基于Delphi的水平定向钻进监控软件研究与实现

1、基于Delphi的程度定向钻进监控软件研究与实现摘要本文主要介绍了基于Delphi的程度定向钻进监控系统软件设计方案和主要功能模块的实现方法。该软件能根据地貌信息和施工要求合理设计程度定向钻进钻孔轨迹，并在实现整个施工过程中钻孔状态实时监测的同时，对钻进给予一定的预测和调控，大大进步了施工的精度和可靠性。软件基于inds操作系统，采用面向对象、数据库功能强大的Delphi语言作为RAD平台，具有良好的可维护性、可操作性、友好的界面。关键词程度定向钻进，钻进轨迹设计，状态监测，调控0引言近十年来，随着钻进方法和设备的完善，交通、环保、法律意识的增强，本钱的降低和政府的支持，程度定向钻进技术得到了

2、广泛的应用。如图1所示，为程度定向钻进过程。钻头中安装的地下传感发射探头测得钻头的各状态参数后发射电磁波信号，地面手持式定位跟踪仪接收到地下传感发射探头测得的钻头当前信息后，以通讯协议规定数据格式通过无线收发器将数据发送到钻机主控制器。主控制器显示探测到的数据的同时，将数据通过串口发送到P机。P机通过轨迹监控软件计算得到下一步的钻头工具面向角和钻进形式，返回给主控制器，再由主控制器改变钻头工具面向角继续钻进。美国Vereer公司、Dithith公司已相继开发出与其公司消费的导向设备和钻孔监控软件。针对国内钻孔轨迹监控软件完全依赖于进口的现状，我们对程度定向钻进钻孔轨迹设计和调控中的一些关键技术

3、进展了系统的研究，基于广泛应用于工业测控领域的Delphi可视化开发平台，开发了一套集数据库管理、轨迹设计和实际轨迹可视化、轨迹预测和控制于一体的程度定向钻进监控系统。1系统总体设计图2为钻进轨迹规划流程图。系统启动后，可根据需求新建工程工程。在新建工程过程中，需要输入工程信息、地理参数信息、器械参数信息和钻进空间参数信息。工程新建完成时这些信息将保存到数据库中，并同时建立起地理空间参考系。根据系统建立的参考系，用户输入对应的地表数据、原有地下管线数据和障碍物位置数据，系统会自动将这些数据保存到数据库中，便于图形显示和用户随时更改。同时，主窗口中将绘图显示这些信息。所有参数输入完成后，可进展钻

4、孔轨迹设计。用户可根据施工要求，对钻孔轨迹进展屡次设计和修改，直到满意为止。设计完成后所有轨迹数据也将保存到数据库中，以便实际施工中调用。图3为实际施工过程中软件监控工作流程图。软件开场工作后，等待接收数据，当接收到满足通信协议数据格式的数据后，进展实际轨迹数据处理，得到当前钻孔在系统参考坐标系中的坐标，在主窗口中进展图形显示。然后从数据库中读取相应位置处的钻孔轨迹设计数据，计算实际轨迹与设计轨迹之间的误差间隔 ，假如大于规定值，那么从当前实际钻孔位置开场，进展调控设计，使当前实际轨迹逐渐回到设计轨迹上，并将调控设计得到的工具面向角信息和轨迹三维坐标值覆盖数据库中对应的原数据。最后读取数据库中

5、当前钻杆的工具面向角信息发送到主控制台，由主控制台根据接收的工具面向角的值改变钻具的工作形式，继续钻进。2软件实现方案2.1数据库的选取目前数据库管理系统有多种，包括irsft公司的Aess、SQLServer，IB公司的DB2，Infrix公司的Infrix，rile公司的rile数据库以及SyBase公司的产品等。Aess数据库最廉价，合适小型应用，并且支持一定的事务处理才能，根据本软件的要求，我们采用本地数据库Aess作为数据库后台管理系统。2.2通信接口在此系统中我们需要把导向设备测得的数据传输到计算机内进展处理，传统的计算机ISA总线速度低、不能热插拔，在计算机中已经逐渐减少；PI总

6、线具有高速的特点，但开发比拟困难，本钱也较高；USB接口具有通用、高速、热插拔、即插即用等优点，目前已经在各种计算机上得到普及，成为计算机的标准设备，非常合适在现场数据采集中应用。所以，我们采用USB总线实现P机与导向设备间的通信。我们选取的是讯通科技的USB100通用串行总线模块，构造框图如图4所示。在P机上安装USB100模块专用驱动程序后，USB100即作为P机上的一个标准设备，可以按照与操作串口完全一样的方法来编程。目前，利用Delphi实现串行通信的常用方法主要有四种：调用API函数；使用串口；直接嵌入汇编；在Delphi中调用DLL函数。对这四种方法进展比照可知：利用控件编程比拟简

