基于Delphi的水平定向鉆進(jìn)監(jiān)控軟件研究與實(shí)現(xiàn)

1、基于Delphi的程度定向鉆進(jìn)監(jiān)控軟件研究與實(shí)現(xiàn)摘要本文主要介紹了基于Delphi的程度定向鉆進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案和主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)方法。該軟件能根據(jù)地貌信息和施工要求合理設(shè)計(jì)程度定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡，并在實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工過程中鉆孔狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，對(duì)鉆進(jìn)給予一定的預(yù)測(cè)和調(diào)控，大大進(jìn)步了施工的精度和可靠性。軟件基于inds操作系統(tǒng)，采用面向?qū)ο?、?shù)據(jù)庫功能強(qiáng)大的Delphi語言作為RAD平臺(tái)，具有良好的可維護(hù)性、可操作性、友好的界面。關(guān)鍵詞程度定向鉆進(jìn)，鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)，狀態(tài)監(jiān)測(cè)，調(diào)控0引言近十年來，隨著鉆進(jìn)方法和設(shè)備的完善，交通、環(huán)保、法律意識(shí)的增強(qiáng)，本錢的降低和政府的支持，程度定向鉆進(jìn)技術(shù)得到了

2、廣泛的應(yīng)用。如圖1所示，為程度定向鉆進(jìn)過程。鉆頭中安裝的地下傳感發(fā)射探頭測(cè)得鉆頭的各狀態(tài)參數(shù)后發(fā)射電磁波信號(hào)，地面手持式定位跟蹤儀接收到地下傳感發(fā)射探頭測(cè)得的鉆頭當(dāng)前信息后，以通訊協(xié)議規(guī)定數(shù)據(jù)格式通過無線收發(fā)器將數(shù)據(jù)發(fā)送到鉆機(jī)主控制器。主控制器顯示探測(cè)到的數(shù)據(jù)的同時(shí)，將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到P機(jī)。P機(jī)通過軌跡監(jiān)控軟件計(jì)算得到下一步的鉆頭工具面向角和鉆進(jìn)形式，返回給主控制器，再由主控制器改變鉆頭工具面向角繼續(xù)鉆進(jìn)。美國Vereer公司、Dithith公司已相繼開發(fā)出與其公司消費(fèi)的導(dǎo)向設(shè)備和鉆孔監(jiān)控軟件。針對(duì)國內(nèi)鉆孔軌跡監(jiān)控軟件完全依賴于進(jìn)口的現(xiàn)狀，我們對(duì)程度定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡設(shè)計(jì)和調(diào)控中的一些關(guān)鍵技術(shù)

3、進(jìn)展了系統(tǒng)的研究，基于廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域的Delphi可視化開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)了一套集數(shù)據(jù)庫管理、軌跡設(shè)計(jì)和實(shí)際軌跡可視化、軌跡預(yù)測(cè)和控制于一體的程度定向鉆進(jìn)監(jiān)控系統(tǒng)。1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖2為鉆進(jìn)軌跡規(guī)劃流程圖。系統(tǒng)啟動(dòng)后，可根據(jù)需求新建工程工程。在新建工程過程中，需要輸入工程信息、地理參數(shù)信息、器械參數(shù)信息和鉆進(jìn)空間參數(shù)信息。工程新建完成時(shí)這些信息將保存到數(shù)據(jù)庫中，并同時(shí)建立起地理空間參考系。根據(jù)系統(tǒng)建立的參考系，用戶輸入對(duì)應(yīng)的地表數(shù)據(jù)、原有地下管線數(shù)據(jù)和障礙物位置數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)將這些數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中，便于圖形顯示和用戶隨時(shí)更改。同時(shí)，主窗口中將繪圖顯示這些信息。所有參數(shù)輸入完成后，可進(jìn)展鉆

4、孔軌跡設(shè)計(jì)。用戶可根據(jù)施工要求，對(duì)鉆孔軌跡進(jìn)展屢次設(shè)計(jì)和修改，直到滿意為止。設(shè)計(jì)完成后所有軌跡數(shù)據(jù)也將保存到數(shù)據(jù)庫中，以便實(shí)際施工中調(diào)用。圖3為實(shí)際施工過程中軟件監(jiān)控工作流程圖。軟件開場(chǎng)工作后，等待接收數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到滿足通信協(xié)議數(shù)據(jù)格式的數(shù)據(jù)后，進(jìn)展實(shí)際軌跡數(shù)據(jù)處理，得到當(dāng)前鉆孔在系統(tǒng)參考坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，在主窗口中進(jìn)展圖形顯示。然后從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)位置處的鉆孔軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間的誤差間隔 ，假如大于規(guī)定值，那么從當(dāng)前實(shí)際鉆孔位置開場(chǎng)，進(jìn)展調(diào)控設(shè)計(jì)，使當(dāng)前實(shí)際軌跡逐漸回到設(shè)計(jì)軌跡上，并將調(diào)控設(shè)計(jì)得到的工具面向角信息和軌跡三維坐標(biāo)值覆蓋數(shù)據(jù)庫中對(duì)應(yīng)的原數(shù)據(jù)。最后讀取數(shù)據(jù)庫中

