CN101923174B - 包含与连接到传感器的单元相关联的模块的地震数据采集系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及表面陆地地震数据采集系统，其包含：中央处理单元；连接到所述中央处理单元、包含多个采集线路的有线网络，每个采集线路包含：沿着遥测电缆串联组装的多个电子单元，并且每个电子单元与至少一个地震传感器相关联，所述单元处理由所述传感器传送的信号；沿着所述遥测电缆串联组装的多个中间模块，并且每个中间模块与所述电子单元中的至少一个相关联，每个中间模块提供电源和与它相关联的所述电子单元的同步；其特征在于，每个电子单元与至少两个中间模块相关联，至少两个中间模块是包括沿着所述遥测电缆的相对于所述电子单元上游的至少一个和下游的至少一个，并且每个电子单元包含独立于所述有线网络的同步装置、双向自主电源装置、由所述电子单元处理的所述信号的双向存储装置。

Description

包含与连接到传感器的单元相关联的模块的地震数据采集系统
技术领域
本发明的领域涉及地震数据采集。更具体地，本发明涉及包含连接到例如车载的中央处理单元的有线网络的地震数据采集系统。
本发明尤其涉及地震法石油勘探工业，但是也可以应用在实施地震数据采集网络的任何领域。然而，本发明的一个特别的应用涉及表面陆地地震数据采集系统。
在本发明的领域中，该领域的地震数据采集操作通常使用连接有地面运动传感器的电子单元网络。
背景技术
通常涉及使用术语“地震检波器”的这些传感器，通常由电缆互相连接成传感器组以形成称作“链路”的簇(cluster)。这些链路中的一个或多个连接到所述电子单元。由有线数字网络互相连接的电子单元执行对来自于传感器组的信号的模数转换、并且经由所述数字网络将这些数据发送到记录车上，中央处理单元随车携带。
市场上最近已经引入了将传感器集成在删减了地震检波器链路的电子转换单元中的新系统。在这个实例中，所述传感器为加速度计。
为了采集地球物理数据，激活与地面联系的一个或多个地震源以传播全向的地震波列。除了别的之外，所述源可以由爆炸物、坠落重物、振动器或海洋环境中的空气枪组成。
被底土层反射的波列由传感器检测，其产生表征所述波在该底土的地质界面上的反射的模拟信号。
如上所述的，本发明尤其适用于实施有线网络的地震数据采集系统。
在这种类型的网络中，通常经由中间电子模块将数据从数字单元发送到中央处理单元。
这些中间电子模块执行不同的功能，包括：
-经由电池的所述单元的供电；
-所述单元的同步；
-所述信号和与所述数字网络的接口的处理(数据到所述中央处理单元的传送，从所述中央处理单元接收到的命令到所述单元的发送)。
在当前有线系统中，中央处理单元发送同步消息给整个网络，这个消息由所述电子模块向所述单元重复。
例如，所述中央处理单元可包含高精度时钟(例如石英振荡器)，所述模块和单元可选地借助于锁相环频率相关。
这种类型网络的主要问题是系统对电缆断点的敏感度。
就有线网络来说，电缆断点导致与布置在该断点之后的与所述单元的连接的丢失、并且因此导致相应于这些单元的所有地震测量点的丢失。
当然，所述电子单元和模块被设计为仅仅执行信号处理功能。换句话说，所述电子单元和模块渐次地将地震数据回报给所述中央处理单元。
因此，电缆断点导致与被所述断点隔离的网络部分的传感器相应的地震数据的不可挽回的损失。
这些断点可以有各种原因：
-动物(啮齿动物、鳄鱼、反刍动物等等)的通过；
-人为破坏；
-车轮的通过；
-等等。
可以理解电缆断点也导致模块在所述中央处理单元上的同步的丢失；同样地所述地震数据可能不再被时间印记，并且因此对于终端用户来说是无用的。
而且，执行地震数据采集活动以使得对铺开的网络的所有点采集所述数据。如果某些点的数据没有到达中央处理单元，那么对其他点收集的数据提供了低质量的“地震图象”。结果，倾向于仅仅隔离所述网络的某些点的电缆断点影响了在整个网络上的采集活动的完整性，可能导致其中的中断。