7、单，只要设定好属性，使用好方法和事件就可以成功实现串行通信。所以，我们采用第二种方式，即使用irsft公司提供的inds下串行通信编程的AtiveX控件S。该控件具有丰富的与串行通信亲密相关的属性与事件，提供了一系列标准通信命令的接口。2.3软件总体构架根据系统的要求，软件总体构架框图如图5所示。3功能实现3.1数据的存储和处理用Aess建立数据库的ER图如图6所示。Delphi提供了AD控件来实现AD功能。我们使用TADnnetin建立与Aess数据库的连接，通过在运行期间指定SQL语句，命令TADQuery控件增加、删除、查询和修改数据库。其中，工程管理表中包括工程信息和钻进参数信息。在钻

8、进轨迹设计模块、预测模块和控制参数计算模块中，通过读取数据库中的钻进参数信息，采用曲率半径法、自然参数法等方法进展计算，得到的数据通过指定SQL语句存入数据库中，或通过USB接口输出。3.2通信模块安装USB100模块专用驱动程序后，P机上将新增一个虚拟通讯端口3。驱动程序的作用实际上是将USB端口模拟成虚拟串口。S控件用来连接USB100，它屏蔽了大部分串口通信的底层运行过程和许多繁琐的数据处理过程，具有两种处理方式：一是事件驱动方式，由S控件的n事件捕获并处理通信错误及事件；二是查询方式，通过检查Event属性的值来判断事件和错误。S控件主要属性如下：(1)Prt设置并返回通信端口号。例如

9、：S.Prt：=1；(2)Setting设置并返回波特率、奇偶校验、数据位和停顿位参数。例如：S.Setting：=19200，N，8，1；(3)Prtpen设置并返回通信端口状态，True/False可以翻开/关闭串口。例如：S.Prtpen：=True。由USB端口模拟成的虚拟串口通信速率为8bps，P上设定该串口的速率不会对传输速率有影响，这是与实际串口的区别。3.3轨迹图形显示模块图形的显示模块主要包括坐标系的转换，地貌信息的显示，地下原有管线的显示，钻进设计轨迹的显示，实际轨迹的随钻显示，以及放大、测量间隔 和倾角等功能。3.3.1显示功能对于各信息的显示，根据实际需要，我们采取平面

10、图和剖面图两个视图同时显示的方式。图形显示我们采用TIage组件，分为绘制图层和显示图层。其中绘制图层是不可见的，又分为地貌信息图层、地下原有管线图层，设计轨迹图层、实际轨迹图层等。读取数据库中的数据后，通过坐标转换，在不同的绘制图层上用TIage组件的anvas属性绘制信息图，然后根据用户要求，在显示图层上复制所需显示的绘制图层。这样，可方便地根据用户要求在图板上显示钻进过程的不同时期所需要的信息。例如，我们可通过复制地下原有管线图层到设计轨迹图层，然后在此根底上读取数据库数据绘制设计轨迹，通过图形显示，用户可以很方便地知道设计的合理性和可靠程度。假如不满意，可重新设计，刷新数据库，并通过上

11、述过程重新绘制轨迹，直到满意为止。3.3.2部分放大功能通过部分放大，用户可明晰地在图中比拟实际轨迹和设计轨迹。通过修改参数还可以改变放大区域大小和放大倍数。其核心是利用Tanvas的pyRet方法实现图像的放大。pyRet方法的功能是将源画布上的一个指定矩形区域源矩形内的象素拷贝到目的画布上的一个指定矩形区域目的矩形中。由pyde属性确定拷贝的形式。在直接拷贝形式Srpy下，当源矩形与目的矩形面积相等时，图像不变；当源矩形面积小于目的矩形时，图像便被拉伸、放大在目的矩形中扩展。源矩形和目的矩形大小之比，决定了图像的放大倍数。3.3.3测量功能在图像上测量起始点单击鼠标右键，并拖拉到测量终点，

12、可通过相应鼠标事件，在绘制测量线段的同时获得测量起始点和终点的画布坐标。在图形显示功能实现中，数据库中的数据通过坐标转换由实际测量坐标变为画布上的坐标，在此通过逆转换即可得到需测量两点间的实际间隔 和倾角值。3.4报表输出和打印功能我们采用Delphi提供的快速创立报表的工具QuikReprt实现报表的输出和打樱QuikReprt是QuSft公司提供的一个控件包，利用它可以快速生成报表并实现报表的打印功能，使用简单、方便。4部分实现结果软件主界面如图7所示。系统通过串口通信获取由导向设备测得的实际轨迹的空间位置深度、倾角和方位角信息，转换为三维坐标，并实现实际钻进轨迹与设计轨迹的坐标统一，以方便与设计轨迹相比拟。假设实际轨迹与设计轨迹误差在规定范围内，继续钻进；假设超出范围，那么进展轨迹调控设计，及时采取纠偏措施。图8为轨迹调控设计后的图形。5完毕语系统能根据地貌信息和施工要求设计程度定向钻进钻孔轨迹，并在实现整个施工过程中轨迹实时监测的同时，对钻进给予一定的预测和控制，大大进步了施工的精度和可靠性。软件采用面向对象的开放式系统构造，易于扩大，大大方便了系统在使用过程中的完善和开展。整个系统在indsXP环境下运行，人机界面友好，操作