摘  要： 針對(duì)地下田野文物被盜過(guò)程中洛陽(yáng)鏟,、爆炸等行為特點(diǎn),，提出基于微震監(jiān)測(cè)技術(shù)的地下田野文物監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)埋藏于地表的多個(gè)地震檢波器,，建立檢波監(jiān)測(cè)網(wǎng),，識(shí)別多種人為行為特點(diǎn)，區(qū)分是否是洛陽(yáng)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(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下田野文物監(jiān)控的目的,。
關(guān)鍵詞： 文物,；監(jiān)測(cè)；檢波,；微震

    我國(guó)歷史悠久,，古墓葬、地下遺址等地下田野文物資源豐富,。我國(guó)地下田野文物監(jiān)管的現(xiàn)狀是：地下田野文物分布點(diǎn)多,、線長(zhǎng)、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(jī),，盜竊行為時(shí)有發(fā)生,。針對(duì)這種現(xiàn)狀，本文利用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)地下田野文物保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),。通過(guò)在目標(biāo)區(qū)域建立監(jiān)控系統(tǒng),，完成對(duì)震動(dòng)信號(hào)的采集、分析,、判別,，判斷是否有盜掘行為的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對(duì)田野文物監(jiān)控的目的,。微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是微地震研究的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,，本設(shè)計(jì)是微震監(jiān)測(cè)技術(shù)在文物監(jiān)控領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體概述
    系統(tǒng)包含檢波監(jiān)測(cè)網(wǎng),、調(diào)理電路,、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)三部分，如圖1所示,。其中,，檢波監(jiān)測(cè)網(wǎng)采集人為活動(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)參數(shù),，并可多節(jié)點(diǎn)定位，調(diào)理電路完成對(duì)原始信號(hào)的放大,、變換,、濾波等處理,，信號(hào)采集PCI卡通過(guò)工控機(jī)的PCI插槽完成對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸,，數(shù)據(jù)經(jīng)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)軟件分析、處理,、判別后做出識(shí)別,，通過(guò)有線或者無(wú)線網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程控制中心發(fā)出報(bào)警信號(hào)，遠(yuǎn)程控制中心收到報(bào)警,，采取相應(yīng)措施,。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 檢波監(jiān)測(cè)網(wǎng)
    檢波監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域?qū)嵭斜O(jiān)控，實(shí)質(zhì)是監(jiān)測(cè)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的各種震動(dòng)信號(hào),。
    檢波監(jiān)測(cè)網(wǎng)由N個(gè)檢波監(jiān)測(cè)點(diǎn)組成,，檢波監(jiān)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)可根據(jù)實(shí)際需要自行設(shè)定。本設(shè)計(jì)采用HK20DX-10S系列地震檢波器作為檢波監(jiān)測(cè)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(diǎn)。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(qiáng)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(qiáng),，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(duì)地震檢波器采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波、放大,，調(diào)整成適合工業(yè)控制計(jì)算機(jī)處理的信號(hào),，其單路設(shè)計(jì)如圖2所示。

    IN端是地震檢波器信號(hào)采集端,，OUT端是工業(yè)控制計(jì)算機(jī)端,，R00、R01,、C01可以根據(jù)濾波,、放大需要進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，調(diào)理電路路數(shù)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì),。
2.3 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)
    本設(shè)計(jì)采用的工業(yè)計(jì)算機(jī)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)核心
    本設(shè)計(jì)采用GT-6355工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，英特爾凌動(dòng)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(gè)英特爾82573L PCI-E千兆網(wǎng)絡(luò)控制器,，2個(gè)SATA硬盤接口，1個(gè)RS-232接口,，1個(gè)RS-232/422/485接口,，6個(gè)USB2.0接口，PICMG1.0總線，支持PCI及ISA擴(kuò)展設(shè)備,，含PCI擴(kuò)展單槽,。該工業(yè)控制計(jì)算機(jī)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(jì)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(gè)輸入通道的增益可編程控制,，可對(duì)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(lái)完成多通道采樣,。模擬量輸入范圍為：雙極性時(shí),，±0.625 V，±1.25 V,，±2.5 V,，±5 V，±10 V,；單極性時(shí),，0~1.25 V，0~2.5 V,，0~5 V,，0~10 V，最大輸入過(guò)載電壓±30 V,；A/D轉(zhuǎn)換器的采樣頻率可達(dá)100 kS/s,、分辨率為12 bit；帶有一個(gè)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(hù),，用于保護(hù)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(shí)器觸發(fā)或外部定時(shí)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(guò)程如圖3所示,。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    軟件系統(tǒng)采用Windows XP作為操作系統(tǒng)平臺(tái),，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(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā),。
3.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    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(kù)存儲(chǔ),、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(jí)結(jié)構(gòu),，每一個(gè)試驗(yàn)采用彈出子界面的方式單獨(dú)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(duì)設(shè)備進(jìn)行操作的用戶名,、時(shí)間、指令等詳細(xì)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(jìn)行通信。
    （4）數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ),。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ),。本方案采用Access數(shù)據(jù)庫(kù)， ADO是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序開發(fā)的接口,，具有使用簡(jiǎn)便,、速度快、內(nèi)存消耗少和占用磁盤空間少等優(yōu)點(diǎn),。利用ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)Visual Studio 2005與數(shù)據(jù)庫(kù)的接口,，從而方便地實(shí)現(xiàn)Visual Studio 2005對(duì)Access數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)。
    （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(guò)觀察歷史數(shù)據(jù)，可以對(duì)系統(tǒng)的性能做出分析,，可以了解設(shè)備的工作過(guò)程及結(jié)果,。歷史數(shù)據(jù)查詢模塊包括窗體代碼設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)查詢代碼設(shè)計(jì)。
3.2 軟件流程設(shè)計(jì)
    軟件流程如圖5所示,。

    應(yīng)用軟件啟動(dòng)后,，首先進(jìn)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(kù)等任務(wù),。如果初始化失敗，應(yīng)用程序不能正常運(yùn)行而退出,；初始化成功后,，開始監(jiān)控。當(dāng)關(guān)閉設(shè)備時(shí),，監(jiān)控結(jié)束,，否則一直循環(huán)進(jìn)行。
    本方案針對(duì)目前文物所在的環(huán)境特點(diǎn)劃分成多個(gè)小區(qū)域,， 利用傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),，對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，對(duì)異常狀況進(jìn)行報(bào)警,，并及時(shí)保存所采集的數(shù)據(jù)信息,，為文物保護(hù)工作者進(jìn)行文物保護(hù)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(jiǎn)單,、實(shí)時(shí),、高效等特點(diǎn)，對(duì)維護(hù)文物古跡的安全具有重要的意義,。
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