一种地震相对重力联测电子记簿系统及运行方法
阅读说明：本技术 一种地震相对重力联测电子记簿系统及运行方法 (Earthquake relative gravity joint measurement electronic book system and operation method ) 是由 刘少明 贾骏超 贾国然 胡敏章 郝洪涛 汪健 王嘉沛 李忠亚 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于地震流动重力监测技术领域,公开了一种地震相对重力联测电子记簿系统及运行方法,所述地震相对重力联测电子记簿系统包括：数据采集模块,梯度测量模块,静态测试模块,仪器检调模块,数据处理与输出模块,测点信息管理模块。本发明在充分市场调研基础上,采用安卓平板电脑进行数据采集,优势是续航时间长,防水效果好；采用流行软硬件,性能稳定；掌上电脑更新为平板电脑后,可以根据需要购买不同大小屏幕,解决过去很多老观测员因屏幕小看不清的问题,增加重力自由差平差结果与旧数据平差法结果相比,进行了平差,优于过去简单算术平均法,该方法在进行支线测量时无需新建工程,结点无需读两次数,提高了工作效率。(The invention belongs to the technical field of earthquake flowing gravity monitoring, and discloses an earthquake relative gravity joint measurement electronic book recording system and an operation method thereof, wherein the earthquake relative gravity joint measurement electronic book recording system comprises: the system comprises a data acquisition module, a gradient measurement module, a static test module, an instrument debugging module, a data processing and output module and a measuring point information management module. On the basis of full market research, the android tablet personal computer is adopted for data acquisition, and the advantages of long endurance time and good waterproof effect are achieved; the performance is stable by adopting popular software and hardware; after the palm computer is updated to a tablet personal computer, screens of different sizes can be purchased according to needs, the problem that many old observers cannot see clearly due to small screens in the past is solved, the gravity free difference adjustment result is added, the adjustment is performed compared with the result of an old data adjustment method, the adjustment is superior to the simple arithmetic mean method in the past, a new project is not needed when branch line measurement is performed, the nodes do not need to read for two times, and the working efficiency is improved.)
