s o l v e dd a t aw i l lb es t o r e di nb o t hs p o c i a l - p u r p o s eb i n a r yf i l ef o r ma n dd a t a b a s e f i l ef o r m a c c o r d i n gt ot h ec o a l f i e l dw e l ll o g g i n gs t a n d a r d , t h es y s t e mc o l l e c td a t a , d i s p l a y d a ma n ds a v et h ed a t af i l e 越t h es a m et i m e , d i s p l a ya n de d i tt h eh i s t o r yd a t a , a n ds u p p o r t c 叫mr o l l sd i s p l a y t h ew o r kd o n eb yt h em a i no n e s b e i n g ： ( 1 ) s t u d y i n gt h ed a t aa n a l y s i so fc o a l - w e l ll o g g i n gm a c h i n ei nw h i c ht h ed a t ai sg a t h e r e d b ya l lk i n d so f d e t e c t o rp i p e ； ( 2 ) s t u d y i n gt h es p e c i a l - p 哪b i n a r yf i l ef o r m ； o ) a c h i e v i n gt h ec o n l - w e l ll o g g i n gd a t ar e a l - t i m eg a t h e r i n gb yu s i n gs e r i a l - p o r t c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，r e a l i z i n gc o m p u t e ra u t o m a t i ca l i g nd e p t h ； ( 4 ) a c h i e v i n gg a t h e r i n gd a t as t o r e db yd a t a b a s ea n ds p o c i a l - p u r p o s eb i n a r yf i l ef o r m u s i n gd a t a b a s et e c h n o l o g ya n dd o c u m e n tr e a d - w r i t et e c h n o l o g y ； ( 5 ) a c h i e v i n gt h em e r g ea p p l i c a t i o no f t h es a m et y p ef i l e sa s s o c i a t ew i t hd e p t h ； ( 6 ) s t u d y i n gm a p p i n gp a t t e r n , a c h i e v i n gc u l v cd i s p l a y u n d e rw i n d o w se n v i r o n m e n t , it a k e nv i s u a lc + + 6 0 鹤d e v e l o p m e n tk i t , d e s i g n i n ga n d a c h i e v i n gas e to fc o a l w e l ll o g g i n gd a t aa c q u i s i t i o na n dc 扣u v ep l a y b a c ks y s t e ms o f t w a r e w h i c hi n t e g r a t er e a l - t i m ed a t ac o l l e c t i o nw i t hh i s t o r i c a ld a t a , u s p l a ya n de d i t ；t a k e nt h e t y s c 一3 qd i g i 协1w e l ll o g g i n gm a c h i n e 雏e