基于互联网共享的应用地球物理实践教学系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种应用地球物理实践教学系统及其方法，尤其是基于互联网共享开展应用地球物理实践教学，使用的单位或个人不受距离的限制，也不受是否具有相应的地球物理勘探仪器以及对应的实践教学场地的限制，具体地说是一种基于互联网共享的应用地球物理实践教学系统及其方法。

背景技术

地球物理学是地球科学的主要学科之一，是通过定量的物理方法(如：地震弹性波、重力、地磁、地电、地热和放射能等方法)研究地球以及寻找地球内部矿藏资源的一门综合性学科。总体上从研究内容可以分为理论地球物理和应用地球物理两大类。其中，应用地球物理，又称勘探地球物理，是利用地球物理学发展起来的方法进行油气资源勘探、矿产资源勘探、工程应用和环境监测以及地质构造研究等。在工业生产和人民生活中，应用地球物理勘探得到了成熟推广应用，所涉及到的勘探方法手段包括地震勘探、电法勘探、重力勘探、磁法勘探、地球物理测井和放射性勘探等。相关的综合性大学和专门的地矿类大学、石油大学开设了应用地球物理专业，开展了专门的教学培养，其它的工科类高校和师范类高校所开设的专业教育中也有与应用地球物理专业息息相关的，例如水利水电、环境监测、隧道建设等专业都需要应用地球物理专业的支持。

在实践教学环节中，做好应用地球物理专业教学需要两个必备的教学条件，一是地球物理勘探仪器，二是典型地质构造或模型。前者是开展应用地球物理实践教学的工具，只有通过地球物理勘探仪器采集了地球物理场数据，才能进行地球物理数据分析，便于直观生动地开展好应用地球物理教学。后者是开展地球物理勘探的对象和目标，而且在教学中更需要所研究的地质构造或模型比较典型，要求地质构造或模型一方面各个地质单元在物性参数上有明显的差异，另一方面地质单元的产状或者地质单元的接触关系上特征明显，才能采集到具有典型特征的地球物理场数据，便于简洁明了的开展好应用地球物理教学。

然而，与应用地球物理专业教育相关的高校中，能够建设好上述两个必备的教学条件的相对较少。一方面需要投入大量的资金购置相应的地球物理勘探仪器，这在开设应用地球物理专业的高校建设中还能够购置齐全相应的仪器设备，但是在其它相关高校中只能购置少量的仪器设备。另一方面，在典型地质构造或模型方面，目前都比较欠缺，多数情况下是在实验室建设小比例尺度的简单模型，在野外实际地质构造中选择典型地质剖面的少。在野外开展地球物理生产实习的过程中会直接在实际地质构造之上开展，不过一般是以方便开展实践教学为考量，所选择的地质构造并不一定典型。

为了解决地球物理勘探仪器和典型地质剖面两个突出问题，可以探索和尝试进行集中建设，然后借助成熟发展和广泛普及的互联网技术实现资源共享，更加方便、高效、优质地开展好应用地球物理实践教学。

发明内容

本发明的目的是针对目前应用地球物理实践教学中所存在的地球物理勘探仪器和典型地质剖面问题，提出一种基于互联网共享的地球物理实践教学系统及其方法，可以远程选择各个专业相对应的典型地质剖面及其最佳的地球物理勘探方案，方便、高效、优质地开展好应用地球物理实践教学。

本发明的技术方案是：

一种基于互联网共享的应用地球物理实践教学系统，其特征在于它包括用户终端、共享业务管理平台、地球物理勘探仪器以及典型地质剖面，其中：

用户终端，用于向共享业务管理平台发送服务请求，并接收应答结果；

共享业务管理平台，用于接收并响应用户服务请求，远程控制地球物理勘探仪器实施数据采集，保存和管理采集到的地球物理数据；

地球物理勘探仪器，是自身装置有远程控制系统的地球物理数据采集终端设备，用来接收并响应共享业务管理平台发送的作业指令、实施采集并回传数据；

典型地质剖面，是地球物理数据采集的对象，用于向用户展示不同的地质构造组合或者模型具有其特殊的地球物理场响应。

本发明的用户终端，是用户自有的具备通讯功能的终端设备，用于向共享业务管理平台发送服务请求、指令或查询，并接收应答信息；它包括：用户服务请求输入模块、用户发送模块、用户服务请求应答输出模块、地球物理勘探观测参数输入模块、地球物理勘探采集数据输出模块、施工现场数据输出模块；

