基于超高密度电阻率法的地质信息远程监测系统设计

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在地球物理勘探中,电法勘探是一种重要的地质勘探方法,而超高密度电法则是一种新兴的电法勘探技术。超高密度电法是一种阵列勘探方法,采用多通道采集技术,一次性布设成百上千个电极,在测量过程中自动完成电极的切换以及各测点数据信息的传输、显示和存储,数据采集量相对于传统方法有着极大的提升。在国内外市面上众多型号的电法仪中,往往存在着采集通道数量少、采集现场需要有人工操作、供电电源单一、抗干扰性差等问题,这些问题造成了在某些恶劣地质状况下勘探的不方便性。本文旨在设计一套新型的电法仪系统,系统采用模块化设计,增强抗干扰性,使用单独的供电单元进行不间断供电,只需在采集现场对控制参数进行一次初始化设置,在远程软件的操控下,便可实现数据实时采集、存储与传输。本文对基于超高密度电法的地质信息远程监测系统进行研究设计,主要研究内容包括系统结构设计,系统硬件设计和软件编程,通讯协议的制定以及远程客户端平台的开发,并进行系统调试,完成了室内实验。系统硬件部分,设计了采样主机单元、电极扩展单元、供电单元和无线传输单元。采样主机单元中设计了以STM32为控制器的继电器驱动控制电路,配合现场工控机和采集卡,完成电极的供电与数据采集;设计了电极扩展单元用于增加探测电极的数量;供电单元中设计了基于P沟道增强型MOS管的不间断切换电路,为采集现场各模块供电;利用成熟的GPRS 4G DTU技术搭建了无线传输单元,实现数据的远程传递。系统软件部分,编写了采样主机软件和远程客户端平台。采样主机软件部分,设计了现场工控机程序和STM32程序,完成数据的初步处理与发送,并制定了两者之间数据与指令传输的协议;远程客户端平台部分,使用图形化编程语言LabVIEW进行编写,通过触发不同的事件,实现各项功能,并制定了基于ModBus协议的通信消息帧的格式。系统测试部分,对无线传输功能以及远程客户端平台的各项功能进行调试,成功后在室内进行实验。通过对多次重复性实验得到的数据进行比较分析,验证了系统数据采集的稳定性。通过比对采集现场的数据和远程客户端平台所接收的数据,数据完全一致,系统具有较高的可靠性。基于超高密度电法的地质信息远程监测系统的主要功能为对岩土局部地区的地质构造进行探测。本课题采用无线通信的方式,通过对所采集的信息进行及时处理与传输,从而可以对采集现场的地质信息变化进行实时远程监测,为下一步工程进展提供远程决策,极大地提升勘探效率,减少了人力的使用,因而在实际应用中具有非常重大的意义和价值。
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