5、當(dāng)前鉆桿的工具面向角信息發(fā)送到主控制臺(tái)，由主控制臺(tái)根據(jù)接收的工具面向角的值改變鉆具的工作形式，繼續(xù)鉆進(jìn)。2軟件實(shí)現(xiàn)方案2.1數(shù)據(jù)庫的選取目前數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)有多種，包括irsft公司的Aess、SQLServer，IB公司的DB2，Infrix公司的Infrix，rile公司的rile數(shù)據(jù)庫以及SyBase公司的產(chǎn)品等。Aess數(shù)據(jù)庫最廉價(jià)，合適小型應(yīng)用，并且支持一定的事務(wù)處理才能，根據(jù)本軟件的要求，我們采用本地?cái)?shù)據(jù)庫Aess作為數(shù)據(jù)庫后臺(tái)管理系統(tǒng)。2.2通信接口在此系統(tǒng)中我們需要把導(dǎo)向設(shè)備測(cè)得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)展處理，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)ISA總線速度低、不能熱插拔，在計(jì)算機(jī)中已經(jīng)逐漸減少；PI總

6、線具有高速的特點(diǎn)，但開發(fā)比擬困難，本錢也較高；USB接口具有通用、高速、熱插拔、即插即用等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)在各種計(jì)算機(jī)上得到普及，成為計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，非常合適在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集中應(yīng)用。所以，我們采用USB總線實(shí)現(xiàn)P機(jī)與導(dǎo)向設(shè)備間的通信。我們選取的是訊通科技的USB100通用串行總線模塊，構(gòu)造框圖如圖4所示。在P機(jī)上安裝USB100模塊專用驅(qū)動(dòng)程序后，USB100即作為P機(jī)上的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，可以按照與操作串口完全一樣的方法來編程。目前，利用Delphi實(shí)現(xiàn)串行通信的常用方法主要有四種：調(diào)用API函數(shù)；使用串口；直接嵌入?yún)R編；在Delphi中調(diào)用DLL函數(shù)。對(duì)這四種方法進(jìn)展比照可知：利用控件編程比擬簡

7、單，只要設(shè)定好屬性，使用好方法和事件就可以成功實(shí)現(xiàn)串行通信。所以，我們采用第二種方式，即使用irsft公司提供的inds下串行通信編程的AtiveX控件S。該控件具有豐富的與串行通信親密相關(guān)的屬性與事件，提供了一系列標(biāo)準(zhǔn)通信命令的接口。2.3軟件總體構(gòu)架根據(jù)系統(tǒng)的要求，軟件總體構(gòu)架框圖如圖5所示。3功能實(shí)現(xiàn)3.1數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理用Aess建立數(shù)據(jù)庫的ER圖如圖6所示。Delphi提供了AD控件來實(shí)現(xiàn)AD功能。我們使用TADnnetin建立與Aess數(shù)據(jù)庫的連接，通過在運(yùn)行期間指定SQL語句，命令TADQuery控件增加、刪除、查詢和修改數(shù)據(jù)庫。其中，工程管理表中包括工程信息和鉆進(jìn)參數(shù)信息。在鉆

8、進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)模塊、預(yù)測(cè)模塊和控制參數(shù)計(jì)算模塊中，通過讀取數(shù)據(jù)庫中的鉆進(jìn)參數(shù)信息，采用曲率半徑法、自然參數(shù)法等方法進(jìn)展計(jì)算，得到的數(shù)據(jù)通過指定SQL語句存入數(shù)據(jù)庫中，或通過USB接口輸出。3.2通信模塊安裝USB100模塊專用驅(qū)動(dòng)程序后，P機(jī)上將新增一個(gè)虛擬通訊端口3。驅(qū)動(dòng)程序的作用實(shí)際上是將USB端口模擬成虛擬串口。S控件用來連接USB100，它屏蔽了大部分串口通信的底層運(yùn)行過程和許多繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程，具有兩種處理方式：一是事件驅(qū)動(dòng)方式，由S控件的n事件捕獲并處理通信錯(cuò)誤及事件；二是查詢方式，通過檢查Event屬性的值來判斷事件和錯(cuò)誤。S控件主要屬性如下：(1)Prt設(shè)置并返回通信端口號(hào)。例如

9、：S.Prt：=1；(2)Setting設(shè)置并返回波特率、奇偶校驗(yàn)、數(shù)據(jù)位和停頓位參數(shù)。例如：S.Setting：=19200，N，8，1；(3)Prtpen設(shè)置并返回通信端口狀態(tài)，True/False可以翻開/關(guān)閉串口。例如：S.Prtpen：=True。由USB端口模擬成的虛擬串口通信速率為8bps，P上設(shè)定該串口的速率不會(huì)對(duì)傳輸速率有影響，這是與實(shí)際串口的區(qū)別。3.3軌跡圖形顯示模塊圖形的顯示模塊主要包括坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，地貌信息的顯示，地下原有管線的顯示，鉆進(jìn)設(shè)計(jì)軌跡的顯示，實(shí)際軌跡的隨鉆顯示，以及放大、測(cè)量間隔 和傾角等功能。3.3.1顯示功能對(duì)于各信息的顯示，根據(jù)實(shí)際需要，我們采取平面