所述的各模块是分立对接的或一体化集成，都可以与其它系统或设备对接；

所述的用户服务请求输入模块用于用户输入其账户信息和地球物理数据采集服务请求信息；

所述的用户发送模块用于用户向业务共享管理平台发送信息；

所述的用户服务请求应答输出模块用于向用户输出应答信息；

所述的地球物理勘探观测参数输入模块用于用户输入所设计的地球物理勘探观测参数信息；

所述的地球物理勘探采集数据输出模块用于向用户输出所采集到的地球物理数据；

所述的施工现场数据输出模块用于向用户输出地球物理勘探施工过程中的施工现场数据，包括施工现场实况数据、气象数据、环境噪声数据。

本发明的共享业务管理平台，用于接收并响应用户服务请求，远程控制地球物理勘探仪器，保存和管理采集到的地球物理数据；它包括用户账户管理模块、地球物理勘探作业日志管理模块、用户服务请求应答模块、地球物理勘探仪器管理模块、远程控制地球物理勘探作业模块、地球物理数据管理模块、施工现场数据管理模块；

所述的用户账户管理模块用于用户身份识别管理；

所述的地球物理勘探作业日志管理模块用于记载和预约地球物理勘探作业信息；

所述的用户服务请求应答模块用于对用户服务请求进行答复；

所述的地球物理勘探仪器管理模块用于记录地球物理勘探仪器种类信息、位置信息、状态信息、地质剖面信息；

所述的远程控制地球物理勘探作业模块用于根据用户输入的地球物理勘探观测参数，远程指挥地球物理勘探仪器实施数据采集作业；

所述的地球物理数据管理模块用于保存和分发所采集到的地球物理数据；

所述的施工现场数据管理模块用于保存和分发地球物理勘探施工过程中的施工现场数据。

本发明的地球物理勘探仪器，是自身装置有远程控制系统的地球物理数据采集终端设备，用来接收并响应共享业务管理平台发送的操作指令、实施采集并回传数据；它包括远程控制模块、地球物理数据采集模块、地球物理数据传输模块、施工现场数据采集模块、施工现场数据传输模块；

