可控源音頻大地電磁測(cè)深CSAMT^[1](Controlled Source Audio Magnetotellurics)法通過(guò)同步發(fā)射接收一組不同頻率的信號(hào)，測(cè)量大地的復(fù)電阻頻譜,，從而得到地下不同深度介質(zhì)電阻率的變化規(guī)律,。

        在CSAMT法勘探過(guò)程中，需要根據(jù)探測(cè)目標(biāo)布置發(fā)射源,。在接收端,，要將儀器放置到各采集點(diǎn)，在大部分情況下,，工作人員只能通過(guò)步行的方式將設(shè)備送到采集點(diǎn),。這些特點(diǎn)決定了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)測(cè)要浪費(fèi)大量的人力和物力，因此,，迫切需要能夠在工作現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量,，以便工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)采集過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題并分析原因，盡早采取相應(yīng)措施,。
        目前,，加拿大鳳凰公司的V8采用TDMA進(jìn)行各站之間的數(shù)據(jù)傳輸；吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣學(xué)院自主研發(fā)的JLEMI^[2]分布式采集系統(tǒng)采用了GPRS,，可以在遠(yuǎn)程工作站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù),。這些方法依賴于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在信號(hào)質(zhì)量不好的情況下工作會(huì)受到影響,，甚至無(wú)法監(jiān)測(cè),。
        除了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)之外，現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的無(wú)線傳輸技術(shù)^[3]有ZigBee,、紅外線數(shù)據(jù)傳輸,、WiFi等。但當(dāng)前的手機(jī)中很少直接支持ZigBee,，紅外線數(shù)據(jù)傳輸方式要求進(jìn)行傳輸?shù)脑O(shè)備之間必須對(duì)準(zhǔn),，而且中間不能有阻擋。藍(lán)牙是一種支持設(shè)備短距離通信(一般10 m內(nèi))的無(wú)線電技術(shù),，采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù),，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信，工作在全球通用的2.4 GHz ISM頻段,，其數(shù)據(jù)速率為1 Mb/s,，采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸,，現(xiàn)在手機(jī)、平板電腦等基本都配置了藍(lán)牙設(shè)備,。
        基于上述分析,，本文采用藍(lán)牙無(wú)線傳輸技術(shù)[4]，實(shí)現(xiàn)了采集站與Android手機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸,。通過(guò)在采集站中嵌入藍(lán)牙模塊,，在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，將數(shù)據(jù)以特定格式發(fā)送到手機(jī)中,，在手機(jī)端對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并實(shí)時(shí)顯示,。將該系統(tǒng)應(yīng)用到JLEMI工作過(guò)程中，為工作人員帶來(lái)了很多便利,。
1 系統(tǒng)組成
        本系統(tǒng)由CSAMT采集站與Android手機(jī)端組成,，二者通過(guò)藍(lán)牙協(xié)議[5]進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令的傳輸，如圖1所示,。其中采集站安裝Windows操作系統(tǒng),，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并通過(guò)嵌入的藍(lán)牙模塊將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)端,；手機(jī)端接收數(shù)據(jù),，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑預(yù)處理，然后以曲線的形式顯示在屏幕上,，提供給工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),。