技术领域
本发明属于地震流动重力监测技术领域，尤其涉及一种地震相对重力联测电子记簿系统及运行方法。
背景技术
目前，地震流动重力监测单位的野外数据采集，经历了从纸质记录到PC电脑再到掌上电脑的不断升级过程，早期纸质记录，需手工操作，数据不能现场计算，容易受下雨等天气影响，需在室内将逐个数据录入电脑，才能进行数据处理并对观测结果进行评估，PC版电子记簿系统2000年由总参贾国然大校编写，基于Windows操作系统，由VC++语言编写，在地壳运动观测网络工程重力测量中使用，PC版记录也会受天气影响，不防水，而且笨重、电池续航时间短。
目前地震系统使用的PDA(掌上电脑)版电子记簿系统，2006年由中国地震局地震研究所与天津天维科技开发公司共同研制，没有上述缺点，一直使用至今，但由于市场硬件软件环境的改变，已不适应地震流动数据采集要求，软件环境方面，早期是WinCE操作系统，后升级为Windows Mobile。早期这个系统市场使用率还比较高，在后来同苹果IOS和Android操作系统的竞争中落败，为市场淘汰，现已退市。硬件方面，基于Windows Mobile操作系统的PDA(个人数字助理)已停产，市场上能购买的都是剩余的。
如果不采用当前流行便携式便携设备及操作系统，设计电子记簿系统，当面临无合适电子记簿系统可用局面，将退回手工纸质记录时代。为适应市场环境变化，电子记簿系统硬件和操作系统环境急需换代。
电子记簿系统算法的完善，目前资料处理是进行固体潮、漂移改正后，通过简单的算术平均计算段差的自互差，没有进行平差。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)针对地震流动重力监测单位的野外数据采集，早期纸质记录，需手工操作，数据不能现场计算，容易受下雨等天气影响，需在室内将逐个数据录入电脑，才能进行数据处理并对观测结果进行评估；而PC版记录也会受天气影响，不防水，而且笨重、电池续航时间短。
(2)目前地震系统使用的PDA(掌上电脑)版电子记簿系统，但由于市场硬件软件环境的改变，已不适应地震流动数据采集要求，软件环境方面，操作系统已为市场淘汰，现已退市；硬件方面，基于Windows Mobile操作系统的PDA已停产，市场上能购买的都是剩余的。
(3)如果不采用当前流行便携式便携设备及操作系统，设计电子记簿系统，当面临无合适电子记簿系统可用局面，将退回手工纸质记录时代；电子记簿系统算法的完善，目前资料处理是进行固体潮、漂移改正后，通过简单的算术平均计算段差的自互差，没有进行平差。
解决以上问题及缺陷的难度为：
基于Android操作系统，面向对象设计软件系统，实现数据采集、检核、数据处理与输出，同时保证数据的真实与保密。
解决以上问题及缺陷的意义为：地震相对重力联测数据采集与处理系统以地震重力测量规范为标准，进行数据采集、检核、数据处理与输出，可自动完成段差计算、成果输出。系统采用JAVA开发，适用于基于Android操作系统的平板电脑，在设计的科学性、实用性、全面性上都更为完善，是面向对象的设计、面向重力测量工程的管理与应用。
发明内容
针对现有地震重力数据采集系统目前存在的问题，本发明提供了一种地震相对重力联测电子记簿系统及运行方法。
本发明是这样实现的，一种地震相对重力联测电子记簿系统，包括：
数据采集模块，用于实现LCR、CG和BURRIS重力仪的数据采集；
梯度测量模块，用于实现垂直梯度和水平梯度数据采集、数据处理与输出；
静态测试模块，用于LCR重力仪静态精度试验数据记录与处理，以及CG和BURRIS型重力仪静态测试数据的录入与处理；
仪器检调模块，用于实现重力仪的检验与调整。
数据处理与输出模块，用于实现LCR、CG和BURRIS重力仪数据的处理与输出；
测点信息管理模块，用于测点坐标、等级等信息管理，可实时采集存储测点位置信息，并输出点之记文件。
进一步，数据采集模块中，所述数据采集分为静态精度试验、动态精度试验、长基线一次项比例因子标定、短基线一次项比例因子标定和相对重力测量；其中，所述长、短基线一次项比例因子标定适用于LCR-G型、CG-5/6型重力仪和BURRIS型重力仪
进一步，数据采集模块中，每个测点数据包括重力及环境数据；其中，所述重力数据由点号、点名、点类别、经纬度、高程、仪器号、仪器高、仪器内温、仪器位置、是否测静、是否作废、是否重测、观测人员、记录人员、观测时间、仪器读数和备注信息组成；所述环境数据由振幅、温度、气压、天气和运载工具组成。