同样，实际上，当电缆断点发生时，无延迟地尝试检测和定位所述断点以便能够修复原样。依赖于在其上铺设所述网络的地形，这不总是容易的(某些活动可能在山地区域、热带森林等中进行)。
关于电源，注意到，经由模块以单向或双向方式给单元供电是已知的。
以单向方式给所述单元供电的优点是其实施的简单性：来自于所述中央处理单元的电压传输给由所述单元跟随的模块等等，所述单元由跟随的模块跟随。该实施的缺点是，电缆断点意味着对下一个模块的处在该断点之后的所述单元的供电的关闭。
另一方面，双向电源使电源冗余：一个方向的电源断电可以由来自于临近模块的电源连续性来补偿。
为了克服电缆断点问题及其的影响，已经建议以采集线路组织采集网络，所述采集线路由主(有线的)通信线路连接于中央处理单元而且由形成一种网状的次(也为有线的)通信装置相互连接，其在电缆断点的情况下形成可替换的路径。然而，这种解决方案不能修复所有的电缆断点情况而且容易显著增加网络安装时间和成本。
现有技术也已经建议用无线网络取代有线单元互连网络，以使得终端系统是没有任何连接线的传感器系统。
然而，由于要处理的数据的高吞吐量、需求的复杂性及很昂贵的合适设备，这种解决方案证明为在技术和经济方面是很受阻的。
而且，某些地形也不适合于符合要求的无线通信，使得这样的解决方案的实施是不可能的。
发明内容
本发明的目的尤其是补偿现有技术的缺点。
更具体地，本发明的目的是提出一种包含连接到中央处理单元的有线网络的地震数据采集系统，其在电缆断点的情况下仍然是可操作的。
本发明的另一个目的是提供这样一种系统，其能容易用中央处理单元控制被电缆断点隔离的部分。
这些目的和进一步将在下文中出现的目的利用地震数据采集系统来实现，其包含：
-中央处理单元；
-连接到所述中央处理单元、包含多个采集线路的有线网络，每个采集线路包含：
-沿着遥测电缆串联组装的多个电子单元，并且每个电子单元与至少一个地震传感器相关联，所述单元处理由所述传感器传送的信号；
-沿着所述遥测电缆串联组装的多个中间模块，并且每个中间模块与所述电子单元中的至少一个相关联，每个中间模块提供电源和与它相关联的所述电子单元的同步；
根据本发明，每个电子单元与至少两个中间模块相关联，至少两个中间模块包括沿着所述遥测电缆的相对于所述电子单元上游的至少一个和下游的至少一个，每个中间模块包含：
-独立于所述中央处理单元的自主同步装置；
-双向自主电源装置，以便给在所述中间模块的上游的至少一个单元和/或在所述中间模块下游的至少一个单元供电；
-用来存储由所述电子单元处理的所述信号的装置，所述存储装置是双向的，以便存储来自于在所述中间模块上游的至少一个单元和/或在所述中间模块下游的至少一个单元或所述两个模块的其他单元的信号。
这样，根据本发明，在电缆断点的情况下，该数据采集网络仍然是可操作的。
实际上，在断点之后，与所述中央处理单元隔离的电缆部分的操作得以继续是依靠：
-由被隔离的模块实现的同步，其是自主的并且独立于所述中央处理单元；
-由模块的每一个供给的所述单元的供电；
-在所述模块的每一个上的所述地震数据的本地存储。
而且，在正常操作情况下，所述单元沿着遥测电缆默认与临近该单元的预定模块关联(尤其与数据存储和同步有关)：模块(n-1)与单元(n-1)关联，模块(n)与单元(n)关联，模块(n+1)与单元(n+1)关联，等等。
然而，在电缆断点情况下，单元n可能与关联的模块n隔离。
本发明也使补救这种情况成为可能：每一个模块的双向电源装置和双向存储装置使得根据该断点的位置将单元(n)(与其中的模块(n)隔离)连接到模块(n+1)、或者连接到模块(n-1)成为可能。
优选地，所述同步装置是双向的以便同步在所述中间模块上游的至少一个单元和/或在所述中间模块下游的至少一个单元。
有利地，每个单元包括用于检测与定位在所述单元上游和下游的中间模块的链路的装置，在这种情况下，所述检测装置优选地与两个中间模块的存储装置关联。