x a m p l e ，t e s 6 n gt h i ss o t 3 0 v a r ee n do b t a i n i n gag o o d e f f e c t k e y w o r d s ：, u g i t a lw e l ll o g g i n g r e a l - t i m ec o l l e c t i o nc u f v ed i s p l a y a l i g nd e p t h 西要错技大学 学位论文独创性说明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学 或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：王飨 日期：勿7 中2 口 学位论文知识产权声明书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或 机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：王缎指导教师繇俐习 2 d d 7 年4 月2 0 日 1 绪论 l 绪论 本章对课题的背景、研究意义、目的、任务、内容及国内外研究现状等进行介绍， 并对该论文的章节进行安捧。 1 1 选题背景及研究意义 能源问题向来是国民经济发展的支撑。煤炭在全国一次能源生产和消费中的比例长 期占7 0 以上【l l 。这就决定了煤炭在一次能源中的重要地位。另外，我国已成为世界上 第二大能源消费国，但是能源的产出效率及单位能耗创产值又相对较低。因此，如何有 效地对煤炭资源进行勘探就越来越具有重要的意义。 煤田勘探【2 】按其观测空间可分为煤田地面物探、煤田测井和在煤矿坑道中作业的矿 井物探三方面。煤田测井从实现上来讲主要分为两大模块 3 j ，其一为数据采集模块，采 集井下的信息并通过一定的设备传入计算机，其二为数据处理与解释模块，第二大模块 要求我们对采集到的数据进行处理、解释以及将这些数据所反映的地质概况用曲线、平 面图甚至立体图的方式形象地展示出来。数据采集阶段是整个测井的基础 4 1 ，采集数据 的精确度对以后的工作有至关重要的意义。因此开发一个采样速度快、精度高的数据采 集软件是非常必要的。 本课题研究的就是数据采集模块，根据测井技术原理，结合当前先进的数据采集技 术，借助微型计算机的强大数据处理能力，开发一套能够自动完成数据的采集及预处理 的软件该软件不仅能完成数据的采集，还能对数据进行实时绘图，也可对数据进行编 辑，回放，结果可由计算机屏幕直接显示，使用灵活方便，不但可以代替人工的繁重劳 动，还能起到人工无法完成的作用。 从软件的发展来看，随着w i n d o w s 的不断发展，友好的人机界面，方便简捷的操作 方式越来越深入人心，而以前开发的测井解释软件大部分是基于d o s 版的，现在有不少 企业试图建立基于w i n d o w s 的测井数据采集系统，但在开发和应用上出现了不少问题， 因此，迫切需要一个采样速度快，精度高的数据采集软件 1 2 测井技术的国内外研究现状 2 0 世纪5 0 年代，我国引进苏联技术 5 1 ，同时自力更生开发新技术，取得了较大的 进展。在引进消化苏联m 5 l 型全自动测井仪的基础上，1 9 5 4 年成功研制国产全自动 测井仪，而后又开发出一批下井仪器，形成了我国的测井系列。 1 9 7 8 年，从美国引进的3 6 0 0 数字测井仪进入中国嘲1 9 8 0 年，国产8 0 1 数字测井 仪研制成功1 9 8 0 年外国公司首次进入中国提供测井服务。8 0 年代，我国引进数控测 西安科技大学硕士学位论文 井仪。9 0 年代，以引进的生产线生产了一批3 7 0 0 数控测井仪。我国实现了测井仪器数 字化、系列化和标准化，形成和发展了以深、中、浅三电阻率和声波、密度、中子三孔 隙度为主测井系列、七参数组合生产测井系列，并具备了地层倾角测井、电缆式地层测 试、固井质量测井、多臂井径等测井技术。1 9 9 5 年，引进了成像测井井仪、长源距声波 测井仪、超声成像测井仪和固井质量检查仪，并且成像测井仪开始测井。1 9 9 7 年，国产 微电阴率扫描成像测井仪科研样机下井试验。1 9 9 8 年，中国测井在国际竞争性招标中取 胜，中国测井服务进入国际市场，标志着中国测井资料的采集能力达到了国际水平。 