專利名稱：基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地球物理勘探中的無纜地震儀，尤其是涉及配合可控震源，基于 GPS和同步觸發(fā)信號快速定位無纜地震儀中有效地震數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
常用于地球物理勘探的數(shù)字地震儀主要有兩類有纜遙測地震儀和無纜存儲式地震儀。有纜遙測地震儀在野外實際應(yīng)用中占主導(dǎo)地位，其主要特征是完全由有線系統(tǒng)發(fā)送指令和傳輸數(shù)據(jù)，國際上各大知名地震儀生產(chǎn)和研發(fā)企業(yè)都推出了較有代表性的產(chǎn)品。近年來，隨著地震勘探從傳統(tǒng)的二維、小范圍的方式向三維、高分辨率、大尺度的方向發(fā)展，對地震勘探的精度要求越來越高，地震勘探儀器的采集道數(shù)也越來越多，對于萬道以上的有纜地震采集儀器，其電纜的管理和維護(hù)都將是非常困難的，并且需要花費(fèi)大量的成本，所以目前很多專家預(yù)測無纜存儲式地震儀將是下一步地震勘探儀器的發(fā)展方向。無纜地震儀是一種特殊類型的地震儀，其特征是輕便，沒有大線；每個采集站根據(jù)任務(wù)設(shè)置，持續(xù)接收地震數(shù)據(jù)并自動存儲；數(shù)據(jù)回收時，通過專門的數(shù)據(jù)回收系統(tǒng)將所有的地震數(shù)據(jù)從采集站中取出。基于無纜地震儀的地震勘探系統(tǒng)通常包括四大部分，即震源部分、采集部分、數(shù)據(jù)回收部分、中央控制主機(jī)。其中數(shù)據(jù)回收部分是無纜地震儀的核心技術(shù)之一，其性能指標(biāo)決定著整個系統(tǒng)的實際應(yīng)用能力。無纜地震儀由于采集時間長，采樣率高，所以存儲的原始地震數(shù)據(jù)量一般會比較大，并且當(dāng)采用成百甚至上千臺無纜地震儀同時進(jìn)行長時間探測時，數(shù)據(jù)量會達(dá)到非常高的級別。以業(yè)采樣率為例，每臺無纜地震儀可以帶4道，采集1000道需要250臺無纜地震儀，250臺無纜地震儀同時工作M小時，總數(shù)據(jù)量將超過640GB，若采用百兆的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)回收，即便傳輸速率始終保持在峰值(IOOmbps)，則至少也需要超過14個小時全部回收完畢。這顯然無法滿足實際應(yīng)用的需求，并且回收的數(shù)據(jù)中，只有不到10%的有效數(shù)據(jù)，而其他大部分都是無效的冗余數(shù)據(jù)。因此，比較有效的方式，就是采用適當(dāng)?shù)牟呗?，快速、精確地定位觸發(fā)時標(biāo)，確定有效數(shù)據(jù)起始時刻和持續(xù)時長，只回收有效的地震數(shù)據(jù)，這樣在提高了數(shù)據(jù)回收效率的同時，也有效地節(jié)約了地震儀和控制主機(jī)中的存儲空間。地震數(shù)據(jù)統(tǒng)一回收和處理的前提是必須保證嚴(yán)格的時鐘同步，GPS時鐘同步的方式可以精確地為所有無纜地震儀同步時鐘，但是，由于依賴 GPS秒脈沖信號的同步校準(zhǔn)，所以在現(xiàn)有條件下，我們能夠獲取的時刻信息往往只能精確到秒時刻，其它的觸發(fā)時刻則難以控制。如何將地震數(shù)據(jù)觸發(fā)時標(biāo)精確到符合需求的時間量級、如何傳輸和存儲時標(biāo)信息和振動持續(xù)時長、如何排除空炮和廢炮等都是需要解決的問題。因此，針對上述需求，需對可控震源部分進(jìn)行有效改進(jìn)，增加震源控制箱和電臺，采用一套完善的觸發(fā)時標(biāo)獲取和傳輸?shù)牟呗赃M(jìn)行系統(tǒng)管理，以保證后期有效的數(shù)據(jù)回收。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述無纜地震數(shù)據(jù)冗余量過大、嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)傳輸及處理效率的問題，提供一種將GPS和同步觸發(fā)信號應(yīng)用于基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，可控震源是由控制箱的掃描信號控制器分別連接觸發(fā)時標(biāo)記錄器和功率放大器，觸發(fā)時標(biāo)記錄器與電臺連接，功率放大器與激振體連接構(gòu)成。