所述的远程控制模块用于远距离传输对地球物理勘探仪器的控制指令信息，可以是有线控制系统或无线控制系统；

所述的地球物理数据采集模块用于采集所述典型地质剖面的地球物理数据；

所述的地球物理数据传输模块用于缓存、拷贝和传输地球物理数据；

所述的施工现场数据采集模块用于采集地球物理勘探施工过程中的施工现场数据；

所述的施工现场数据传输模块用于缓存、拷贝和传输地球物理勘探施工过程中的施工现场数据。

本发明的典型地质剖面，是地球物理数据采集的对象，包括不同时代的地质构造组合或者不同产状的地质构造组合，可以是自然形成的构造组合或者人工模拟的构造组合。

本发明的地球物理数据采集模块包括地球物理场源激发子模块和地球物理数据接收子模块；

所述的地球物理场源激发子模块用于激发地球物理场源信息，包括被动源信息和主动源信息；

所述的地球物理数据接收子模块用于接收地球物理勘探施工过程中的地球物理数据。

一种基于互联网共享的应用地球物理实践教学方法，应用权利要求1所述的基于互联网共享的地球物理实践教学系统，其特征是它包括以下步骤：

用户通过用户终端向共享业务管理平台发送地球物理数据采集服务请求；

共享业务管理平台根据地球物理勘探仪器的状态信息，为用户选定与其服务请求相匹配的地球物理勘探仪器和典型地质剖面，回复相关信息给用户；

用户向共享业务管理平台输入提交所设计的地球物理勘探观测参数信息，并通过共享业务管理平台远程控制地球物理勘探仪器实施数据采集作业；

采集作业实施过程中，共享业务管理平台实时保存并回传所采集到的地球物理数据给用户；

用户采集作业完毕，共享业务管理平台记载作业日志，恢复地球物理勘探仪器待用状态。

本发明的共享业务管理平台就用户服务请求回复给用户的信息，包括作业等待建设信息、作业预约信息、作业答复信息、数据分发信息；

所述的作业等待建设信息用于告知用户服务请求的地球物理勘探仪器暂时还没有建设，后期建设完成之后会通知用户，届时用户将根据实际教学情况确认是否需要服务；

所述的作业预约信息用于告知用户服务请求的地球物理勘探仪器暂时不能提供服务，其作业服务请求信息列入预约队列，等待届时服务；

所述的作业答复信息用于告知用户服务请求得到满足，并告知该服务请求的地球物理勘探仪器性能参数和相对应的典型地质剖面概况，便于用户设计地球物理勘探观测参数；

所述的数据分发信息用于告知用户在共享业务管理平台中已经有与其服务请求相类似的作业日志记录，可以将保存的相应数据直接分发给用户，不需要再次采集。

本发明的有益效果：

本发明没有距离限制，没有高校和专业限制，都可以根据各自的专业教学需求选择典型地质模型和相应的最佳地球物理勘探方案，开展实践教学。

本发明的推广性强，不仅是高校里与应用地球物理专业相关的专业，包括油气勘探、矿产勘探、普通地质、水文地质、工程地质、环境监测等相关专业可以得到较好的推广应用，提高实践教学能力和水平，而且还可以在中小学进行科普教育，通过地球物理勘探手段更加形象、生动、直观地了解我们的地球，理解我们的环境，更能推动中小学生从小热爱我们的环境，热爱我们的地球。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种基于互联网共享的地球物理实践教学系统的主要功能模块结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种基于互联网共享的地球物理实践教学方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种基于互联网共享的地球物理实践教学系统，其特征在于它包括用户终端、共享业务管理平台、地球物理勘探仪器以及典型地质剖面等四个主要功能模块，各个主要功能模块之间相互联系，相互交互。其中：

(1)用户终端，属于用户与整个实践教学系统的交互工具，用于向共享业务管理平台发送服务请求并接收答复信息，输入地球物理勘探观测参数并输出地球物理勘探采集数据和施工现场数据。该终端包括以下模块：

用户服务请求输入模块，用于用户输入其账户信息和地球物理数据采集服务请求信息。用户需要先行在该实践教学系统中建立账户信息，获得相应的用户使用说明书。在具体使用过程中，需要根据各自的教学内容选择相适应的地球物理勘探方法和典型地质模型，然后再向共享业务管理平台输入相应的服务请求信息。

用户发送模块，用于用户将服务请求信息和地球物理勘探观测参数信息发送给业务共享管理平台。

用户服务请求应答输出模块，用于向用户输出应答信息，告知用户其服务请求是否能够得到满足：如果得到满足，将提示用户进行后续观测参数的设计与输入；如果得不到满足，将告知用户已经将其服务请求登记，在后续的系统建设中更新之后将会提醒用户。

地球物理勘探观测参数输入模块，用于用户输入所设计的地球物理勘探观测参数信息。地球物理勘探方法种类多，不同的勘探方法具有不同的观测方式和观测参数，而且针对不同的勘探目标地质任务，观测参数有所不同。因此，可以说观测参数是地球物理勘探施工中的灵魂和指令，需要用户进行深入分析和设计，然后将观测参数通过用户终端向共享业务平台发送，用于指挥地球物理勘探仪器实施数据采集作业。

地球物理勘探采集数据输出模块，用于向用户输出所采集到的地球物理数据。该模块可以连接显示器、投影仪等输出设备，直接显示所采集到的地球物理实时数据；可以连接相应的数据处理与解释应用程序，对所采集到的地球物理数据进行处理，显示解释成果，或者边实时修改观测参数，边实时采集数据，便于直观教学；也可以连接硬盘，将地球物理数据存储起来再另行处理与解释。

施工现场数据输出模块，用于向用户输出地球物理勘探施工过程中的施工现场数据，包括施工现场实况数据、气象数据、环境噪声数据。一方面，施工现场数据中的环境噪声信息等便于指导地球物理数据的数据处理与解释，另一方面，施工现场实况数据可以监测作业施工，同时也可以模拟实际施工过程，增加实践教学的现场感和参与感，提高实践教学水平和质量。

(2)共享业务管理平台，用于接收并响应用户服务请求，远程控制地球物理勘探仪器实施数据采集，保存和管理采集到的地球物理数据。该平台是整个实践教学系统的控制中枢，包括以下模块：

用户账户管理模块，用于用户身份识别管理，只有在实践教学系统中已经开户并通过账户审核的用户才能使用该实践教学系统。

地球物理勘探作业日志管理模块，用于记载和预约地球物理勘探作业信息。

用户服务请求应答模块，用于对用户服务请求进行答复。用户通过账户审核之后，共享业务管理平台将根据地球物理勘探作业日志管理模块查询用户服务请求是否能够满足，并答复用户，其中：①如果实践教学系统中当前没有该用户服务请求的地球物理勘探仪器以及典型地质剖面，将登记用户服务请求信息，作为后期系统建设的参考；②如果实践教学系统能够满足用户服务请求，但是相对应的地球物理勘探仪器正在维护或者正在施工，将进行预约登记，给出能够实时作业的时间段，便于用户确认；③如果实践教学系统能够满足用户服务请求，但是日志记载中存在与用户服务请求相一致或相近的作业日志和数据，将会告知用户，是否需要重新采集数据；④如果实践教学系统能够满足用户服务请求，而且日志记载中没有存在与用户服务请求相近的作业日志和数据，将回复用户可以实施作业。