当前，在测井资料采集、处理技术和射孔技术方面，已经形成快测平台测井系列、 成像测井系列、随钻测井系列、储藏动态监测系列、测井资料处理技术系列及射孔技术 系列等六个技术系列【” 回顾中国测井的发展历程，测井已有了长足的进步，但是与世界先进水平相比，差 距还是客观存在的。从几个表面现象来看，目前广泛应用的测井技术，无论是测井设备 还是处理软件大多是国外发明的，我国在测井方面的专利较少；在国际专业会议上，中 国学者发表的创新性的文章不太多。近两年随着计算机软硬件技术的飞速发展，数据采 集处理方面的软件也日益多起来，但这些软件有的功能单一，有的精度不高，有的人机 界面不够友好，操作过于繁杂，均不能很好的满足当前测井解释工作的需要。因此，需 要开发一个功能完善的煤田测井数据采集软件。 1 3 课题研究的目的和任务 测井是应用地球物理方法来研究钻孔的地质剖面，解决地下地质问题和了解钻孔技 术情况的一门勘探技术科学，它的最终目的就是通过对井下数据的解释建立测井资料解 释模型，将测井信息加工成地质或工程信息，以达到认识和解决问题的目的。数据采集 阶段是整个测井的基础，为了提高测井解释的正确性与精确性，开发一个采样速度快、 精度高的数据采集软件是非常必要的。 课题研究的目的就是采用先进的系统分析技术、通信技术、面向对象编程技术等实 现井下数据的采集和曲线回放，使得煤矿的相关职能部门通过采集的数据作迸一步的解 释分析。 课题研究中软件方面的研发内容主要有： ( 1 ) 研究测井仪中各种用到的探管实测数据的解析。 ( 2 ) 研究解释专用二迸制文件的格式 ( 3 ) 完成对测井数据的实时采集。采集数据以数据库和文件两种格式存放。研究深 度对齐算法，实现存储过程自动深度对齐 ( 4 ) 可对采集的数据进行回放，编辑 ( 5 ) 实现曲线回放，支持滚屏显示 2 1 绪论 1 4 论文的主要内容及结构安排 本文详细介绍了以渭南仪器厂生产的t y s c - 3 q 数字测井仪为例，开发的数据采集 与曲线回放软件其中各章节的安排如下： 第一章绪论，首先介绍了选题的背景、研究意义、目标及任务；其次结合有关资 料介绍了目前国内外在该领域的研究现状；最后简单介绍了论文的主要内容及结构安 捧。 第二章t y s c - 3 q 数字测井仪，介绍了t y s c - 3 q 数字测井仪的硬件结构，详细介 绍了野外测井设备组成，对各部分的功能原理进行了简要说明。 第三章系统总体设计和模块划分，本章首先分析了用户需求，根据用户需求制定 了系统的总体设计方案，详细划分了系统的各功能模块，最后研究了系统的数据结构： 包括串行通讯数据帧结构和专用二进制文件格式的分析，数据库表结构的设计。 第四章系统开发工具的选取及关键技术，首先介绍了开发工具和数据库平台的选 择，继而详细讲述了开发本系统使用的串行通讯技术，数据库访问技术和文件读写技术。 第五章实时数据采集模块的设计及实现，本章主要研究如何将井下数据实时采集、 解析，并存储到计算机中，给出了程序实现流程图及主要界面。在采集过程中，本系统 有一定的纠错能力，并解决了深度对齐问题。另外，还可以根据用户需要，将采集的数 据存储在数据库表中。为以后的测井解释提供了专用二进制文件和数据库文件两种方式 的数据源。 第六章数据处理模块的设计及实现，本章介绍了数据回放与编辑，曲线回放，文 件合并，钻孔信息回放与编辑四个主要功能的设计与实现。其中对数据回放和曲线回放 进行了详细讲解，曲线回放实现了滚屏显示。 第七章总结和展望，对本文的研究工作进行了总结性论述，总结了论文的主要工 作，提出了研究的若干问题，并对本项研究未来的发展进行了展望。 西安科技大学硕士学位论文 2t y s c - 3 q 数字测井仪 2 1t y s c 3 q 数字测井仪 t y s c 3 q 数字测井仪是一种轻型车载或散装煤田勘探测井设备，可以解决复杂地 质条件下的测井问题。该测井仪是在引进美国蒙特公司系列数字测井系统生产技术的 消化、吸收基础上，总结了国产化t y s c - 2 型数字测井以生产经验进一步向综合化、轻 便化和多参数化方向发展的第三代国产数字测井仪器。具有数字化程度高，配套方法多， 性能稳定，工作可靠等特点。考虑到交通不便的山区，仪器便于拆卸、解体搬运到井场。 她还适用于金属、非金属、工程和水文地质勘探之中【g j 2 2 系统组成结构 t y s c - 3 q 数字测井仪包括野外数据采集和室内资料处理两大部分。室内部分由一 台计算机、一台打印机和全套资料处理软件组成。