进一步，静态测试模块中，所述重力仪测静数据处理流程包括：经固体潮改正后，绘制零漂曲线，计算线性漂移率；支持CG、BURRIS型重力仪静态测试数据的录入与处理。对于LCR重力仪支持测静数据的实时采集、处理与图形输出。
进一步，数据处理与输出模块中，所述数据处理时加入固体潮、气压、仪器高、零漂和格值一次项系数改正；计算段差平均值及其中误差；增加重力网功能，采用自由网平差计算段差自互差。
进一步，仪器检调模块中，所述CG5型重力仪有X轴倾斜传感器的检验与调整、Y轴倾斜传感器的检验与调整、X轴倾斜传感器灵敏度的检验与调整、Y轴倾斜传感器灵敏度的检验与调整、倾斜传感器交叉耦合的检验与调整、重力传感器检验和纵横气泡检验；CG6型重力仪有偏移和灵敏度检调及纵横气泡检验。
所述LCR重力仪有测前纵横气泡细调、日常纵横气泡检调和灵敏度检调。
所述BURRIS重力仪有摆杆的上下止动端和读数线的检调、纵横水准检流计平衡位置及增益的检调、摆杆因子与反馈因子的检测和反馈系数标定。
进一步，所述地震相对重力联测电子记簿系统的硬件以及操作系统要求，包括：
Android系统平板电脑，屏幕尺寸不小于7吋，分辨率不小于1080P；处理器主频不小于1.4GHz；系统内存不小于2GB；系统存储容量不小于64GB，具有存储扩展功能，支持Micro SD卡即TF卡，最大支持不小于128GB；有摄像头，分辨率不低于800万像素；内置GPS或北斗芯片；无线功能可关闭；
支持Android操作系统各种主流app应用，包括定位导航、照相摄像、文件传输和文档处理。
进一步，所述地震相对重力联测电子记簿系统的文件系统，包括：
所述文件系统由信息文件、原始数据文件、备份文件和导出文件组成；
其中，所述信息文件包括观测信息、格值表、已知点和测站信息文件；
所述备份文件是在软件测试阶段，为防止数据丢失而保留的文本文档，现予以保留并加密，可恢复为原始数据文件；
所述原始数据文件加密，不能编辑，只能导出；
所述导出文件包括内业平差交换文件，交换文件，点之记文件，打印文件。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述的地震相对重力联测电子记簿系统的运行方法，所述地震相对重力联测电子记簿系统的运行方法包括以下步骤：
步骤一，安装APP；
步骤二，准备预存文件，所述预存文件包括测点信息和格值表；
步骤三，运行APP；
步骤四，建立工程；或打开已有工程，对于已完成工程打开后可进行外业数据处理；
步骤五，根据新建或打开的工程，根据需要进行相应操作，或进行静态数据处理并输出静态曲线图，或进行仪器检调，或进行重力测量；
步骤六，仪器检调和重力测量结束后，保存数据，如果测线已闭合，且数据无记录错误，可进行外业数据处理，同时进行数据输出；
步骤七，若输出数据为打印文件，则进行资料上交评比；若为内业平差文件，则进行内业数据处理，生成数据报表，并将资料上交评比；若为交换文件，则判断是否有记录错误，若是，则修改错误，进行外业数据处理生成数据报表，并将资料上交评比，若否，生成数据报表并将资料上交评比。
本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端搭载所述的地震相对重力联测电子记簿系统。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的地震相对重力联测电子记簿系统，在充分市场调研基础上，采用安卓平板电脑进行数据采集，优势是续航时间长，防水效果好。
平板电脑分为ARM架构(代表产品为ipad和安卓平板电脑)与X86架构(代表产品为Surface Pro)，后者X86架构平板电脑一般采用intel处理器及Windows操作系统，具有完整的电脑及平板功能，支持exe程序。因为Windows操作系统是专门为个人电脑设计的，而非平板电脑，再加上用户在使用习惯上的惯性思维，导致它无论从软硬件配合还是使用感受等多个方面，都无法满足用户苛刻的要求。可以说在平板电脑平台上，Windows操作系统有一个好的基础，但是无法发挥出相应的潜力，有一些鸡肋的味道。