被隔离部分的单元可以因此根据与正讨论的模块和单元有关的断点的位置，自动地和与它们默认相关联的不同模块相连接，或者保持和与它们默认相关联的模块相连接。
优选地，所述同步装置包含集成在每个中间模块中的全球卫星定位系统。
根据一个有利的解决方案，所述模块的所述同步装置被配置为能够彼此互相通信。
这样，如果一个模块的同步装置的GPS有缺陷，或者如果一个模块的同步装置的GPS失去卫星链接，相应模块可以由临近模块的同步装置被同步。
有利地，该系统包含在所述模块和所述中央处理单元之间的辅助通信装置。在这个实例中，所述辅助通信装置是无线电通信装置。
在存在辅助通信装置的情况下，所述模块有利地包含：
-用来指示所述电源装置的自主的剩余级别(level)的装置；
-用来指示可利用的存储容量的装置。
这样，使用该中央处理单元并经由与所述模块(受地形支配)的无线电通信，操作者可以获得关于模块的操作状态的数据：剩余电池级别(电平)、可用内存，操作者也可选择性地在这些模块上执行其他功能测试，无论是否与所述有线网络隔离开。
根据进一步的有利特征，所述中间模块包含到独立于有线网络的便携单元的连接装置。
被所述模块本地存储的地震数据因此可以以两种模式被取回：
-在恢复通信之后(替换或维修了断电缆)，通过所述中央处理单元；
-或者通过具有便携单元的操作者，为将数据转移到所述中央处理单元，便携单元从一个模块移动到另一个模块以在该便携单元中取回数据。
根据进一步的有利解决方案，所述模块包含用来执行打开/关闭所述同步装置和/或所述电源装置和/或存储装置的算法的装置。
注意到，实际上，中间模块以被动(无源)模式运转，不管它们是否是在正常运转中或在断点的情况下：默认地，它们以双向方式持续地供电、存储和同步。结果，(通过两个模块，一个是在所考虑的单元的上游，另一个是在所考虑的单元的下游)所述单元默认地轮流以双向方式被供电和同步，并且所述单元根据所述模块的可用性将要被存储的数据发送到上游模块或下游模块；以及，如果在一个方向有断点的话，仅仅由于在有线链路上的断点，单元不再与单一模块关联。
而且，用于打开/关闭同步、电源和/或存储装置的算法被用来在例如晚间停止活动，且在接下来的早上重新开始所述活动。
这个算法由模块自身激活，并且使节省电源和存储装置成为可能。
根据一个具体的实施方式，所述模块与所述单元集成在一起。
因此在这些单元上获得本发明的功能的最佳集成，尤其有利于存储和有线网络的铺设。
附图说明
通过阅读作为阐述性的和非限制性的实例给出的、本发明的优选实施方式的下面的描述以及附图，本发明的其他特征和优点将更清晰地呈现，其中：
-图1示意性地阐述了根据本发明的一种以正常采集模式的地震数据采集系统；
-图2示意性地阐述了根据本发明的一种地震数据采集系统，其中一个网络部分被电缆断点隔离；
-图3阐述了本发明的具体实施方式，由此所述模块集成了辅助通信装置；
-图4阐述了本发明进一步的具体实施方式，由此所述模块集成在电子单元中。
具体实施方式
如上面描述的，本发明的原理在于，在包含连接到中央处理单元的有线网络的地震数据采集系统中，每个电子单元与沿着电缆位于该单元两侧的两个中间模块的关联，以及在独立于该中央处理单元的自主同步装置、双向自主电源装置及由所述单元处理的信号的双向存储装置的模块中的集成，根据有线网络的状态，每个中间模块可选地将它的同步、电源和存储装置设置为用于与正在讨论的模块相关的下游和/或上游单元。
参照图1，根据本发明的一种地震数据采集系统包含：
-中央处理单元1；
-连接到所述中央处理单元1、包含多个采集线路10的有线网络。
每个采集线路10包含：
-沿着遥测电缆20串联组装的电子单元2、并且每个电子单元与地震传感器(在这个情况下为地震检波器)的至少一个链路3相关联；
-沿着所述遥测电缆20串联组装的中间模块4、并且每个中间模块与电子单元2中的一个或多个(根据这个实施例为三个电子单元)耦接。
通常地，单元2处理由链路3的传感器传输的信号。