觸發(fā)時標(biāo)記錄器是由時長信號經(jīng)掃描時長存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，高精度晶體振蕩器經(jīng)微秒計數(shù)單元和微秒存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，GPS單元經(jīng)整秒存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，GPS單元連接微秒計數(shù)單元，觸發(fā)信號連接微秒計數(shù)單元、GPS單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元構(gòu)成?；诳煽卣鹪吹臒o纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，包括觸發(fā)過程、接收過程和數(shù)據(jù)回收過程三過程A、觸發(fā)過程先將可控震源移動至炮點，初始化一參數(shù)設(shè)置一記錄掃描時長一觸發(fā)一獲取觸發(fā)時標(biāo)一發(fā)送；B、接收過程開始一接收一記錄電子班報一排除空炮廢炮一結(jié)束；C、數(shù)據(jù)回收過程開始一連接無纜地震儀至回收箱一導(dǎo)入電子班報一定位至有效數(shù)據(jù)起始點一回收。有益效果，根據(jù)GPS信息和同步觸發(fā)信號，快速定位觸發(fā)時標(biāo)，回收時精確定位有效地震數(shù)據(jù)起始采樣點，截取有效時長，從而節(jié)省大量的數(shù)據(jù)傳輸時間和數(shù)據(jù)存儲空間，并且自動化的處理方式也可節(jié)約大量的人力和物力。


圖1為可控震源結(jié)構(gòu)圖。圖2為觸發(fā)時標(biāo)記錄器結(jié)構(gòu)圖。圖3為觸發(fā)過程流程圖。圖4為接收過程流程圖。圖5為數(shù)據(jù)回收過程流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步的詳細(xì)說明基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，可控震源是由控制箱的掃描信號控制器分別連接觸發(fā)時標(biāo)記錄器和功率放大器，觸發(fā)時標(biāo)記錄器與電臺連接，功率放大器與激振體連接構(gòu)成。觸發(fā)時標(biāo)記錄器是由時長信號經(jīng)掃描時長存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，高精度晶體振蕩器經(jīng)微秒計數(shù)單元和微秒存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，GPS單元經(jīng)整秒存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，GPS單元連接微秒計數(shù)單元，觸發(fā)信號連接微秒計數(shù)單元、GPS單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元構(gòu)成?；诳煽卣鹪吹臒o纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，包括觸發(fā)過程、接收過程和數(shù)據(jù)回收過程三過程A、觸發(fā)過程先將可控震源移動至炮點，
