基于Android手機(jī)APP的地下流體水位校測(cè)表計(jì)算＊

董 敏 張 輝 馬 娟 柴廣斌

（山東省地震局昌邑地震臺(tái)，山東濰坊 261300）

引言

根據(jù)《地下流體數(shù)字觀測(cè)技術(shù)》規(guī)范[1]，有人值守臺(tái)站每月校測(cè)一次，無(wú)人值守臺(tái)站每季度校測(cè)一次。2016 年12 月26 日地下流體學(xué)科組下發(fā)了新的要求，自2017 年1 月份開(kāi)始執(zhí)行新的水位校測(cè)表[2]，根據(jù)新校測(cè)表的要求，目前的計(jì)算比老版更為復(fù)雜，要求滿足3 個(gè)條件才算校測(cè)合格：平均誤差小于誤差閾值；計(jì)算觀測(cè)誤差值；計(jì)算觀測(cè)誤差判定值。解算標(biāo)定參數(shù)時(shí)需先將大量數(shù)據(jù)人工錄入計(jì)算機(jī)，錄入和復(fù)核工作非常繁瑣和耗時(shí)。由于校測(cè)過(guò)程中水位校測(cè)精度要求在1 mm，在參數(shù)的解算過(guò)程中容易出現(xiàn)差錯(cuò)。為了解決目前水位校測(cè)過(guò)程中人工復(fù)核校測(cè)結(jié)果復(fù)雜的問(wèn)題，提高校測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了一款基于Android 手機(jī)APP 的地下流體水位校測(cè)表計(jì)算。本項(xiàng)目依托2018 年山東省地震局合同制項(xiàng)目《基于Android 手機(jī)APP 的地下流體水位校測(cè)表計(jì)算》（18Y15），該項(xiàng)目2018 年12 月已由山東省地震局驗(yàn)收完成。目前，該APP 已應(yīng)用于昌邑地震臺(tái)、沂水地震臺(tái)、聊城地震水化試驗(yàn)站的水位季度校測(cè)工作。

1 APP研究思路及技術(shù)途徑

隨著移動(dòng)智能設(shè)備的快速普及，智能手機(jī)的使用率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電腦，當(dāng)前手機(jī)已經(jīng)成為普通民眾使用最為頻繁的智能設(shè)備。而地下流體水位校測(cè)APP 的開(kāi)發(fā)恰恰能滿足校測(cè)人員的需求。該APP 基于Android 手機(jī)開(kāi)發(fā)，并使用Java 語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)水位校測(cè)數(shù)據(jù)的計(jì)算、校測(cè)信息歸檔等功能。

1.1 校測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算模塊

登錄APP，通過(guò)校測(cè)，得到水位校測(cè)值及壓力水位值，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到均值和平均誤差，判斷校測(cè)值是否合規(guī)。計(jì)算并比較觀測(cè)儀器誤差及校測(cè)誤差，判斷校測(cè)結(jié)果是否合格。

1.2 校測(cè)信息存儲(chǔ)模塊

可以上傳校測(cè)過(guò)程中溫度、濕度、電壓等基礎(chǔ)信息。

1.3 校測(cè)數(shù)據(jù)查詢模塊

主要實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)APP 查詢到校測(cè)記錄。

2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

地下流體水位校測(cè)表計(jì)算APP 是基于Android應(yīng)用程序框架的，按照研究思路和技術(shù)途徑，可以將內(nèi)容分為計(jì)算、基礎(chǔ)信息錄入、存儲(chǔ)3 個(gè)模塊，圖1為其結(jié)構(gòu)圖。

圖1 水位校測(cè)計(jì)算軟件主要功能模塊Fig.1 Main functional modules of the calibration table calculation software

3 系統(tǒng)功能測(cè)試

3.1 性能測(cè)試

根據(jù)《觀測(cè)井水位校測(cè)與水溫梯度測(cè)量要求（試行）》的要求，校測(cè)需連續(xù)重復(fù)測(cè)量5 次，同時(shí)讀取校測(cè)值{h1i，i=1，3，2，4，5}和儀器顯示水位值{h2i，i=1，3，2，4，5}。計(jì)算出5 次校測(cè)值的平均值和平均誤差σ1。

校測(cè)需要滿足以下幾個(gè)條件：

當(dāng)|ΔH′|＞ΔH時(shí)認(rèn)為儀器不合格，否則認(rèn)為儀器合格。

APP 設(shè)計(jì)完成以后，為了測(cè)試APP 運(yùn)行的響應(yīng)能力和準(zhǔn)確性，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)性能測(cè)試。通過(guò)白盒測(cè)試和黑盒測(cè)試，測(cè)定了20 組校測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)采用通常Excle 表格計(jì)算和手機(jī)APP 計(jì)算兩種方式來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析。期中數(shù)據(jù)輸入Excle 表格進(jìn)行計(jì)算，平均用時(shí)2 分35 秒，而用手機(jī)APP 進(jìn)行計(jì)算，平均用時(shí)僅需1 分11 秒，而且手機(jī)APP 相對(duì)于電腦的計(jì)算，方便攜帶，更方便快捷，實(shí)用靈活。

