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基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统的设计与实现

徐士元  
【摘要】:电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。在各种矿产资源、水文、工程地质等勘察方面,电法勘探已成为不可替代的、最有效的勘察手段之一,在考古、环保、地质灾害等领域,电法也是有效的调查手段。 近年来,出现了很多使用计算机控制的电法仪器,和许多针对电法数据进行分析处理的软件系统。这些仪器和软件系统在勘探工作中,已经得到了较广泛的应用,但仍有一些不足之处。针对现有技术的不足,本文讨论了一种新型的基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统的设计与实现。该系统具有以下几个创新点: 1.系统结构方面,使用zigbee无线网络传输控制信号和测量数据,使得系统整体结构轻便、易于布置; 2.信号采集方面,提出新的算法思路,使用了大样本采样方式,提高数据采集的准确性和可靠性: 3.数据解释方面,实现了自动进行富水分析和岩石分析、自动判别异常。 按照面向对象开发方法的流程,本文对基于ZIGBEE网络的三维电法勘探系统设计和实现的各环节进行了讨论。 首先,本文提出了电法勘探系统的改进方向,并使用用例分析方法从使用者角度对系统进行了与实现无关的描述,得出了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统的需求分析。 其次,在需求分析的基础上,讨论了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统的架构设计。在架构设计中,根据系统需求提出系统设计的目标和原则,然后从技术架构和功能架构两方面进行了讨论。在技术架构方面,引入了TRIZ创新方法指导网络架构设计,使用分层模式进行了逻辑架构设计。在功能架构方面,讨论了基于Zigbee网络的三维电法勘探系统各功能模块的设计。 再次,对基于Zigbee网络的三维电法勘探系统进行了详细设计。在静态建模中,讨论了对系统中的类和类间关系进行分析的方法,用类图和类间关系图进行了举例描述。在动态建模中,使用时序图来描述对象之间动态的交互关系,使用协作图显示对象、对象间的链接以及链接对象间如何发送消息。使用状态图描述了类的所有对象可能具有的状态、引起状态变化的事件,以及对象状态和事件之间的关系。使用活动图表现系统中各种活动的次序。在系统数据库设计中,按照关系数据库的规范化设计理论对系统数据库模型进行了设计,并讨论了XML的数据存储和交换方式。 接下来,在详细设计的基础上,讨论了系统各模块的实现以及测试。系统实现主要讨论系统的三个核心模块,即数据采集、数据分析和制图的实现过程和技术难点。在数据采集模块的实现中,讨论了使用Zigbee无线网络传输指令和数据的方法,以及对实现过程中遇到的一个硬件兼容问题的解决方法。另外,还讨论了根据地电信号特点设计的一种采集算法。在数据分析模块的实现中,讨论了自动进行异常判定的分析方法。在制图模块中,介绍了调用Matlab软件制作图形的方法。在系统测试中,讨论了根据本系统特点选择的测试方法。 最后,本文对基于zigbee网络的三维电法勘探系统的应用前景和发展方向进行了讨论。


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