野外部分共包括三个部分：地面仪器、 下井仪器、测井绞车；其中地面仪器包括测井控制面板、采集计算机、采集打印机；下 井仪器有七种测井探管供用户选择：密度三侧向探管，选择伽马探管、声波探管、电测 探管、井温井液电阻率探管，底层倾角探管，岩性密度探管；测井绞车可分为：2 0 0 0 米绞车、1 0 0 0 米绞车、5 0 0 米绞车、3 0 0 米绞车四种。该测井仪野外设备框图如图2 1 所示 图2 1 测井仪野外设备框图 4 2t y s c - 3 q 数字测井仪 2 2 1 地面仪器简介 地面仪器包括测井控制面板、采集计算机、采集打印机三部分。如图2 2 所示。各 部分功能如下： ( 1 ) 测井控制面板：所有井下探管均与测井控制面板配合进行测井。它与井下探管 同步工作进行信号处理，采样，由8 0 3 1 单片机控制，通过简单的计算将测井数据转换 成物理量，并送采集计算机记录。 ( 2 ) 数据采集计算机：数据处理软件就装在该计算机上，用来存储数据并显示数据 及图形 ( 3 ) 采集打印机：用来打印所需数据。 图2 2 测井地面仪器 3 2 2 下井仪器简介 井下仪器是指各种用来采集信号的探管。常用探管如图2 3 所示。 图2 3 常用的几种探臂 ( 1 ) 密度三侧向探管：密度三侧向测井也称煤探头，在煤田测井中是不可缺少的测 井探管。该仪器组合了自然伽马、聚焦电阻率、长源距、短源距、井径、三侧向电压、 三侧向电流等参数。测量信号以数字形式串行送至井上，通道1 传送三侧向电压信号， 通道2 传送井径信号，通道3 传送三侧向电流信号，通道4 传送天然伽马信号，通道5 传送长源距信号，通道6 传送短源距信号，通道7 传送电阻率信号，通道8 传送电导率 信号。 ( 2 ) 声波探管：声波测井是以研究钻孔内煤、岩层声学特征为基础的测井方法，它 分为声波速度测井、声波幅度测井和声波全波列测井1 9 1 。本仪器组合了声速和声幅两种 西安科技大学硕士学位论文 声波参数，可测量单发单收、双收，三收和声幅四个参数。声波测量的原理是测量声波 到达接收晶体的时间，由于源距不变，可计算出声波速度。为减少干扰，单收、双收和 三收测量部分根据煤系地层的声波速度特性和源距尺寸，选择时间打开选通门，等待首 波到来关闭计数器，计数值为自声波发射到首波到来的时间差。声幅测量是测三收接收 器接收到的首波幅度。四种测量信号以数字、模拟混合形式串行送至井上面板通道3 传送声幅信号，通道4 传送三收信号，通道5 传送双收信号，通道6 传送单收信号。 ( 3 ) 电测探管：电法方法测量是由一个专用面板井上供电，所有测量电路均在操纵 面板内l l 川，井下配用电极系探管可测电位电阻率、梯度电阻率、自然电位、激发极化等。 所有电信号均通过测井控制面板转为数字量送入采集计算机。本仪器组合方法较多，采 用的器件集成度大，性能指标较高，各种方法共一套电路，使整个电路大为简化，既可 与数字仪系统配套，也可配模拟记录仪进行测量。通道l 传送电阻率信号，通道2 传送 电位电阻率l 信号，通道3 传送自然电位l 信号，通道4 传送自然电位2 信号，通道5 传送电位电阻率2 信号，通道6 传送梯度电阻率信号，通道7 传送极化率信号。 ( 井温井液电阻率探管：井温法测量参数为钻探和煤田开采及电测井解释提供参 考资料，该仪器组合了井温和井液电阻率两种参数。可测量钻孔内不同深度的温度和泥 浆电阻。参数信号采用串行数字传输，通道l 传送井温信号，通道2 传送电阻率信号。 ( 5 ) 选择伽马：该仪器组合了选择伽马伽马，微侧向电阻率和井径，仪器带有双臂 探测器推靠装置，分层能力达6 c m ，在确定煤层、研究煤层结构和分析煤灰含量方面起 到重要作用。通道l 传送微侧向电阻率信号，通道2 传送井径信号，通道5 传送选择伽 马伽马信号。 另外还可配置井径、井斜等探头，本软件主要针对密度三侧向探管，选择伽玛探管、 声波探管、电测探管、井温井液电阻率五种探管开发。 3 2 3 测井绞车 测井绞车是地质勘探钻孔中进行物探测井使用的提升设备，并下仪器的升降、供电 及信号传输均要通过电缆绞车来完成，绞车如图2 4 所示 图2 a 测井绞车实图 6 2t y s c - 3 q 数字测井仪 测井绞车功能与工作特性直接影响着测井质量。t y s c 3 q 数字测井仪绞车控制器 可与t c x j - 2 0 0 0 型和t c x j 1 0 0 0 型绞车配合使用，以满足不同地区、不同井深用户需 要。绞车控制器以数字显示测井深度、电缆速度、电机电压、电流参数，操作方便。变 速箱分三档，每档又可由绞车控制器控制调速和恒速运行，测井中绞车控制器具有过载， 零米和预置深度报警停车功能。