基于C#的多通道磁場顯示軟件的設(shè)計與應(yīng)用

朱自強(qiáng) 段樹嶺 段然 姜作喜 彭巍巍

（中國自然資源航空物探遙感中心 北京市 100083）

磁場是重要的地球物理信息參數(shù)，航空磁測是磁場測量的重要手段，他是將磁力儀搭載在航空器上進(jìn)行地球磁場測量的一種技術(shù)。本軟件是基于航空磁場測量野外生產(chǎn)的實際工作需要而開發(fā)，航遙中心自主研發(fā)的航磁測量系統(tǒng)的GR33 磁場模擬打印機(jī)對分析儀器工作狀態(tài)有很大幫助，同事們將打印輸出的模擬紙卷比喻成航空磁場測量系統(tǒng)的“心電圖”，但苦于打印機(jī)有輸出錯誤甚至不工作的情況，為準(zhǔn)確快速的掌握航磁測量系統(tǒng)的工作狀態(tài)，筆者編寫了這個監(jiān)測儀器“心電圖”狀態(tài)的軟件。本軟件對航磁測量系統(tǒng)的航空磁場測量數(shù)據(jù)讀取并顯示，提供多重濾波放大窗口。軟件小巧靈活、使用方便，方便儀器維護(hù)人員快速分析判斷儀器的工作狀態(tài)，以及隨時快速查詢歷史久遠(yuǎn)的航空磁場測量數(shù)據(jù)。

1 開發(fā)環(huán)境選擇

針對軟件的功能需求，選擇在WINDOS 平臺下采用C#語言開發(fā)軟件。C#是一種安全的、穩(wěn)定的、簡單的、優(yōu)雅的面向?qū)ο蟮木幊陶Z言。C#具有快速數(shù)據(jù)操作流，強(qiáng)大的界面顯示功能，它在繼承C 和C++強(qiáng)大功能的同時去掉了一些它們的復(fù)雜特性。C#綜合了VB 簡單的可視化操作和C++的高運行效率，以其強(qiáng)大的操作能力、優(yōu)雅的語法風(fēng)格、創(chuàng)新的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET 開發(fā)的首選語言。

2 軟件設(shè)計流程

軟件采用如圖1所示設(shè)計流程，首先進(jìn)行資料收集和需求分析，確定軟件所要實現(xiàn)的功能，然后進(jìn)行概要設(shè)計，對任務(wù)模塊進(jìn)行劃分并生成數(shù)據(jù)流圖。接下來是詳細(xì)設(shè)計各個模塊的算法實現(xiàn)并編寫程序流程圖，進(jìn)而進(jìn)行代碼編寫，最后進(jìn)行功能測試、集成測試與安全性測試，全部測試通過后投入使用，使用過程中出現(xiàn)問題進(jìn)行后期維護(hù)以保障軟件的正常使用，每個設(shè)計環(huán)節(jié)均要生成設(shè)計文檔。

2.1 需求分析

需求分析在軟件開發(fā)流程中起著“筑地基”的作用，需求分析完整準(zhǔn)確才能開發(fā)出有利于生產(chǎn)的實用化程序，筆者結(jié)合自己從事野外一線航空測量的實際需求，對此軟件的功能做如下需求分析。

航空磁測野外生產(chǎn)要求快速準(zhǔn)確判斷儀器狀態(tài)，如果儀器出現(xiàn)故障而沒有及時發(fā)現(xiàn)，不僅數(shù)據(jù)報廢而且經(jīng)濟(jì)損失巨大，還會影響工作進(jìn)度的如期完成，因此需要快速讀出并顯示磁場數(shù)據(jù)，需要程序小巧靈活，啟動快。

圖1：磁場記錄軟件設(shè)計流程

而高靈敏度的磁力儀的工作狀態(tài)需要直觀多通道的綜合判斷，需要將屏幕劃分成相互獨立的幾個區(qū)域，每個區(qū)域顯示不同濾波通道的數(shù)據(jù)，不同通道數(shù)據(jù)之間相互不干擾，每個通道可相互聯(lián)系起來比較。

對于典型或疑似故障的航空磁場曲線數(shù)據(jù)，可以保存成圖片格式，同時可連接打印機(jī)打印下來，供事后仔細(xì)研究。

2.2 界面設(shè)計

根據(jù)需求分析對軟件的功能需求，并結(jié)合模擬輸出打印機(jī)輸出格式的特點設(shè)計界面。航空磁力儀測量的原始磁場數(shù)據(jù)包括飛行器產(chǎn)生的干擾場，需要對飛行器產(chǎn)生的干擾場進(jìn)行補(bǔ)償后得到的磁場數(shù)據(jù)才是真實的地球磁場數(shù)據(jù)。對于儀器維護(hù)人員主要關(guān)注的是補(bǔ)償后的磁場數(shù)據(jù)，航空磁場測量的磁場范圍大概在20000-70000NT，磁異常引起的變化大概在數(shù)百至數(shù)千NT，因此要看清楚磁場變化的細(xì)節(jié)，需要顯示磁場顯示的量程在百NT 量級為宜。