10、圖和剖面圖兩個(gè)視圖同時(shí)顯示的方式。圖形顯示我們采用TIage組件，分為繪制圖層和顯示圖層。其中繪制圖層是不可見的，又分為地貌信息圖層、地下原有管線圖層，設(shè)計(jì)軌跡圖層、實(shí)際軌跡圖層等。讀取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)后，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，在不同的繪制圖層上用TIage組件的anvas屬性繪制信息圖，然后根據(jù)用戶要求，在顯示圖層上復(fù)制所需顯示的繪制圖層。這樣，可方便地根據(jù)用戶要求在圖板上顯示鉆進(jìn)過程的不同時(shí)期所需要的信息。例如，我們可通過復(fù)制地下原有管線圖層到設(shè)計(jì)軌跡圖層，然后在此根底上讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)繪制設(shè)計(jì)軌跡，通過圖形顯示，用戶可以很方便地知道設(shè)計(jì)的合理性和可靠程度。假如不滿意，可重新設(shè)計(jì)，刷新數(shù)據(jù)庫，并通過上

11、述過程重新繪制軌跡，直到滿意為止。3.3.2部分放大功能通過部分放大，用戶可明晰地在圖中比擬實(shí)際軌跡和設(shè)計(jì)軌跡。通過修改參數(shù)還可以改變放大區(qū)域大小和放大倍數(shù)。其核心是利用Tanvas的pyRet方法實(shí)現(xiàn)圖像的放大。pyRet方法的功能是將源畫布上的一個(gè)指定矩形區(qū)域源矩形內(nèi)的象素拷貝到目的畫布上的一個(gè)指定矩形區(qū)域目的矩形中。由pyde屬性確定拷貝的形式。在直接拷貝形式Srpy下，當(dāng)源矩形與目的矩形面積相等時(shí)，圖像不變；當(dāng)源矩形面積小于目的矩形時(shí)，圖像便被拉伸、放大在目的矩形中擴(kuò)展。源矩形和目的矩形大小之比，決定了圖像的放大倍數(shù)。3.3.3測(cè)量功能在圖像上測(cè)量起始點(diǎn)單擊鼠標(biāo)右鍵，并拖拉到測(cè)量終點(diǎn)，

12、可通過相應(yīng)鼠標(biāo)事件，在繪制測(cè)量線段的同時(shí)獲得測(cè)量起始點(diǎn)和終點(diǎn)的畫布坐標(biāo)。在圖形顯示功能實(shí)現(xiàn)中，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換由實(shí)際測(cè)量坐標(biāo)變?yōu)楫嫴忌系淖鴺?biāo)，在此通過逆轉(zhuǎn)換即可得到需測(cè)量兩點(diǎn)間的實(shí)際間隔 和傾角值。3.4報(bào)表輸出和打印功能我們采用Delphi提供的快速創(chuàng)立報(bào)表的工具QuikReprt實(shí)現(xiàn)報(bào)表的輸出和打櫻QuikReprt是QuSft公司提供的一個(gè)控件包，利用它可以快速生成報(bào)表并實(shí)現(xiàn)報(bào)表的打印功能，使用簡單、方便。4部分實(shí)現(xiàn)結(jié)果軟件主界面如圖7所示。系統(tǒng)通過串口通信獲取由導(dǎo)向設(shè)備測(cè)得的實(shí)際軌跡的空間位置深度、傾角和方位角信息，轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)際鉆進(jìn)軌跡與設(shè)計(jì)軌跡的坐標(biāo)統(tǒng)一，以方便與設(shè)計(jì)軌跡相比擬。假設(shè)實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，繼續(xù)鉆進(jìn)；假設(shè)超出范圍，那么進(jìn)展軌跡調(diào)控設(shè)計(jì)，及時(shí)采取糾偏措施。圖8為軌跡調(diào)控設(shè)計(jì)后的圖形。5完畢語系統(tǒng)能根據(jù)地貌信息和施工要求設(shè)計(jì)程度定向鉆進(jìn)鉆孔軌跡，并在實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工過程中軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，對(duì)鉆進(jìn)給予一定的預(yù)測(cè)和控制，大大進(jìn)步了施工的精度和可靠性。軟件采用面向?qū)ο蟮拈_放式系統(tǒng)構(gòu)造，易于擴(kuò)大，大大方便了系統(tǒng)在使用過程中的完善和開展。整個(gè)系統(tǒng)在indsXP環(huán)境下運(yùn)行，人機(jī)界面友好，操作