电缆由排缆器自动捧缆，整齐美观，测井深度由电缆传 动滑轮带动光电脉冲发生器产生的脉冲个数提供，准确可靠。测井深度可达2 0 0 0 米， 目前主要有2 0 0 0 米绞车、1 0 0 0 米绞车、5 0 0 米绞车、3 0 0 米绞车四种，配套直径4 7 5 m m 四芯铠装电缆，轻便、耐用。绞车的相关参数如下： ( 1 ) 电源：2 2 0 、，单向交流，5 0 h z 1 1 k w ( 2 ) 电缆：4 7 5 m m 四芯铠装电缆，承受拉力1 3 5 0 k g ( 3 ) 排缆形式：自动排缆 ( 4 ) 数字显示：显示测井深度和提升速度 ( 5 ) 变速：机械变速和电控无极调速 ( 6 ) 报警：设有零报，过载报警 ( 7 ) 外形尺寸：9 6 0 x 5 8 0 x 7 0 0 m m ( 8 ) 重量：1 9 5 k g ( 不含电缆) ( 9 ) 最大提升力； _ _ 7 0 0 k g 2 3 本章小结 本章介绍了t y s c 3 q 数字测井仪的硬件结构，详细介绍了野外测井设备，对各部 分的功能原理进行了简要说明，同时给出了测井控制面板中不同方法采集井下数据每帧 数据各道参数代表的意义 7 西安科技大擘硕士学位论文 3 系统总体设计和模块划分 3 1 系统需求分析 通过第二章的讲解，我们知道井下数据信号已经经过一定的处理以数字形式存储在 测井控制面板中，我们要做的就是将测井控制面板中的数据采集到计算机中来，并且可 以对其进行处理。 3 1 1 系统功能需求 从功能需求上可以划分为实时数据采集和数据处理两部分。 ( 1 ) 实时数据采集部分 实时数据采集根据用途的不同可以分为实际测量和下测监测。实际测量为实际测 量用，其曲线数据可显示、存盘；下测监测主要用于下探管时监测用，数据只显示，不 存盘。用户可根据需要进行选择。 根据探管类型的不同，实时数据采集相应的有不同的采集方法。本系统主要针对 五种探管进行数据采集，因此井下测井数据采集有五种方法；声波法，伽马伽马法， 井温法，密度三侧向法和电测法。要求用户选择跟井下探管相匹配的方法，以便保证数 据的正确性。 数据通讯。控制面板中的数据要通过r s - 2 3 2 串口采集到计算机中来，这就要求 计算机必须能通过串口采集这些数据并根据相应的通信协议进行解析和处理，最后存储 到用户定义的文件中，这个过程要解决深度对齐的问题。此处根据采集方法的不同，生 成的文件类型也不同。 ( 2 ) 数据处理部分 可以将采集的数据保存到数据库表中 用户可以根据选定的方法，对该方法采集数据生成的文件进行数据回放，编辑， 查询，删除等操作。 用户可以根据选定的方法，对该方法采集数据生成的文件进行曲线显示。 用户可以选择任意两有共同深度值的同类型文件，进行文件合并 根据上述需求分析，系统的主要问题就是如何把各种探管采集的数据经过转换后存 储到不同类型的文件中，最后可以对文件里的数据进行数据显示和曲线显示，并可进行 编辑等处理。 0 3 系统总体设计和模块划分 3 1 2 系统性能要求 ( 1 ) 实时性，在进行井下数据采集时，采集间隔可设为i e m , 2 c m , 5 e m 或1 0 c m ，每 帧数据占2 5 个字节，各个井深度不一，也就是说采集数据量较大，为了避免数据丢失， 这就对系统的实时性有了较高的要求 ( 2 ) 准确性，井下数据采集是煤田测井解释工作的基础，准确性十分重要，数据采 集的准确与否关系到后续解释工作的正确与否，对整个勘探过程都有至关重要的作用。 ( 3 ) 稳定性，为了提高数据的准确性与系统运行的高效性，在系统设计时一定要考 虑系统运行的稳定性。 3 2 系统功能模块的划分 经过详细的需求分析，并结合以往的项目经验，确定本系统包括实时数据采集和数 据处理两个部分。整个系统的详细功能模块划分为图3 1 所示。 图3 1 系统功能模块图 实时数据采集部分主要负责串口数据的接收、解析和处理，将数据存入用户指定的 西安科技大学硕士学位论文 文件，并进行屏幕显示。数据处理子模块主要用于历史数据的回放，它可将指定的文件 以数据形式或曲线形式显示出来，支持文件的修改查询等操作，并可以对文件进行合并。 3 2 1 实时数据采集部分划分 实时数据采集模块可分为新钻孔信息设置子模块，采集相关参数设置子模块，数据 传输子模块，串口数据处理子模块和数据入库予模块五个子模块。各子模块的功能如下： ( 1 ) 新钻孔信息设置子模块 负责新钻孔信息的设置，包括勘探区，旌工单位，测井单位，孔号，终孔层位，终 孔深度，仪器编号，探管编号，操作员和解释员的设置，该模块要求信息存入数据库， 以备以后查询。 ( 2 ) 采集相关参数设置子模块 负责设置其它采集相关参数，包括采集方法选择，通讯串口设置，待存入文件名的 设置，以及校正值的设置。设置校正值是为了在通讯过程中处理深度不对齐的问题。 ( 3 ) 数据传输子模块 数据传输模块主要负责把控制面板上的实时数据定时传输到计算机上，为了检查仪 器是否工作正常，要进行深度检测，中断检测，参数检测。 ( 4 ) 串口数据处理子模块 主要负责通过选定的串口实时接收通过测井仪传输过来的井下数据，并按照通信协 议对数据进行解析并存入相应的文件中，由于探管采集井下信号是通过探管上不同的感 应点采集，感应点接收到信号后将同一时间采集的信号传入控制面板中进行初步的处理 形成一帧数据，各个感应点在探管上的位置是不同的，因此同一时间传递到控制面板上 的数据是同一时间不同深度的不同参数值，但在传入计算机时它在一帧数据里，所以在 将实时数据存入文件时需要将这些数据进行深度校正，使得文件中的每一条记录是同一 深度的不同参数值。 ( 5 ) 数据入库子模块 数据采集完成后，若用户希望将数据存入数据库表中，则启动该模块，将数据存入 数据库表中，数据库表名也和钻孔号相关 这个模块最终实现了井下数据的采集，并将钻孔信息存入数据库，将井下数据存入 对应文件，为后续的处理提供了数据源，并可根据用户需要选择是否将采集数据存入数 据库表。 3 2 2 数据处理部分划分 数据处理子模块又可分为：数据回放与编辑模块，曲线回放模块，文件合并模块， 钻孔信息回放与编辑模块各模块的功能介绍如下： 3 系统总体设计和模块划分 ( 1 ) 数据回放与编辑子模块 这部分主要实现历史数据的显示及编辑。用户可以根据测井方法选择对应文件进行 数据回放，也可选择任意文件进行回放，对回放的数据可进行修改、删除等操作。 ( 2 ) 曲线回放子模块 这部分主要实现历史数据的曲线显示，直观地反映各参数值在不同深度的变化情 况，对异常情况可以一目了然。用户可以根据测井方法选择对应文件进行曲线回放，也 可选择任意文件进行曲线回放，回放时可选择任意参数进行显示，这部分可将曲线滚动 输出。 ( 3 ) 文件合并子模块 该模块主要实现文件合并功能，可将任意两同类型文件，根据设定的深度合并成一 个文件。 “) 钻孔信息回放与编辑模块 该模块主要是用于历史钻孔信息设置的查询，编辑。 3 3 系统数据结构定义 本系统主要完成从串口读取数据，将数据存入对应文件及数据库表、并可回放编辑 的功能，因此系统涉及的数据结构主要指串口通讯数据帧的结构，不同探管采集数据生 成对应文件的结构，以及数据库的表结构。 3 3 1 串口通讯数据结构 要采集控制面板中的数据，就要对面板中数据的格式有一定了解。如前所述，井下 数据采集根据探管的不同，有五种采集方法：声波法，伽马伽马法，井温法，密度三 侧向法和电测法。对于五种采集方法，通过串口传递过来的数据帧格式是一样的，只是 不同字节代表的参数意义不一样。 本设计中接收的井下数据的信息格式如图3 2 所示 1l 以3 4 - , , 67 s 也32 4 2 5 i同步头 校验和深度校验位数据区结束标志 图3 2 接收的数据信息格式 l 一2 号位置是存放同步头标志位的，表示一帧数据的开始，值为e b h4 ) h 用于提 高通信的抗干扰性能，只有当主机收到这两个连续的前置码，才予以处理后面的数据， 否则抛弃数据，这可以防止大部分误发送出现，避免接收到无用的数据。第三个字节存 放累加校验和( 为前面几个字段内容的算术累加和，向高位进位丢失) ，用于二次测试， 可以测试数据准确性，用于这样系统可根据接收到的累加校验和判断接收到的数据是否 正确。4 巧号位置存放的是深度数据，采用b c d 码存储。第7 个字节是校验位，用于数 西安科技大学硕士学位论文 据的一次测试，测试数据的准确性，数据准确后再通过第三个字节进行二次测试，后面 是正式的数据区，即各道参数数据，每道参数占两个字节，采用二进制方式存储。前一 个存放低字节，后一个存放高字节，不同的采集方法，参数个数不一样，参数意义也不 一样，也就是说方法不同，有效位也不同。2 4 - 2 5 两个字节是数据帧结束标志，值为0 d h 0 a h ，表明一条记录结束。有了上述的格式规定后，就可以把测井仪中的数据解析出来 3 3 2 专用二进制文件格式 为了区分不同方法采集的数据文件，本系统中的数据文件名统一用 x x x x x x - n a a a 形式进行编码。