注意到，本发明既应用于单线(trace)系统(在其中每个单元与单簇地震检波器装置或单个加速度计关联)也应用于多线系统(在其中每个单元与多簇地震检波器装置或多个加速度计关联)。
每个所述中间模块包含：
-同步装置40；
-电源装置42，例如供给12V电压。
所述中间模块也执行信号处理以及与数字网络的接口连接功能(数据传输给所述中央处理单元，从所述中央处理单元接收的命令到所述单元的发送)，没有在图1中示出。
在正常操作情况下，所述单元沿着遥测电缆默认与临近该单元的预定模块关联：模块(n-1)与单元(n-1)关联，模块(n)与单元(n)关联，模块(n+1)与单元(n+1)关联，等等。
同样在正常操作情况下，所述电子单元的电源由所述中间模块的每一个供应，并且中间模块n-1、n和n+1各自执行所述电子单元n-1、n和n+1的同步。
注意到，实际上，每个单元由两个中间模块(与该单元相关的上游模块和下游模块)持续供应电流。
而且，在正常运行中可以重复每个单元的同步，通过与该单元相关的上游模块和下游模块被连续执行。
根据本发明的原理，每个中间模块的同步、电源和存储装置不但可以用于定位在所述模块的直接下游(或上游)的一个或多个电子单元，也可以用于定位在所述模块的直接上游(或直接下游，分别地)的一个或多个电子单元。
为了此目的，每个中间模块的电源装置是自主的并且是双向的，以便给直接定位在所述模块的上游的电子单元供电，或给直接定位在所述模块的下游的电子单元供电，或者给两者都供电。
而且，每个模块的同步装置40是自主的并且独立于所述中央单元，使得即使在电缆断点的情况下，经由所述模块继续所有电子单元的同步成为可能。
根据目前的实施方式，所述同步装置包含集成在每个中间模块中的全球卫星定位系统41(GPS)，所述模块接收利用它的GPS或临近模块的GPS获得的同步信号(即使存在电缆断点的情况，在模块n的GPS失效的情况下，电子单元n的同步可选地由中间模块n-1(或n+1)的同步装置执行)。
根据本发明的原理，每个中间模块进一步包含由所述电子单元处理的信号的存储装置43。
每个模块的存储装置43默认与定位在所述模块下游(或上游)的一个或多个电子单元关联，所述存储装置可选地执行直接定位在所述模块上游(或直接下游，分别地)的临近电子单元提供的信号的存储。
为了此目的，每个中间模块的存储装置是双向的，以便存储由直接定位在所述模块上游的电子单元，或由直接定位在所述模块下游的电子单元提供的信号。换句话说，每个模块的存储装置连接到至少两个电子单元，它们沿着所述遥测电缆包括在所述中间模块上游的至少一个和/或下游的至少一个。
而且，每个电子单元包含用来检测与定位在所述单元上游或下游的中间模块的链接的装置，所述检测装置与两个中间模块(一个在相应单元的直接下游，另一个在相应单元的直接上游)的存储装置关联。
该检测装置包含用来在所述单元与所述单元上游和下游的两个模块之间进行对话的装置：所述单元发送信号给两个模块，其中每个模块经由电缆返回信号给所述单元；信号从所述模块返回导致与相应模块的有线链路的检测。相反，没有信号从模块返回指示在所述单元和相应模块之间的电缆断点，在这种情形下，所述单元将来自于传感器的数据发送到仍然通过电缆与其连接的模块(尤其使得该数据由所连接的模块的存储装置存储)。
这样，在如图2示意的，定位在两个单元n-1之间的电缆断点C情形下，单元n-1的其中之一与相关的单元n-1隔离开。与相应单元n-1关联的检测装置给所述单元返回指示它不再与中间模块n-1连接的信号，在所述“被隔离的”单元n-1与中间模块n之间的链路被建立以便：
-中间模块n除了向与模块n默认关联的单元n提供电源，给所述“被隔离的”单元n-1提供电源；
-如箭头F2表示的，由“被隔离的”单元n-1处理的信号由模块n的存储装置43存储(其进一步如箭头F1表示的，存储由单元n处理的信号)；
-除了同步与模块n默认关联的单元n，中间模块n同步“被隔离的”单元n-1。
而且，所述模块包含用来执行打开/关闭所述同步装置和/或所述电源装置和/或存储装置的算法的装置。