                                                                        圖1  系統(tǒng)組成示意圖

2 采集站
        本系統(tǒng)中采集站[6]主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單預(yù)處理,，將原始數(shù)據(jù)和預(yù)處理結(jié)果保存到本地磁盤中,。除此以外，還可以通過(guò)嵌入的藍(lán)牙模塊將預(yù)處理結(jié)果傳輸?shù)绞謾C(jī)端,。
        采集站啟動(dòng)后,，首先開(kāi)啟藍(lán)牙設(shè)備并監(jiān)聽(tīng)手機(jī)端接入請(qǐng)求。當(dāng)有手機(jī)接入后,，開(kāi)啟新的線程并監(jiān)聽(tīng)處理手機(jī)端發(fā)來(lái)的命令,。如果手機(jī)端需要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，則必須首先向采集站發(fā)送相應(yīng)指令,。當(dāng)采集站收到指令后,，讀取采集到的數(shù)據(jù)，按照自定義的協(xié)議進(jìn)行封裝,，并向手機(jī)端傳輸,。在數(shù)據(jù)傳輸期間，手機(jī)可以通過(guò)向采集站發(fā)送命令，控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅和Ｅc退出,。
        采集站端采用了開(kāi)源庫(kù)bluecove[7]實(shí)現(xiàn)對(duì)藍(lán)牙模塊編程,，并引入jdom.jar包實(shí)現(xiàn)對(duì)xml文件的讀取與解析[8]。
3 手機(jī)端
        當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的手機(jī)操作系統(tǒng)包括Android,、iOS,、BlackBerry和Windows Phone等。市場(chǎng)研究公司Strategy Analytics在2013年11月1日發(fā)表報(bào)告稱,，2013年第3季度全球智能手機(jī)出貨量在2012年同期的1.728億部基礎(chǔ)上增長(zhǎng)45%,，達(dá)到2.514億部，其中Android市場(chǎng)份額為81.3%,，成為現(xiàn)在的主流手機(jī)操作系統(tǒng),。因此本系統(tǒng)的手機(jī)端基于Android操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
        目前,，市面上已經(jīng)存在許多基于Android操作系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，如基于藍(lán)牙的健康服務(wù)終端應(yīng)用軟件,、基于GPRS通信的遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用軟件以及基于各種通信協(xié)議的應(yīng)用軟件等,，這些應(yīng)用軟件給現(xiàn)代生活帶來(lái)了極大便利。
3.1 工作流程
        本系統(tǒng)的手機(jī)端應(yīng)用程序包含1個(gè)Service和2個(gè)Activity,。其中Service在后臺(tái)運(yùn)行,，其作用是監(jiān)聽(tīng)本手機(jī)端的狀態(tài)，當(dāng)有事件產(chǎn)生時(shí),，與2個(gè)Activity產(chǎn)生交互,，控制程序的運(yùn)行。主Activity控制程序初始化,、數(shù)據(jù)接收,、預(yù)處理和曲線繪制；Activity2的作用是搜索周圍的藍(lán)牙設(shè)備,，顯示搜索結(jié)果,，接受用戶選擇，并將選擇結(jié)果傳遞給主Activity,。手機(jī)端程序流程圖如圖2所示,。

                                                                            圖2  手機(jī)端整體流程圖
        (1)啟動(dòng)藍(lán)牙
        首先檢查手機(jī)是否支持藍(lán)牙，如果支持,，則獲取藍(lán)牙適配器對(duì)象,，并在AndroidManifest中申明藍(lán)牙使用權(quán)限，開(kāi)啟藍(lán)牙,。
        (2)搜索采集站藍(lán)牙設(shè)備
        在手機(jī)端搜索采集站藍(lán)牙設(shè)備前，先要設(shè)置采集站端藍(lán)牙設(shè)備可見(jiàn)，以便手機(jī)端發(fā)現(xiàn)采集站藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行配對(duì),。手機(jī)端通過(guò)使用BluetoothAdapter的startDiscovery()方法來(lái)搜索藍(lán)牙設(shè)備,，在這個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)發(fā)送以下3個(gè)廣播：
        ACTION_DISCOVERY_START：開(kāi)始搜索
        ACTION_DISCOVERY_ FINISHED：搜索結(jié)束
        ACTION_FOUND：找到設(shè)備
        手機(jī)端可以注冊(cè)相應(yīng)的BroadcastReceiver對(duì)象來(lái)接收相應(yīng)的廣播,，以便做出響應(yīng),。
        (3)請(qǐng)求建立連接
        手機(jī)端搜索到采集站藍(lán)牙設(shè)備后，可以獲取其BluetoothService,，然后利用listenUsingRfcomm_WithServiceRecord(String, UUID)方法獲取對(duì)應(yīng)的BluetoothSocket,，最后調(diào)用BluetoothSocket的connect()方法請(qǐng)求連接。如果手機(jī)端的UUID同采集站藍(lán)牙設(shè)備的UUID匹配,，并且連接被采集站端藍(lán)牙設(shè)備接受,，則連接成功。
        (4)接收指令和數(shù)據(jù)
        請(qǐng)求連接成功后,，手機(jī)端和采集站的藍(lán)牙設(shè)備分別監(jiān)聽(tīng)端口,。當(dāng)手機(jī)端向采集站發(fā)送一個(gè)讀取數(shù)據(jù)指令，采集站收到該指令后,，首先根據(jù)自定義的協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝,，然后利用藍(lán)牙協(xié)議傳輸?shù)绞謾C(jī)端。手機(jī)端的主Activity監(jiān)聽(tīng)數(shù)據(jù)端口,，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)后,，對(duì)其進(jìn)行解析，得到發(fā)送的原始數(shù)據(jù),，為后期的數(shù)據(jù)預(yù)處理和曲線繪制做準(zhǔn)備,。
        (5)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖顯示，其中可以通過(guò)選項(xiàng)來(lái)控制是否需要在顯示之前對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑,。
3.2 曲線繪制
        本系統(tǒng)選擇開(kāi)源類庫(kù)Achartengine^[9]作為繪圖工具,。該類庫(kù)針對(duì)Android系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，易于二次開(kāi)發(fā),，能夠繪制折線圖,、餅狀圖、柱狀圖等多種曲線,。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以折線圖的形式顯示,。
        對(duì)于CSAMT數(shù)據(jù)曲線,，由于發(fā)射頻率和幅值都相差多個(gè)數(shù)量級(jí)，因此,，需要以對(duì)數(shù)坐標(biāo)的形式顯示,。而Achartengine不直接支持對(duì)數(shù)坐標(biāo),，本文通過(guò)對(duì)坐標(biāo)軸的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了自定義坐標(biāo)軸,，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)顯示,。主要步驟如下：
        (1)將x軸改造為對(duì)數(shù)坐標(biāo)
        利用addXTextLabel函數(shù)實(shí)現(xiàn)x軸坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,，該函數(shù)的基本格式為：addXTextLabel(double x,，String text)，其中x為x軸坐標(biāo)點(diǎn),，text為轉(zhuǎn)換后顯示在x點(diǎn)的坐標(biāo)值，如果不顯示,，則可以設(shè)為空,。x和text之間的關(guān)系為x=log10(text),。利用該方法,，可以添加一系列的x軸對(duì)數(shù)坐標(biāo)點(diǎn)。
        (2)將y軸改造為對(duì)數(shù)坐標(biāo)
        原理和x軸相同,，利用addYTextLabel(double y,，String text)函數(shù)實(shí)現(xiàn)y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,。
        (3)數(shù)據(jù)顯示
        將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對(duì)數(shù)，并利用series.add()添加到繪圖中顯示,。圖3顯示了手機(jī)中基于Achartengine繪制的數(shù)據(jù)曲線圖,。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)所應(yīng)用的采集站有4個(gè)通道，所以共有8條曲線,，包括4條幅頻特性曲線(上半部分)與4條相頻特性曲線(下半部分),。