經(jīng)過(guò)對(duì)APP 程序的反復(fù)修改、調(diào)試，進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，最大程度地提高了運(yùn)算速度和運(yùn)算能力，確定校測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確無(wú)誤。

3.2 用戶體驗(yàn)測(cè)試

測(cè)試是否能根據(jù)用戶控制開(kāi)始計(jì)算、查詢、進(jìn)行保存記錄。通過(guò)導(dǎo)入傳輸鏈接，安卓手機(jī)接收后，可直接打開(kāi)鏈接，打開(kāi)鏈接后會(huì)出現(xiàn)安裝界面，安裝完成之后，用戶可以直接點(diǎn)擊“水位校測(cè)記錄”圖標(biāo)啟動(dòng)軟件，在無(wú)網(wǎng)絡(luò)情況時(shí)都可以正常進(jìn)入免登錄狀態(tài)（圖2 和圖3）。

圖2 水位校測(cè)計(jì)算軟件應(yīng)用圖標(biāo)Fig.2 Application icon of calibration table calculation software

圖3 水位校測(cè)計(jì)算APP 界面Fig.3 Interface of calibration table calculation software

輸入傳感器導(dǎo)壓孔至基準(zhǔn)面（點(diǎn)）的垂直距離、水位校測(cè)值、水柱高度以及校測(cè)過(guò)程中測(cè)得的溫度、濕度、交流電壓、直流電壓，然后點(diǎn)擊“計(jì)算”（圖4）。

圖4 水位校測(cè)計(jì)算軟件輸入界面Fig.4 Input interface of calibration table calculation software

通過(guò)校測(cè)，得到水位校測(cè)值及壓力水位值，經(jīng)過(guò)計(jì)算，得到均值和平均誤差，判斷校測(cè)值是否合規(guī)。計(jì)算并比較觀測(cè)儀器誤差及校測(cè)誤差，判斷校測(cè)結(jié)果是否合格（圖5）。

圖5 水位校測(cè)計(jì)算軟件計(jì)算結(jié)果界面Fig.5 Calculation results interface of calibration table calculation software

用戶點(diǎn)擊保存，數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)保存至手機(jī)，點(diǎn)擊右上角的┆，查看歷史界面是否保存成功，經(jīng)查詢歷史校測(cè)數(shù)據(jù)正常（圖6 和圖7）。

圖6 水位校測(cè)計(jì)算軟件歷史記錄界面Fig.6 Historical records interface of calibration table calculation software

圖7 水位校測(cè)計(jì)算軟件歷史詳細(xì)記錄界面Fig.7 Interface of calibration table calculation software with historical detailed records

單擊校測(cè)日期，可以查詢當(dāng)日的校測(cè)信息，包括溫度、濕度、交流電壓、直流電壓及校測(cè)數(shù)據(jù)和校測(cè)結(jié)果。

通過(guò)測(cè)試地下流體水位校測(cè)表計(jì)算APP 的功能基本上與設(shè)計(jì)構(gòu)想一致。地下流體水位校測(cè)表計(jì)算APP 是一款能夠讓校測(cè)計(jì)算變得簡(jiǎn)單的客戶端應(yīng)用，水位校測(cè)表計(jì)算APP 提供了更好的計(jì)算功能，直接得出校測(cè)結(jié)果，同時(shí)可以錄入現(xiàn)場(chǎng)校測(cè)的溫度、濕度、交直流電壓，提高工作效率，方便實(shí)用。

4 成效分析

基于Android 手機(jī)APP 的地下流體水位校測(cè)表計(jì)算，實(shí)現(xiàn)水位校準(zhǔn)計(jì)算工作的智能化，以良好、流暢、便捷的方式向校測(cè)人員展示水位校測(cè)信息，以便用戶在最快的時(shí)間計(jì)算出校測(cè)結(jié)果，同時(shí)進(jìn)行校測(cè)信息匯總，提高校測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

5 問(wèn)題思考

目前地下流體水位校測(cè)數(shù)據(jù)還處于人工化、紙介質(zhì)的工作狀態(tài)，下一步可以搭建數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)分析、曲線擬合和誤差分析引入到水位校測(cè)過(guò)程中，生成符合校測(cè)規(guī)范的數(shù)據(jù)和圖表，建立水井實(shí)時(shí)校測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。