该中间模块自动地例如在预定时间执行用于关闭(例如在晚间)和开启(例如在早上)的算法。
由于所述模块的同步装置是自主且独立于所述中央处理单元，它们持续地作用在与该模块默认关联着的单元上。根据所述断点的位置，所述模块的同步装置将可选地同步另外的单元。
由在断点C下游的模块存储的数据到中央处理单元的下载，或者经由从前已经被维修或替换的遥测电缆，或者经由由操作者携带的并且通过连接装置50与所述模块链接(该链接可以为对本领域技术人员公知的、有线的或无线的任何类型)的便携单元5来实现(操作者沿着位于该断点下游的遥测电缆的整个部分移动该便携单元)。
根据本发明的另一方面，所述模块包含：
-用来指示所述电源装置的自主的剩余级别的装置；
-用来指示可利用的存储容量的装置。
相应数据(电源装置自主级别和可利用的存储容量)可以以预定的频率或者应中央处理单元的要求被传送到中央处理单元1。对此，参照在图3中所表示的实施方式，所述中央处理单元包含无线电发送/接收装置11，并且所述中间模块包含无线电发送/接收装置44，所述中央处理单元的无线发送/接收装置和所述中间模块的无线发送/接收装置意在彼此互相通信。
注意到，根据在图4中所表示的具体实施方式，如上面描述的中间模块与每个电子单元集成在一起，以形成单个装置元件2、4。
在这种类型结构中，注意到，电源装置也可以直接集成在所述模块中。

Claims (11)

1.一种地震数据采集系统，其包含：
-中央处理单元；
-连接到所述中央处理单元、包含多个采集线路的有线网络，每个采集线路包含：
-沿着遥测电缆串联组装的多个电子单元，并且每个电子单元与至少一个地震传感器相关联，所述电子单元处理由所述传感器传送的信号；
-沿着所述遥测电缆串联组装的多个中间模块，并且每个中间模块电缆连接到所述电子单元中的至少两个，每个中间模块提供电源和与它相关联的所述电子单元的同步；
其特征在于，每个电子单元通过电缆与至少两个中间模块相关联，至少两个中间模块包括沿着所述遥测电缆的相对于所述电子单元上游的至少一个和下游的至少一个，每个中间模块包含：
-独立于所述中央处理单元的自主同步装置；
-双向自主电源装置，以便给在所述中间模块上游的至少一个单元和／或在所述中间模块下游的至少一个单元供电；
-用于存储由所述电子单元处理的所述信号的装置，所述存储装置是双向的，以便存储来自于在所述中间模块上游的至少一个单元和／或在所述中间模块下游的至少一个单元的信号。
2.根据权利要求1的地震数据采集系统，其特征在于，所述同步装置是双向的，以便同步在所述中间模块上游的至少一个单元和在所述中间模块下游的至少一个单元。
3.根据权利要求1和2中的任一项的地震数据采集系统，其特征在于，每个电子单元包括用于检测与位于所述电子单元上游或下游的中间模块的链接的装置。
4.根据权利要求3的地震数据采集系统，其特征在于，所述检测装置和所述电源装置耦接，并且与两个中间模块的存储装置关联。
5.根据权利要求1的地震数据采集系统，其特征在于，所述同步装置包含集成在每个中间模块中的全球卫星定位系统。
6.根据权利要求1的地震数据采集系统，其特征在于，所述模块的所述同步装置被配置为能够互相通信。
7.根据权利要求1的地震数据采集系统，其特征在于包括在所述模块和所述中央处理单元之间的辅助通信装置。
8.根据权利要求7的地震数据采集系统，其特征在于，所述辅助通信装置是无线电装置。
9.根据权利要求7的地震数据采集系统，其特征在于，所述模块包含：
-用来指示所述电源装置的自主的剩余级别的装置；
-用来指示可利用的存储容量的装置。
10.根据权利要求1的地震数据采集系统，其特征在于，所述中间模块包含连接到独立于有线网络的便携单元的连接装置。
11.根据权利要求1的地震数据采集系统，其特征在于，所述模块包括用于执行打开／关闭所述同步装置和/或所述电源装置和/或所述存储装置的算法的装置。
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