初始化一參數(shù)設(shè)置一記錄掃描時長一觸發(fā)一獲取觸發(fā)時標(biāo)一發(fā)送；B、接收過程開始一接收一記錄電子班報一排除空炮廢炮一結(jié)束；C、數(shù)據(jù)回收過程開始一連接無纜地震儀至回收箱一導(dǎo)入電子班報一定位至有效數(shù)據(jù)起始點一回收。基于GPS和同步觸發(fā)信號的觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，核心為震源部分，其結(jié)構(gòu)描述如下a、震源部分由震源、控制箱和電臺三部分組成。震源主要包括激振體、配重和基板?？刂葡溆糜诳刂普鹪凑駝雍桶l(fā)送時標(biāo)信息，主要包括掃描信號控制器、功率放大器和觸發(fā)時標(biāo)記錄器，其中，功率放大器通過電纜連接震源的激振體；觸發(fā)時標(biāo)記錄器連接電臺， 傳送觸發(fā)時標(biāo)和掃描時長至主機(jī)端。b、控制箱是震源部分的控制中樞，負(fù)責(zé)處理觸發(fā)時標(biāo)的采集和轉(zhuǎn)發(fā)。觸發(fā)時標(biāo)記錄器是控制箱中的核心組件，其中包括高精度晶體振蕩器、微秒計數(shù)單元、GPS單元、掃描時長存儲器、微秒存儲器、整秒存儲器和數(shù)據(jù)發(fā)送單元。高精度晶體振蕩器為微秒計數(shù)單元提供高精度時鐘信號；GPS單元負(fù)責(zé)同步GPS時鐘，并發(fā)送整秒脈沖至微秒計數(shù)單元；微秒計數(shù)單元根據(jù)高精度時鐘信號和整秒脈沖信號產(chǎn)生高精度的微秒數(shù)據(jù)；存儲器負(fù)責(zé)保存掃描時長信息及觸發(fā)時刻的整秒數(shù)據(jù)和微秒數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送單元負(fù)責(zé)控制電臺，傳輸匯總的數(shù)據(jù)信息至主機(jī)端?；贕PS和同步觸發(fā)信號的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，包括觸發(fā)過程、 接收過程和數(shù)據(jù)回收過程三個主要的實施過程一、觸發(fā)過程由以下步驟組成1.初始化系統(tǒng)上電時，觸發(fā)時標(biāo)記錄器的GPS單元開始對鐘，同時高精度晶體振蕩器向微秒計數(shù)單元發(fā)送高精度時鐘信號，控制微秒計數(shù)單元精確計數(shù)。GPS單元對鐘成功后，按整秒時間向微秒計數(shù)單元發(fā)送秒脈沖，微秒計數(shù)單元接收到秒脈沖后，清零計數(shù)結(jié)果，并重新開始計數(shù)。2.參數(shù)設(shè)置依據(jù)振動需要，在掃描信號控制器中設(shè)置的參數(shù)主要包括用于控制震源的掃描時長、頻率、波形、掃描類型等。3.參數(shù)設(shè)置保存后，掃描信號控制器將發(fā)送掃描時長信息至觸發(fā)時標(biāo)記錄器，記錄在其掃描時長存儲器中。觸發(fā)時標(biāo)記記錄器處于等待觸發(fā)狀態(tài)。4.觸發(fā)掃描信號控制器同時發(fā)送觸發(fā)信號至功率放大器和觸發(fā)時標(biāo)記錄器。觸發(fā)信號經(jīng)功率放大器放大后，傳送至震源的激振體，然后掃描信號控制器經(jīng)功率放大器向激振體持續(xù)發(fā)送掃描信號直至掃描結(jié)束。觸發(fā)時標(biāo)控制器接收到觸發(fā)信號后，將GPS單元輸出的整秒數(shù)據(jù)存入整秒存儲器，同時將微秒計數(shù)單元的微秒計數(shù)數(shù)值存入微秒存儲器。5.獲取觸發(fā)時標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)送單元從整秒存儲器和微秒存儲器中分別取出整秒數(shù)據(jù)和微秒數(shù)據(jù)，將整秒數(shù)據(jù)乘以IO6再與微秒數(shù)據(jù)求和，獲得精確的微秒觸發(fā)時標(biāo)。6.發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送單元從掃描時長存儲器中取出掃描時長數(shù)據(jù)，連同觸發(fā)時標(biāo)一起，通過電臺，傳送至主機(jī)端。二、接收過程由以下步驟組成1.主機(jī)端通過電臺接收到震源部分傳送的信息，將其解析為掃描時長和觸發(fā)時刻數(shù)據(jù)，然后依據(jù)觸發(fā)順序、炮點位置、測線等信息存儲入野外實驗電子班報中。