圖2：磁場記錄軟件界面

圖3：多通道磁場顯示軟件界面

本軟件設(shè)計了不同顯示量程的補(bǔ)償后磁場通道。因此需要不同尺度的顯示磁場數(shù)值，才能顯示才能看出磁場變化的細(xì)節(jié)來判斷儀器的工作狀態(tài)。因此需要根據(jù)航空磁測顯示功能的實際需求，將整個顯示界面分成上、中、下三個部分，用于顯示不同的磁場尺度，超出設(shè)計的尺度，將進(jìn)行換擋顯示。界面的橫軸顯示時間信息，每隔20 秒顯示GPS 時間，縱軸顯示磁場的尺度，通過左右拖動進(jìn)度條更新數(shù)據(jù)。

3 軟件功能實現(xiàn)

3.1 快速讀取磁場數(shù)據(jù)

針對快速讀取磁場數(shù)據(jù)的要求，采用C# 的MemoryStream 內(nèi)存流讀數(shù)功能，一次性的將所有內(nèi)容都讀到內(nèi)存（Memory）中，然后操作內(nèi)存，提高讀取文件速度，軟件運行后，點擊圖2 左上角所示“打開文件”按鈕，彈出文件選擇對話框，在文件類型中選擇航空磁場測量系統(tǒng)專用的“.dat”格式文件，軟件設(shè)置缺省的文件格式為dat 格式。選中一個文件，點擊“打開”按鈕，軟件讀入.dat格式數(shù)據(jù)，對于一個10M 左右大小的航空磁場測量數(shù)據(jù)，打開文件時間小于1 秒，方便快捷。

3.2 多通道顯示

圖3所示軟件可視部分由三個結(jié)構(gòu)組成，分別是功能按鈕、磁場曲線和進(jìn)度條。屏幕最上面是功能按鈕，功能按鈕下面是磁場曲線，磁場曲線分為上、中、下三個通道，每個通道的豎軸被分割成十等份，上部通道藍(lán)色曲線是對磁總場進(jìn)行100nT 濾波，即上部通道量程是100nT，每一小格是10nT，此通道可以觀察磁場的細(xì)節(jié)變化。中部通道紅色曲線是對磁總場進(jìn)行10nT 濾波，即上部通道量程是10nT，每一小格是1nT，此通道可以更進(jìn)一步觀察磁場的細(xì)節(jié)變化，相當(dāng)于對上部通道的磁場進(jìn)行了放大。下部通道上面的曲線是補(bǔ)償前高通濾波磁場，下部通道中下面的曲線是補(bǔ)償后高通濾波磁場，可以對比補(bǔ)償前后的磁場數(shù)值，以觀察補(bǔ)償?shù)男Ч?/p>

如圖3所示，每個區(qū)域的豎線對應(yīng)著橫軸的GPS 時刻，每一小格是10 秒，屏幕右上角顯示為數(shù)據(jù)的起始收錄時間和結(jié)束收錄時間，均為GPS 時刻，格式從左往右是時：分：秒，以及數(shù)據(jù)收錄日期，格式從左往右為年/月/日。例如圖3所示開始收錄時間為13年08月28日14 時52 分25 秒，結(jié)束時間為13年08月28日16 時41 分25 秒?？梢酝ㄟ^左右拖動進(jìn)度條刷新數(shù)據(jù),軟件友好易操作，與紙質(zhì)磁場記錄紙卷閱讀體驗一致。

3.3 圖片保存及打印

當(dāng)需要保存當(dāng)前界面上的磁場數(shù)據(jù)時，可點擊功能按鈕區(qū)的“保存”按鈕，選擇保存圖片的位置和名稱，進(jìn)行保存數(shù)據(jù)。同樣點擊“打印”按鈕，連接打印機(jī)后會將當(dāng)前屏幕顯示的內(nèi)容打印出來。

4 結(jié)論與應(yīng)用

航空磁場測量多通道濾波顯示軟件大大提高了判斷儀器狀態(tài)的工作效率，同時也為快速查閱歷史資料提供了方便。軟件編寫之后迅速在數(shù)個野外工區(qū)投入使用，挽救數(shù)十飛行架次的經(jīng)濟(jì)損失，受到野外生產(chǎn)隊的一致好評。