其中，x x x x x x 为钻孔号，与采集开始时的新钻孔 设置里的孔号相对应，n 代表该孔号运行序号，如对同一孔号o 0 0 0 0 2 第一次运行，系 统自动将n 设为1 ，第二次运行则n 为2 ，x x x x x x 和n 的值既可用户自行设置，也 可系统默认生成。a a a 即数据文件的扩展名，不同探管其实测后所生成文件扩展名各 不相同，该值为系统自动设置，各种探管实测对应值如表3 1 所示。 表3 1 文件后缀名 文件中数据的存放由文件头和记录两部分组成。文件头存放与文件格式有关的信 息，此处文件头格式设置如下：前八十个字节存放文件名，后面依次存放道名称，每道 占四十个字节。由此可知文件头长度为8 0 + 4 0 * 道数。记录是文件中存放的内容本系 统中各种方法记录存放的格式如下： ( 1 ) 声波法采集的数据有四道参数，他们是声幅，单收，双收，三收。文件头长度 为8 0 + 4 0 * 4 = 2 4 0 ，生成的记录格式如图3 3 所示。 12 3 4567891 0l l1 2i 存放深度参数值参数值参数值参数值l 图3 3 声波法文件记录格式 c 2 ) 伽马- 伽马法采集数据有三道参数，他们是伽马一伽马，微聚焦电阻率和井径。 文件头长度为8 0 + 4 0 * 3 = 2 0 0 ，生成的记录格式如图3 4 所示。 i 1234567891 0 l存放深度参数值参数值参数值 图3 4 伽马一伽马法文件记录格式 ( 3 ) 井温法采集数据有两道参数，他们是井温和井液电阻率。文件头长度为 8 0 + 4 0 2 = 1 6 0 ，生成的记录格式如图3 5 所示。 3 系统总体设计和模块划分 l 深度l 参数值l参数值l 图3 5 井温法文件记录格式 ( 4 ) 密度三侧向法采集数据有八道参数，他们是井径，天然伽马，长源距，短源距， 电阻率，电导率，侧电压及侧电流文件头长度为8 0 + 4 0 * 8 = 4 0 0 ，生成的记录格式如图 3 6 所示。 l t 2 i 3 4 l 56789l o l l 1 2 1 31 41 51 61 71 81 92 0 i深度i 参数值 参数值参数值 参数值参数值参数值参数值参数值 图3 6 密度三侧向法文件记录格式 ( 5 ) 电测法采集数据有七道参数，他们是o i m 视电阻率电位l ，o 1 m 视电阻率电 位2 ，激发电位，自然电位，0 5 5 m 电阻率梯度，0 5 m 电阻率电位和极化率。文件头长 度为8 0 + 4 0 * 7 = 3 6 0 ，生成的记录格式如图3 7 所示。 2 i34 i 5 67891 01 11 21 31 41 51 61 71 8 l 深度 参数值参数值参数值参数值参数值参数值参数值i 图3 7 电测法文件记录格式 3 3 3 数据库表结构 本系统采用s q ls e v c r 数据库，主要包括以下几个数据表： ( 1 ) 钻孔设置表。用予存放钻孔设置信息，便于以后的钻孔信息查询。结构见表3 2 表3 2 钻孔设置表结构 ( 2 ) 声波法参数表。用于存放声波法一次测量的各道参数值结构如表3 3 所示 西安科技大学硕士学位论文 表3 3 声波法参数表结构 ( 3 ) 伽马一伽马法参数表。用于存放伽马一伽马法一次测量的各道参数值。结构如表 3 4 所示。 表3 4 伽马伽马法参数表结构 ( 4 ) 密度三测向法参数表，用于存放密度三侧向法一次测量的各道参数值。结构如 表3 5 所示。 表3 5 密度三饲向法参数表结构 ( 5 ) 井温法参数表，用于存放声波法一次测量的各道参数值。结构如表3 6 所示 表3 6 井温法参数表结构 1 4 3 系统总体设计和模块划分 ( 6 ) 电测法参数表，用于存放电测法一次测量的各道参数值。结构如表3 7 所示 表3 7 电测法参数表结构 3 4 本章小结 本章首先对系统需求进行了分析，根据需求将系统划分为实时数据采集和数据处理 两个子模块，其中，实时数据采集子模块主要负责串口数据的接收、解析和处理，并将 数据存入用户指定的文件，也可根据用户的选择将数据存入数据库。数据处理子模块是 将文件中的数据以可视化的形式供用户浏览，修改，查询等。根据两个子模块要实现的 主要功能，对系统进行了详细的模块划分，并进一步设计了系统的数据结构。 西安科技大学硕士学位论文 4 系统开发工具的选取及关键技术 开发一个系统，平台的选择是非常重要的，它不仅关系到系统开发的难易程度，还 关系到系统完成后的使用效果。选用的开发平台最好是系统稳定，开发简单，又能非常 好的满足开发的需要。