                                                                  圖3  采集數(shù)據(jù)的曲線圖
        Achartengine為靜態(tài)繪圖，為達(dá)到實(shí)時(shí)更新的動(dòng)態(tài)效果,，需要對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新,，即每當(dāng)有新數(shù)據(jù)到來(lái)時(shí)，便進(jìn)行一次點(diǎn)集的更新和繪圖的刷新,。點(diǎn)觸曲線中某點(diǎn),，可以顯示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，方便現(xiàn)場(chǎng)分析和判斷,。
3.3 曲線平滑濾波
        CSAMT法測(cè)量過(guò)程中,，容易受到噪聲的干擾，在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)“飛點(diǎn)”現(xiàn)象,，會(huì)對(duì)后期的數(shù)據(jù)處理造成極大的干擾,，甚至導(dǎo)致假結(jié)果。本文使用基于各向異性擴(kuò)散的濾波方法^[10]對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理,，算法模型為：
      
       該方法以梯度的降函數(shù)做擴(kuò)散速度,，在梯度大的點(diǎn)擴(kuò)散量較小，在梯度小的點(diǎn)擴(kuò)散量較大,，其優(yōu)點(diǎn)是在濾除噪聲的同時(shí)能保護(hù)曲線的局部特征,。梯度的降函數(shù)相當(dāng)于邊界保護(hù)函數(shù)的作用，如式(2)所示：
      
其中,，k為閾值參數(shù),。
        利用該算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑的效果如圖4所示。

                                               圖4  基于各向異性擴(kuò)散算法的數(shù)據(jù)平滑效果圖
        本文根據(jù)CSAMT法工作環(huán)境的特點(diǎn),，將藍(lán)牙無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)引入CSAMT法的數(shù)據(jù)采集過(guò)程中,，手機(jī)端在接收到采集數(shù)據(jù)后可以進(jìn)行平滑處理，并通過(guò)對(duì)Achartengine類庫(kù)中坐標(biāo)軸的改進(jìn),，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)坐標(biāo)顯示,，在實(shí)際應(yīng)用中得到了較好的效果。本系統(tǒng)既有利于進(jìn)行CSAMT數(shù)據(jù)的集中監(jiān)測(cè),，也可以為現(xiàn)場(chǎng)工作人員觀察數(shù)據(jù)采集質(zhì)量,、判斷故障點(diǎn)提供參考和支持，提高其工作效率,。本系統(tǒng)的應(yīng)用可以使采集設(shè)備不再配備顯示屏,，有助于進(jìn)一步減小體積，降低功耗,。
        藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸距離有限,，不能達(dá)到遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的目的，下一步工作是基于GPRS或WiFi無(wú)線傳輸技術(shù),，實(shí)現(xiàn)手機(jī)中的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè),。
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