排除掉X86架构平板电脑，剩下iPad和安卓平板电脑，iPad采用苹果公司为旗下产品开发的iOS操作系统，优点是流畅的人机交互，致命缺点是硬件和操作系统全部由苹果公司制造，而重力数据是保密数据，在航天和军事中有重要应用，没有人能保证苹果公司不对用户数据窃密，采用苹果公司iPad和iOS操作系统风险显而易见。由于安卓系统是开源的，国内公司也可以生产平板电脑，相对国外公司，国产平板电脑可保证数据的安全，不会有后门的怀疑，根据需要，还可订制产品。
基于以上理由本发明选择Android操作系统的平板电脑作为地震重力采集系统的硬件载体。
算法方面，引入自由网平差法，对观测数据进行处理，获取段差的自互差。
本发明的地震相对重力联测数据采集与处理系统是中国地震局地震研究所联合天津天维科技开发有限公司结合多年重力测量与软件开发经验，依据地震重力测量技术规范要求开发的地震相对重力测量数据采集与处理系统。该系统以地震重力测量规范为标准，进行数据采集、检核、数据处理与输出，可自动完成段差计算、成果输出。系统采用JAVA开发，适用于基于Android操作系统的平板电脑，在设计的科学性、实用性、全面性上都更为完善，是面向对象的设计、面向重力测量工程的管理与应用。
本发明采用平板电脑记录后，内存和计算速度提升几个量级，记录和数据处理流畅。采用流行软硬件，设备随时随处可购买，价格可根据经济条件确定，普通平板电脑比过去的掌上电脑便宜很多，且性能稳定；掌上电脑更新为平板电脑后，可以根据需要购买不同大小屏幕，解决了过去很多老观测员因屏幕小看不清的问题。
本发明的新地震相对重力联测增加了重力自由差平差结果与旧数据平差法结果相比，进行了平差，优于过去简单算术平均法，这种方法在进行支线测量时无需新建工程，结点无需读两次数，提高了工作效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的地震相对重力联测电子记簿系统结构框图；
图中：1、数据采集模块；2、梯度测量模块；3、静态测试模块；4、仪器检调模块；5、数据处理与输出模块；6、测点信息管理模块。
图2是本发明实施例提供的地震相对重力联测电子记簿系统的运行方法流程图。
图3是本发明实施例提供的地震相对重力联测电子记簿系统的运行方法原理图。
图4是本发明实施例提供的利用本发明LCR-G重力仪静态试验图。
图5是本发明实施例提供的输出的内业平差格式文件图。
图6是本发明实施例提供的输出的交换文件格式文件图。
图7是本发明实施例提供的垂直梯度计算结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种地震相对重力联测电子记簿系统及运行方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的地震相对重力联测电子记簿系统包括：
数据采集模块1，用于实现LCR、CG和BURRIS重力仪的数据采集；
梯度测量模块2，用于实现垂直梯度和水平梯度数据采集、数据处理与输出；
静态测试模块3，用于进行重力仪测静数据处理，以及CG和BURRIS型重力仪静态测试数据的录入与处理；
仪器检调模块4，用于实现重力仪的检验与调整。
数据处理与输出模块5，用于实现LCR、CG和BURRIS重力仪数据的处理与输出；
测点信息管理模块6，用于测点坐标、等级等信息管理，可实时采集存储测点位置信息，并输出点之记文件。
如图2所示，本发明实施例提供的地震相对重力联测电子记簿系统的运行方法包括以下步骤：
S101，安装APP；
S102，准备预存文件，所述预存文件包括测点信息和格值表；
S103，运行APP；
S104，建立工程；或打开已有工程，对于已完成工程打开后可进行外业数据处理；
S105，根据新建或打开的工程，根据需要进行相应操作，或进行静态数据处理并输出静态曲线图，或进行仪器检调，或进行重力测量；
S106，仪器检调和重力测量结束后，保存数据，如果测线已闭合，且数据无记录错误，可进行外业数据处理，同时进行数据输出；
S107，若输出数据为打印文件，则进行资料上交评比；若为内业平差文件，则进行内业数据处理，生成数据报表，并将资料上交评比；若为交换文件，则判断是否有记录错误，若是，则修改错误，进行外业数据处理生成数据报表，并将资料上交评比，若否，生成数据报表并将资料上交评比。
本发明实施例提供的地震相对重力联测电子记簿系统的运行方法原理图如图3所示。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