本系统的功能是实时采集数据并对其进行相应的处理和操作，其 中要用到数据库存储数据，因此数据库选择的好坏，将会影响到系统能否长期正常使用。 本章对开发平台的选取和数据库的选择作了详细介绍。本系统采用模块化的设计进行开 发，部分关键技术也将会在本章一一介绍。 4 1 系统开发平台及数据库选择 4 1 i 软件的开发工具 在软件设计和实现中，传统的被人们广泛使用的方法是面向过程的程序设计方法 近年来，面向对象程序设计的思想已经被越来越多的软件设计人员所接受。不仅因为它 是一种最先进的、新颖的计算机程序设计思想，最主要的是这种新的思想更接近人的思 维活动【1 1 1 ，人们利用这种思想进行程序设计时，增加了软件的可扩充性和可重用性【1 2 1 ， 可以很大程度的提高编程能力，减少软件维护的开销。 v i s u a lc h 是m i c r o s o f t 公司推出的可视化开发环境，是w i n d o w s 环境下最优秀的 程序设计工具之一它采用面向对象的程序设计技术，提供了开发w i n d o w s 应用程序 的最简捷、最有效的方法。v i s u a lc + + 采用c + + 语言，凭借m f c 类库对w m d o w sa p i 的良好封装，备受程序开发人员的青睐。也就是说，它不仅是c ，c + + 语言的集成开发环 境，而且与w m 3 2 紧密相连，功能相当强大，代码效率很高，可以实现从底层直到上层 直接面向用户的软件【1 3 1 。使用它可以充分利用具有面向对象特性的a 斗来开发出专业级 的w i n d o w s 应用程序。 由于v i s u a lc + + 是m i c r o s o i r 公司推出的产品，在w m d o w s 系统的支持下，其执行 速度和对操作系统的访问权限之高是其他编程工具无法比拟的。为了帮助开发人员快速 地开发应用程序，v i s u a lc + + 提供了a p p w m a r d ( 应用程序向导) 和c l a s s w i z a r d ( 类向 导) 【1 4 】两个工具。利用a p p w 屹m d ，开发人员可以快速地创建应用程序框架，使用 c l a s s w i z a r d ，开发者可以快速地添加新类、成员变量和方法。两者紧密地结合，使 p r m d o w s 编程变得更简单了 在v i s u a lc + + 6 0 集成开发环境下，用户可以使用两种方式开发w m d o w s 应用程序， 一种是基于w i n d o w s a p i 的编程方式，这种方式的开发难度与开发的工作量较大，但代 码的运行效率较高；另一种是基于m f c 的c 十+ 编程方式。m f c ( m i c r o s o f tf o u n d a t i o n 1 6 4 系统开发工具的选取及关键技术 c l a s s ，微软基础类库) 封装了大部分w m d o w s a p i ( a p p l i c a t i o n p r o g r a m m i n g i n t e r f a c e ，应 用程序编程接口) 函数，选择了m f c ，也就选择了一种程序结构，一种编程风格。m f c 是一个很大的、扩展了的c + + 类层次结构，它能使开发w i n d o w s 应用程序变得更加容 易。m f c 在整个w i n d o w s 家族中都是兼容的，由于m f c 编程方法充分利用了面向对 象技术的优点，它使得我们编程时极少需要关心对象方法的实现细节，同时类库中的各 种对象的强大功能足以完成我们程序中的绝大部分所需功能，这使得应用程序中程序员 所需要编写的代码大为减少，有力地保证了程序的良好的可调试性，使得用户可以快速 地进行软件开发。相对第一种方式，用这种方式编写的代码运行效率较低，但开发难度 小，开发工作量也较小【l ” 经过微软公司的不断完善，v i s u a lc + + 6 0 在开发速度、程序执行效率、程序大小、 与系统的集成性方面都有极大的提高，它所提供的“可视”的资源编辑器与m f c 类以及 应用程序向导，为快速高效的开发出功能强大的w m d o w s 应用程序提供了极大的方便。 v i s u a lc + + 6 0 也是目前最为流行、使用最为广泛的软件开发工具之一。本系统以v i s u a l c + + 6 0 为开发环境，采用基于m f c 的c h 编程方式。 4 1 2 系统数据库平台 目前市场上数据库产品的种类非