摘  要： 針對地下田野文物被盜過程中洛陽鏟,、爆炸等行為特點，提出基于微震監(jiān)測技術(shù)的地下田野文物監(jiān)控系統(tǒng),。通過埋藏于地表的多個地震檢波器,，建立檢波監(jiān)測網(wǎng)，識別多種人為行為特點,，區(qū)分是否是洛陽鏟,、爆炸等盜竊及損壞地下田野文物的行為，從而向控制中心發(fā)出報警信號,，實現(xiàn)對地下田野文物監(jiān)控的目的,。
關(guān)鍵詞： 文物；監(jiān)測,；檢波,；微震

    我國歷史悠久，古墓葬,、地下遺址等地下田野文物資源豐富,。我國地下田野文物監(jiān)管的現(xiàn)狀是：地下田野文物分布點多、線長,、面廣,，且所處位置大都較為偏僻，交通不便,，地下田野文物管理人員數(shù)量少,，巡查難度大，監(jiān)管技術(shù)落后,。這給不法分子盜竊文物等違法行為以可乘之機,，盜竊行為時有發(fā)生。針對這種現(xiàn)狀,，本文利用微震監(jiān)測技術(shù)實現(xiàn)了對地下田野文物保護系統(tǒng)的設(shè)計,。通過在目標(biāo)區(qū)域建立監(jiān)控系統(tǒng)，完成對震動信號的采集,、分析,、判別，判斷是否有盜掘行為的發(fā)生,，實現(xiàn)對田野文物監(jiān)控的目的,。微震監(jiān)測技術(shù)是微地震研究的一個應(yīng)用領(lǐng)域，本設(shè)計是微震監(jiān)測技術(shù)在文物監(jiān)控領(lǐng)域的一個應(yīng)用,。
1 系統(tǒng)設(shè)計總體概述
    系統(tǒng)包含檢波監(jiān)測網(wǎng),、調(diào)理電路、工業(yè)控制計算機三部分,，如圖1所示,。其中,，檢波監(jiān)測網(wǎng)采集人為活動產(chǎn)生的震動參數(shù)，并可多節(jié)點定位,，調(diào)理電路完成對原始信號的放大,、變換、濾波等處理,，信號采集PCI卡通過工控機的PCI插槽完成對工業(yè)控制計算機的數(shù)據(jù)傳輸,，數(shù)據(jù)經(jīng)工業(yè)控制計算機軟件分析、處理,、判別后做出識別,，通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)向遠程控制中心發(fā)出報警信號，遠程控制中心收到報警,，采取相應(yīng)措施,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1 檢波監(jiān)測網(wǎng)
    檢波監(jiān)測點對目標(biāo)區(qū)域?qū)嵭斜O(jiān)控，實質(zhì)是監(jiān)測目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各種震動信號,。
    檢波監(jiān)測網(wǎng)由N個檢波監(jiān)測點組成,，檢波監(jiān)測點的個數(shù)可根據(jù)實際需要自行設(shè)定。本設(shè)計采用HK20DX-10S系列地震檢波器作為檢波監(jiān)測設(shè)備,。該系列地震檢波器采用引線簧結(jié)構(gòu),，具有體積小、重量輕,、假頻高,、耦合好等特點。該系列檢波器適合沼澤,、淺海,、丘陵、山地,、戈壁等不同地表環(huán)境的工作,。其技術(shù)指標(biāo)如下：自然頻率10±5%，開路阻尼系數(shù)0.3,，閉路阻尼系數(shù)(并1 kΩ)0.7±5%,，開路靈敏度0.28 V/（cm·s-1），閉路靈敏度（并1 kΩ）0.2±5%,，線圈電阻395±5% Ω,，并聯(lián)電阻后直流電阻（并1 kΩ）283±5% Ω,，失真度≤0.2%,，假頻≥400 Hz，懸體質(zhì)量11 g,，最大位移（P-P）1.5 mm,，允許傾斜角度＜10°,。
    該系列地震檢波器假頻大于400 Hz，具有很強的抗橫向干擾能力,，大幅度提高了檢波器的通頻帶寬度及信噪比,。采用引線簧焊接導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，保證檢波器的高可靠性,。檢波器體積小,，易于埋置，與大地的耦合性好,，抗干擾能力強,，有效提高了檢波器的分辨率和信噪比。
2.2 調(diào)理電路
    調(diào)理電路對地震檢波器采集到的電壓信號進行濾波,、放大,，調(diào)整成適合工業(yè)控制計算機處理的信號，其單路設(shè)計如圖2所示,。

