基于VB的水下流浪潮综合测量仪测量数据转换与回放系统

　　1 引言

　　在海洋环境监测领域, 测量海洋中水文要素的仪器按布放方式划分主要有两大类: 一类是表面测量系统, 另一类是水下测量系统。两种系统都可测量浪、潮、流等水文参数。此次水下流、浪、潮综合测量技术课题是国家 863 计划海洋监测技术主题中海洋动力环境实时立体监测系统中的一个重要组成部分。水下流、浪、潮综合测量技术的主要成果是水下流、浪、潮综合测量仪。它由三大部分组成: 水下测量浮标, 水下电缆和岸站数据接收处理机。该系统可用于海洋环境中波浪、潮位、温盐等要素的测量, 不需建水下平台,可布放于水下一定深度的任意位置, 较表层资料浮标而言更加安全。水下流浪潮综合测量仪布放在水中后, 所测得的数据可通过数据电缆实时传输到海上平台、岸站或资料浮标上; 同时测量仪内部自备电池, 可长期在无缆的情况下通过自记的方式将所测得的数据保存在内部的存贮器中。同进口系统相比该系统解决了数据实时接收的问题, 使其应用领域更加广阔。

　　2 数据格式转换

　　2.1 水下测量仪数据的类型与特点

　　水下流浪潮综合测量仪采集到的原始数据是以二进制数据文件的形式保存的。之所以选用二进制数据文件是因为它是数据的内存映象。它具有两大优点:

　　1). 以二进制形式保存的数据文件极大的节省计算机的存储空间;

　　2). 在文件读/写过程中, 计算机不必进行数据格式间的转换, 从而节省处理时间, 提高了应用程序的效率。同时, 二进制数据文件自身也存在缺点。以二进制存放的数据文件, 用户不能在计算机上用记事本直接打开阅读。这必然给用户分析和修改数据带来诸多的不便。因此就需要通过编程对数据进行必要的转换和预处理。

　　水下流、浪、潮综合测量仪工作时, 其水下测量浮标内部的单片机在接收压力传感器采集的数据后, 将每组数据以 32 位单精度浮点数的形式保存起来。计算机中定义的浮点数有许多种, 经常使用的浮点数分二种, 分别是: 单精度浮点数(32- bit) 和双精度浮点数(64- bit)。图1 分别给出两种浮点数在内存中的存放格式。在实际应用时, 水下流、浪、潮综合测量仪存储数据时使用的是第一种单精度浮点数形式。

　　如上图1 所示, 一个浮点数由三个字段组成: 分别是符号位S, 阶码和规格化尾数。其中符号位 S 决定浮点数的正负。阶码, 表示2 的幂次。规格化尾数, 用于存放实数的有效数字, 决定浮点数类型所提供的数据精度。从图1- 1 中可以看出, 在内存中单精度浮点数共占用32 个二进制位, 其中第 31- bit 为符号位, 占用一个二进制位,“0”表示正数,“1”表示负数, 其读数值用s 表示。第30～23 bit 为2 的幂数, 其读数值用e表示; 第 22～0 bit 共 23bit 作为规格化尾数, 视为二进制纯小数, 假定该小数的十进制为x; 则该浮点数A 的值用十进制表示为:单精度浮点数 A=(- 1)s×(1+x)×2(e-127)