2.排除空炮廢炮實驗過程中，人工記錄的野外實驗班報是重要的電子班報的補(bǔ)充手段，主要記錄實驗的條件、設(shè)備及異常情況等信息。實驗結(jié)束時，根據(jù)人工記錄的野外施工班報，結(jié)合實際的施工情況，重新審核電子班報，協(xié)助排除其中的空炮和廢炮。此外，后期數(shù)據(jù)處理時，也可根據(jù)參考信號，采用長短視窗平均振幅比算法(STA/LTA)或小波分析， 確定觸發(fā)及振動終止時刻，更為精細(xì)地排除空炮或廢炮。三、數(shù)據(jù)回收過程由以下步驟組成1.數(shù)據(jù)回收時，所有無纜地震儀通過回收箱與主機(jī)連接，主機(jī)通過FTP協(xié)議同時向無纜地震儀發(fā)起文件下載連接。2.導(dǎo)入電子班報，判斷其中是否存在觸發(fā)時標(biāo)，按順序依據(jù)觸發(fā)時標(biāo)，快速定位至精確的有效數(shù)據(jù)起始位置，再根據(jù)掃描時長，截取并下載相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)有效數(shù)據(jù)的回收。附圖1為震源部分的結(jié)構(gòu)示意圖。震源部分主要由震源、控制箱和電臺三部分組成。震源主要包括激振體、配重和基板?？刂葡渲饕⊕呙栊盘柨刂破?、功率放大器和觸發(fā)時標(biāo)記錄器。電臺由控制箱中的觸發(fā)時標(biāo)記錄器控制，負(fù)責(zé)向主機(jī)端發(fā)送時標(biāo)信息。各部分之間的電纜連接如附圖1所示。野外實驗時，首先需要選定好炮點位置，在炮點擺放震源。準(zhǔn)備就緒后，為震源部分上電，各部件各自獨(dú)立地進(jìn)行初始化操作。觸發(fā)時標(biāo)記錄器中，GPS單元開始進(jìn)行對鐘操作，同時高精度晶體振蕩器向微秒計數(shù)單元發(fā)送高精度時鐘信號，控制微秒計數(shù)單元精確計數(shù)。GPS單元完成對鐘后，按整秒時間向微秒計數(shù)單元發(fā)送秒脈沖，微秒計數(shù)單元接收到秒脈沖后，清零計數(shù)結(jié)果，并重新依據(jù)高精度晶體振蕩器的時鐘信號開始計數(shù)。初始狀態(tài)下，掃描信號控制器處于等待設(shè)置狀態(tài)，需人工輸入與震源控制相關(guān)的掃描時長、頻率、波形、掃描類型等參數(shù)。參數(shù)設(shè)置完成后，掃描信號控制器將掃描時長信息發(fā)送至觸發(fā)時標(biāo)記錄器，存儲在其掃描時長存儲器中。此時，控制箱中的所有部件均處于等待觸發(fā)的狀態(tài)。觸發(fā)過程由人工方式發(fā)起，控制掃描信號控制器發(fā)送觸發(fā)信號。觸發(fā)信號被同時發(fā)送至功率放大器和觸發(fā)時標(biāo)記錄器。功率放大器放大觸發(fā)信號，再通過電纜傳送至震源的激振體，然后掃描信號控制器持續(xù)發(fā)送掃描信號，經(jīng)功率放大器送至激振體，直至掃描結(jié)束，完成整個震源振動過程。觸發(fā)時標(biāo)控制器接收到觸發(fā)信號后，將該時刻GPS單元輸出的整秒數(shù)據(jù)存入整秒存儲器，同時將微秒計數(shù)單元的微秒計數(shù)數(shù)值存入微秒存儲器，并通知數(shù)據(jù)發(fā)送單元數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒。數(shù)據(jù)發(fā)送單元從三個存儲器中分別取出掃描時長數(shù)據(jù)、微秒數(shù)據(jù)和整秒數(shù)據(jù)，根據(jù)整秒數(shù)據(jù)和微秒計數(shù)數(shù)據(jù)，計算出精確的觸發(fā)時刻，再與掃描時長一起進(jìn)行編碼，通過電臺，傳送至主機(jī)端。主機(jī)端接收到電臺傳送過來的震源部分的信息，進(jìn)行解碼操作，將其解析為掃描時長和觸發(fā)時刻數(shù)據(jù)，依次、按類別存儲入野外實驗電子班報中。完成一次完整的觸發(fā)、傳送和接收過程。實際野外實驗中會多次放炮，依此流程，形成本次野外實驗完整的電子班報。實驗過程中，人工記錄的野外實驗班報也是必不可少的，作為電子班報的主要補(bǔ)充手段，重點關(guān)注實驗過程中的天氣情況、地形條件、設(shè)備情況、異常故障、突發(fā)事件、應(yīng)急處理等信息，為后期數(shù)據(jù)處理提供重要的依據(jù)。