    IN端是地震檢波器信號采集端,，OUT端是工業(yè)控制計算機端，R00,、R01,、C01可以根據(jù)濾波、放大需要進行相應(yīng)設(shè)計,，調(diào)理電路路數(shù)可以根據(jù)實際需要進行設(shè)計,。
2.3 工業(yè)控制計算機
    本設(shè)計采用的工業(yè)計算機包括工業(yè)控制計算機核心、高速模擬量數(shù)據(jù)采集卡,、網(wǎng)絡(luò)模塊等部分,，系統(tǒng)框圖如圖1所示。
2.3.1 工業(yè)控制計算機核心
    本設(shè)計采用GT-6355工業(yè)控制計算機,，英特爾凌動230處理器,，主頻1.6 GHz，主板采用英特爾945GC+ICH7芯片組,，雙通道內(nèi)存接口,，最多支持4 GB的DDR2 533/677 MHz內(nèi)存，顯示卡采用英特爾GMA950圖形媒體加速器,，最大共享內(nèi)存224 MB,，1個英特爾82573L PCI-E千兆網(wǎng)絡(luò)控制器，2個SATA硬盤接口,，1個RS-232接口,，1個RS-232/422/485接口，6個USB2.0接口，PICMG1.0總線,，支持PCI及ISA擴展設(shè)備,，含PCI擴展單槽。該工業(yè)控制計算機性能穩(wěn)定,、資源豐富,、使用方便，且能適應(yīng)惡劣環(huán)境,。
2.3.2 高速模擬量數(shù)據(jù)采集卡
    本設(shè)計采用PCI-1713型高速模擬量數(shù)據(jù)輸入卡,。該卡是一款PCI總線的隔離高速模擬量輸入卡，提供32路差分模擬量輸入或者組合輸入通道,，每個輸入通道的增益可編程控制,，可對不同通道使用不同增益，并采用單端和差分輸入的不同組合方式來完成多通道采樣,。模擬量輸入范圍為：雙極性時,，±0.625 V，±1.25 V,，±2.5 V,，±5 V，±10 V,；單極性時,，0~1.25 V，0~2.5 V,，0~5 V,，0~10 V，最大輸入過載電壓±30 V,；A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率可達100 kS/s,、分辨率為12 bit；帶有一個4 KB采樣FIFO緩沖器,，該特性提供了Windows下連續(xù)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕? 500 V(DC)的直流隔離保護,，用于保護PC及外設(shè)免受輸入線上高壓電的損害；支持軟件內(nèi)部定時器觸發(fā)或外部定時觸發(fā),；工作溫度-20 ℃~+70 ℃,，能適應(yīng)戶外工作要求。
    數(shù)據(jù)采集過程如圖3所示,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    軟件系統(tǒng)采用Windows XP作為操作系統(tǒng)平臺,，符合用戶的操作習(xí)慣。應(yīng)用軟件采用微軟公司的開發(fā)工具Visual Studio 2005進行設(shè)計開發(fā),。
3.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計
    應(yīng)用程序包括系統(tǒng)界面,、操作日志,、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)庫存儲,、歷史數(shù)據(jù)查詢等模塊,。軟件結(jié)構(gòu)如圖4所示,。

    （1）系統(tǒng)界面,。軟件界面采用分級結(jié)構(gòu)，每一個試驗采用彈出子界面的方式單獨處理,，這樣使軟件更具模塊化管理,。軟件的整體界面框架包括菜單欄、工具欄,、按鈕,、編輯框、主窗口狀態(tài)欄等部分,。
    （2）操作日志,。操作日志記錄了用戶對設(shè)備進行操作的用戶名、時間,、指令等詳細信息,。日志信息保存在文本文件中，便于查詢,。
    （3）數(shù)據(jù)通信模塊,。數(shù)據(jù)通信模塊采用PCI通信模塊、網(wǎng)口和USB等接口和外部設(shè)備進行通信,。
    （4）數(shù)據(jù)庫存儲,。數(shù)據(jù)存儲完成實時數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫存儲。本方案采用Access數(shù)據(jù)庫,， ADO是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序開發(fā)的接口,，具有使用簡便、速度快,、內(nèi)存消耗少和占用磁盤空間少等優(yōu)點,。利用ADO技術(shù)實現(xiàn)Visual Studio 2005與數(shù)據(jù)庫的接口，從而方便地實現(xiàn)Visual Studio 2005對Access數(shù)據(jù)庫的訪問,。
    （5）歷史數(shù)據(jù)查詢,。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊完成歷史數(shù)據(jù)信息的查詢操作，通過觀察歷史數(shù)據(jù),，可以對系統(tǒng)的性能做出分析,，可以了解設(shè)備的工作過程及結(jié)果。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊包括窗體代碼設(shè)計和數(shù)據(jù)庫查詢代碼設(shè)計,。
3.2 軟件流程設(shè)計
    軟件流程如圖5所示,。

    應(yīng)用軟件啟動后,，首先進行初始化工作，包括初始化接口,、記錄工作日志,、打開數(shù)據(jù)庫等任務(wù)。如果初始化失敗,，應(yīng)用程序不能正常運行而退出,；初始化成功后，開始監(jiān)控,。當(dāng)關(guān)閉設(shè)備時,，監(jiān)控結(jié)束，否則一直循環(huán)進行,。
    本方案針對目前文物所在的環(huán)境特點劃分成多個小區(qū)域,， 利用傳感器網(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)測，對接收到的數(shù)據(jù)進行實時處理,，對異常狀況進行報警,，并及時保存所采集的數(shù)據(jù)信息，為文物保護工作者進行文物保護方法的研究提供了重要依據(jù),。本方案所描述的系統(tǒng)具有簡單,、實時、高效等特點,，對維護文物古跡的安全具有重要的意義,。
參考文獻
[1] 劉光林，劉泰生,，高中錄,，等.地震檢波器的發(fā)展方向[J]. 勘探地球物理進展，2003,，26（3）：178-185.
[2] 李庶林.試論微震監(jiān)測技術(shù)在地下工程中的應(yīng)用[J].地下空間與工程學(xué)報,，2009(1)：122-128.
[3] 李國棟，漢澤西.地震檢波器頻率響應(yīng)特性的研究[J].石油儀器,，2009,，23(4)：11-13.
[4] 吳瑞文，梁志瑞.基于工控機與DSP的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J].電力科學(xué)與工程,，2009,，25(9)：30-33.
[5] 李希文，趙建,，李智奇.傳感器與信號調(diào)理技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,，2008：3-14.