深海钻机甲板监控系统的研制

摘要

20世纪60年代以来，世界人口步入爆炸式增长阶段，地球陆地上的资源不断递减，而海洋占据着地球总面积的百分之七十左右，储藏了巨大的矿产和生物资源，因此海洋资源的开发成为了各国社会经济长远发展的重要主题之一。深海岩芯取样钻机用于钻取数千米深海底的矿物，为物理学家和地质学家的科学考察及研究工作提供深海地质样品。本文研制了一套基于计算机操作平台及Android智能终端双平台的深海岩芯取样钻机甲板监控系统，实现了实时可视化远距离监测和控制钻机设备在水下执行岩芯取样以及数据采集任务，同时保证了甲板操作人员随时随地监控钻机水下作业情况，从而提高了深海钻机设备的作业效率和成功率。
　　本文先介绍了本文的研究项目，阐述了深海钻机甲板监控系统的研究背景和研究意义，分析了国内外应用于深海勘测领域的可视化甲板智能远程监控系统的研究现状和发展趋势，此外还详细说明了本课题的研究内容和研究工作。
　　然后简单介绍了深海钻机监控系统的整体体系结构以及涉及的相关理论，具体包括深海岩芯取样钻机的工作需求及任务调配，系统硬件结构、系统软件结构、系统通信结构的设计以及光纤通信、网络通信和串口通信的相关理论。
　　在甲板监控系统的方案设计阶段，根据其软件功能需求，设计了基于计算机操作平台和Android智能终端的甲板监控系统方案，分别介绍了其软件开发环境和编程语言以及功能模块。
　　在甲板监控系统的实现阶段，分别详细阐述了计算机操作平台和Android智能终端的实现流程和方法。在计算机操作平台的实现中，实现了初始化配置模块、基于GDI+的机械操作模块、基于ZedGraph绘图控件的传感器参数监测模块、水下视频监测模块、基于OpenGL图形库的三维姿态显示模块和基于Access桌面数据库的数据存储模块等功能。在Android智能终端的实现中，实现了基于Android绘图框架的传感数据监测模块、视频监测模块、基于OpenGL ES图形库的三维姿态显示模块和基于SQLite数据库的数据存储管理模块等功能。
　　在甲板监控系统的调试阶段，分别对通信模块、功能模块和系统综合运行情况进行了实验室系统联调以及海上调试，同时运用FMEA方法进行了软件可靠性测试。系统测试和联调结果表明，本文所研究设计的深海岩芯取样钻机甲板监控系统能够满足运行稳定性强、可靠性高、通讯实时性强等系统设计要求。其中，计算机操作平台已装载在中国科学院的大洋科学考察船的甲板上，并且在中国大洋34航次南海深海试验中投入了实际的使用。Android智能终端也已经在长沙矿山研究院完成基本调试，实现了操作人员随时随地监测水下设备。最后对今后系统的改进和完善提出了建议，对未来的研究方向进行了展望。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题的研究背景和意义

1.3 国内外研究现状和发展趋势

1.4 本课题的研究内容和主要工作

1.5 本章小结

第2章 深海钻机体系结构

2.1 工作需求及任务调配

2.2 系统硬件结构设计

2.3 系统软件结构设计

2.4 系统通信结构设计

2.5 本章小结

第3章 甲板监控系统方案设计

3.1 软件功能需求

3.2 甲板监控系统整体方案设计

3.3 计算机操作平台方案设计

3.4 Android智能终端方案设计

3.5 本章小结

第4章 计算机操作平台实现

4.1 计算机操作平台界面布局

4.2 初始化配置模块

4.3 基于GDI+的机械操作模块

4.4 基于ZedGraph的传感数据监测模块

4.5 视频监测模块

4.6 基于OpenGL的三维姿态显示模块

4.7 基于Access的数据存储管理模块

4.8 本章小结

第5章 Android智能终端实现

5.1 Android智能终端界面布局

5.2 Socket通信模块

5.3 基于Android绘图框架的传感数据监测模块

5.4 视频监测模块

5.5 基于OpenGL ES的三维姿态显示模块

5.6 基于SQLite的数据存储管理模块

5.7 本章小结

第6章 甲板监控系统调试

6.1 系统通信模块测试

6.2 系统功能模块测试

6.3 软件可靠性测试

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录