實驗結(jié)束時，根據(jù)人工記錄的野外施工班報，結(jié)合實際的施工情況，重新審核電子班報，排除其中的空炮和廢炮。數(shù)據(jù)回收時，依據(jù)通過審核的電子班報，將所有參與實驗的無纜地震儀連接至回收箱，由主機(jī)控制，向各無纜地震儀發(fā)起FTP連接，確定無纜地震儀中的數(shù)據(jù)存儲信息，依據(jù)電子班報中的觸發(fā)時標(biāo)，快速、精確地定位至有效地震數(shù)據(jù)的起始采樣點位置，再根據(jù)掃描時長，截取并下載相應(yīng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個有效數(shù)據(jù)回收過程。
權(quán)利要求
1.一種基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，包括電臺、控制箱、和震源構(gòu)成，其特征在于，可控震源是由控制箱的掃描信號控制器分別連接觸發(fā)時標(biāo)記錄器和功率放大器，觸發(fā)時標(biāo)記錄器與電臺連接，功率放大器與激振體連接構(gòu)成。
2.按照權(quán)利要求1所述的基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，其特征在于，觸發(fā)時標(biāo)記錄器是由時長信號經(jīng)掃描時長存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，高精度晶體振蕩器經(jīng)微秒計數(shù)單元和微秒存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，GPS單元經(jīng)整秒存儲器連接數(shù)據(jù)發(fā)送單元，GPS單元連接微秒計數(shù)單元，觸發(fā)信號連接微秒計數(shù)單元、GPS單元和數(shù)據(jù)發(fā)送單元構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1所述的基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法，其特征在于，包括觸發(fā)過程、接收過程和數(shù)據(jù)回收過程A、觸發(fā)過程先將可控震源移動至炮點，初始化一參數(shù)設(shè)置一記錄掃描時長一觸發(fā)一獲取觸發(fā)時標(biāo)一發(fā)送；B、接收過程開始一接收一記錄電子班報一排除空炮廢炮一結(jié)束；C、數(shù)據(jù)回收過程開始一連接無纜地震儀至回收箱一導(dǎo)入電子班報一定位至有效數(shù)據(jù)起始點一回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于可控震源的無纜地震儀觸發(fā)時標(biāo)快速定位方法?？煽卣鹪词怯煽刂葡涞膾呙栊盘柨刂破鞣謩e連接觸發(fā)時標(biāo)記錄器和功率放大器，觸發(fā)時標(biāo)記錄器與電臺連接，功率放大器與激振體連接構(gòu)成。主機(jī)通過電臺接收可控震源信息，并將解析出的觸發(fā)時標(biāo)和掃描時長存儲入電子班報中，數(shù)據(jù)回收時，依據(jù)電子班報中的觸發(fā)時標(biāo)，快速定位至地震數(shù)據(jù)有效數(shù)據(jù)的起始采樣點，再根據(jù)掃描時長截取并回收有效數(shù)據(jù)?？焖俣ㄎ环椒òㄓ|發(fā)、接收和數(shù)據(jù)回收三過程。根據(jù)GPS信息和同步觸發(fā)信號，計算觸發(fā)時標(biāo)，回收時快速精確定位有效地震數(shù)據(jù)起始采樣點，截取有效時長，從而節(jié)省大量的數(shù)據(jù)傳輸時間和數(shù)據(jù)存儲空間，并且自動化的處理方式節(jié)約了大量人力和物力。
文檔編號G01V1/24GK102156295SQ20111007817
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者張懷柱, 張林行, 楊泓淵, 林君, 鄭凡, 陳祖斌 申請人:吉林大學(xué)