地球物理勘探仪器管理模块，用于记录地球物理勘探仪器种类信息、位置信息、状态信息、地质剖面信息。

远程控制地球物理勘探作业模块，用于根据用户输入的地球物理勘探观测参数，远程指挥地球物理勘探仪器实施数据采集作业。

地球物理数据管理模块，用于保存和分发所采集到的地球物理数据。

施工现场数据管理模块，用于保存和分发地球物理勘探施工过程中的施工现场数据。

(3)地球物理勘探仪器，是自身装置有远程控制系统的地球物理数据采集终端设备，用来接收并响应共享业务管理平台发送的作业指令、实施采集并回传数据。地球物理勘探仪器是实践教学系统的具体实施者，包括以下模块：

远程控制模块、用于远距离传输对地球物理勘探仪器的控制指令信息，可以是有线控制系统或无线控制系统。

地球物理数据采集模块、用于采集所述典型地质剖面的地球物理数据。地球物理数据采集过程中需要有地球物理场源，一般分为主动场源和被动场源两种，例如地震勘探中的地球物理场源可以是通过炸药激发、重锤激发、电火花激发等方式所产生的人工震源，也可以是工业生产中存在的震动或者是天然地震所产生的震动等的被动震源。因此，地球物理数据采集模块包括两个子模块，一个是地球物理场源激发子模块，一个是地球物理数据接收子模块。

地球物理数据传输模块、用于缓存、拷贝和传输地球物理数据。

施工现场数据采集模块、用于采集地球物理勘探施工过程中的施工现场数据。

施工现场数据传输模块、用于缓存、拷贝和传输地球物理勘探施工过程中的施工现场数据。

(4)典型地质剖面，是地球物理数据采集的对象，用于向用户展示不同的地质构造组合或者模型具有其特殊的地球物理场响应，包括不同时代的地质构造组合或者不同产状的地质构造组合，可以是自然形成的构造组合或者人工模拟的构造组合。

如图2所示，一种基于互联网共享的应用地球物理实践教学方法，用于用户远程控制地球物理勘探仪器实施数据采集，便于直观、生动、节约地开展应用地球物理实践教学，其特征是它包括以下步骤：

步骤101：用户通过用户终端向共享业务管理平台发送地球物理数据采集服务请求。

具体的，用户需要提交自己的账户信息用于账户审核，同时提交拟需要什么类型的地球勘探仪器和什么样的典型地质剖面，以及什么时间实施作业等信息，便于共享业务管理平台进行查询和调配。

步骤102：共享业务管理平台根据用户服务请求，为其选择相匹配的地球物理勘探仪器和典型地质剖面。

具体的，共享业务管理平台将根据用户所提交的服务请求，查询地球物理勘探作业日志，确认与请求相匹配的地球物理勘探仪器和典型地质剖面是否能够满足，并答复用户，其中：①如果实践教学系统中当前没有该用户服务请求的地球物理勘探仪器以及典型地质剖面，将登记用户服务请求信息，作为后期系统建设的参考；②如果实践教学系统能够满足用户服务请求，但是相对应的地球物理勘探仪器正在维护或者正在施工，将进行预约登记，给出能够实时作业的时间段，便于用户确认；③如果实践教学系统能够满足用户服务请求，但是日志记载中存在与用户服务请求相一致或相近的作业日志和数据，将会告知用户，是否需要重新采集数据；④如果实践教学系统能够满足用户服务请求，而且日志记载中没有存在与用户服务请求相近的作业日志和数据，将回复用户可以实施作业。

步骤103：用户提交地球物理勘探观测参数信息，并通过共享业务管理平台远程控制地球物理勘探仪器实施数据采集作业。

具体的，用户得到可以实施数据采集作业答复以后，需要根据实践教学的内容和目标设计合适的地球物理勘探观测参数，然后向共享业务管理平台提交参数，同时通过共享业务管理平台远程控制地球物理勘探仪器实施数据采集作业。

步骤104：采集作业实施过程中，共享业务管理平台实时保存并回传所采集到的地球物理数据和施工现场数据给用户。

具体的，用户可以根据需要选择不同的数据输出方式和显示方式，例如可以通过投影仪实时显示所采集到的地球物理数据，以及显示施工现场数据，增强实践教学的现场感和参与感。另外，也可以连接相应的地球物理数据处理应用软件和解释软件，实时处理和解释，便于客观、便捷地开展实践教学，还可以根据实时处理和解释的成果进行评估，修改不同的观测参数方案，进行实时对比分析不同的观测参数方案的优缺点，更好地开展实践教学。

步骤105：用户采集作业完毕，共享业务管理平台记载作业日志，恢复地球物理勘探仪器待用状态。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。