地震相对重力联测数据采集与处理系统是中国地震局地震研究所联合天津天维科技开发有限公司结合多年重力测量与软件开发经验，依据地震重力测量技术规范要求开发的地震相对重力测量数据采集与处理系统。该系统以地震重力测量规范为标准，进行数据采集、检核、数据处理与输出，可自动完成段差计算、成果输出。系统采用JAVA开发，适用于基于Android操作系统的平板电脑，在设计的科学性、实用性、全面性上都更为完善，是面向对象的设计、面向重力测量工程的管理与应用。
1、基本功能
实现LCR、CG、BURRIS重力仪的数据采集、检核、数据处理与输出。
数据采集分为静态精度试验、动态精度试验、长基线一次项比例因子标定(LCR-G型、CG-5/6型重力仪、BURRIS型重力仪)、短基线一次项比例因子标定(CG-5型重力仪)、相对重力测量。
每个测点数据包括重力及环境数据。重力数据由点号、点名、点类别、经纬度、高程、仪器号、仪器高、仪器内温、仪器位置、是否测静、是否作废、是否重测、观测人员、记录人员、观测时间、仪器读数和备注信息组成。环境数据由振幅、温度、气压、天气和运载工具组成。
重力点编号按项目规定执行；
软件采用工程为操作对象。
工程命名原则单位代码+年月日+工程序号(两位)。
数据处理时加入固体潮、气压、仪器高、零漂和格值一次项系数改正。计算段差平均值及其中误差。增加重力网功能，采用自由网平差计算段差自互差。
2、硬件及操作系统要求
Android系统平板电脑，屏幕尺寸不小于7吋，分辨率不小于1080P；处理器主频不小于1.4GHz；系统内存不小于2GB；系统存储容量不小于64GB，具有存储扩展功能，支持Micro SD(TF)卡，最大支持不小于128GB；有摄像头，分辨率不低于800万像素；内置GPS或北斗芯片；无线功能可关闭。
支持Android操作系统各种主流app应用。包括：定位导航、照相摄像、文件传输、文档处理等。
3、扩展功能
3.1梯度测量
垂直梯度和水平梯度数据采集、数据处理与输出。
3.2静态测试
重力仪测静数据处理流程包括：经固体潮改正后，绘制零漂曲线，计算线性漂移率。支持CG、BURRIS型重力仪静态测试数据的录入与处理。对于LCR重力仪支持测静数据的实时采集、处理与图形输出。
3.3文件系统
文件系统由信息文件、原始数据文件、备份文件和导出文件组成。
信息文件包括观测信息、格值表、已知点和测站信息文件。
备份文件是在软件测试阶段，为防止数据丢失而保留的文本文档，现予以保留并加密，可恢复为原始数据文件。
原始数据文件加密，不能编辑，只能导出。
导出文件包括内业平差交换文件，交换文件，点之记文件，打印文件。
3.4仪器检调
CG5型重力仪有X轴倾斜传感器的检验与调整、Y轴倾斜传感器的检验与调整、X轴倾斜传感器灵敏度的检验与调整、Y轴倾斜传感器灵敏度的检验与调整、倾斜传感器交叉耦合的检验与调整、重力传感器检验和纵横气泡检验；CG6型重力仪有偏移和灵敏度检调及纵横气泡检验。
所述LCR重力仪有测前纵横气泡细调、日常纵横气泡检调和灵敏度检调。
所述BURRIS重力仪有摆杆的上下止动端和读数线的检调、纵横水准检流计平衡位置及增益的检调、摆杆因子与反馈因子的检测和反馈系数标定。
3.5测点信息管理
工程中针对每个观测点具有实时位置采集存储功能，可记录观测点位的实际位置信息，可制作测点点之记。具有测点备注功能，以便记录测点、测段更改信息及仪器状态信息。
采用平板电脑记录后，内存和计算速度提升几个量级，记录和数据处理流畅。采用流行软硬件，设备随时随处可购买，价格可根据经济条件确定，普通平板电脑比过去的掌上电脑便宜很多，且性能稳定。
掌上电脑更新为平板电脑后，可以根据需要购买不同大小屏幕，解决了过去很多老观测员因屏幕小看不清的问题。
新地震相对重力联测增加了重力自由差平差结果与旧数据平差法结果相比，进行了平差，优于过去简单算术平均法，这种方法在进行支线测量时无需新建工程，结点无需读两次数。提高了工作效率。
下面结合实验数据或附图对本发明的积极效果作进一步描述。
本发明进行数据输入界面、内部存储根目录呈现、地震重力测量目录下文件呈现、原始工程文件呈现、工作项目呈现、拉格斯特仪器检调页面、灵敏度、纵气泡、横气泡检调页面呈现、CG5/6类型仪器检调选项页面、CG6倾斜与灵敏度检调呈现。效果良好，画面清晰，记录和数据处理流畅。
利用本发明LCR-G重力仪静态试验图如图4所示。输出的内业平差格式文件如图5所示。输出的交换文件格式文件如图6所示，垂直梯度计算结果如图7所示。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。