CN102466811A

CN102466811A - 一种微地震监测系统和方法

Info

Publication number: CN102466811A
Application number: CN2010105354714A
Authority: CN
Inventors: 刘建中
Original assignee: Beijing Traverse Technology & Development Co Ltd
Current assignee: Beijing Health Science & Technology Limited by Share Ltd
Priority date: 2010-11-03
Filing date: 2010-11-03
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-11-03
Also published as: CN102466811B

Abstract

本发明公开了一种微地震监测系统和方法，采集微地震测量数据，并发送给初始波识别单元；初始波识别单元获得信噪比大于指定阈值的波形信号；对波形信号进行数据封装和压缩；将压缩后的数据传输给主站；对数据进行压缩解码，获得波形信号；对波形信号进行处理。采用了本发明的技术方案，不仅减少了需要传输的微地震测量数据，提高传输的效率，降低了采集成本，而且由于使用了数据封装和重组技术，从而有效地恢复波形数据，同时不会破坏监测区域的整体美观，安装简单，操作简便，组网灵活，可扩展性好，综合成本低，特别适合野外数据采集的场合。

Description

一种微地震监测系统和方法

技术领域

本发明涉及微地震监测技术领域，尤其涉及一种微地震监测系统和方法。

背景技术

被动式微地震地下裂缝监测数据采集、传输和处理方法能够及时、准确的获取油田压裂、注水诱发的微地震事件的空间和时间参数，从而确定地下裂缝分布，适用于石油、天然气勘探、开发中的裂缝研究。

目前微地震监测采用有线传输方式，虽然专线专用，信号传输相对稳定，不易受到外界因素的干扰，但是有线传输方式会影响美观，布线施工工作量大，操作复杂、维修不便；无线传输方式的优点在于不会破坏监测区域的整体美观，安装简单，操作简便，组网灵活，可扩展性好，综合成本低，特别适合野外数据采集的场合，但是传输速率低，带宽有限。

发明内容

本发明的目的在于提出一种微地震监测系统和方法，减少了需要传输的微地震测量数据，提高传输的效率，降低了采集成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种微地震监测系统，包括数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块，数据传输模块进一步包括前置放大器、模数转换单元、初始波识别单元、压缩编码单元、无线通信传输单元和压缩解码单元，其中，

数据采集模块用于采集震源的速度数据，并发送给前置放大器；

前置放大器用于接收数据采集模块发来的速度数据进行放大，并发送给模数转换单元；

模数转换单元用于接收前置放大器发来的速度数据，转换成数字信号，并发送给初始波识别单元；

初始波识别单元用于接收模数转换单元发来的数字信号，判断是否有波形，并将波形信号发送给压缩编码单元；

压缩编码单元用于接收初始波识别单元发来的波形信号，进行压缩编码，并发送给无线通信传输单元；

无线通信传输单元用于将压缩编码单元发来的数据通过无线通信系统发送给压缩解码单元；

压缩解码单元用于接收无线通信单元发来的数据，进行压缩解码，并将波形信号发送给数据处理模块；

数据处理模块用于对波形信号进行处理。

数据采集模块包括不少于1个的速度传感器。

数据采集模块包括存储单元，用于存储震源的速度数据。

一种微地震监测方法，包括以下步骤：

A、采集微地震测量数据，并发送给初始波识别单元；

B、初始波识别单元获得信噪比大于指定阈值的波形信号；

C、对波形信号进行数据封装和压缩；

D、将压缩后的数据传输给主站；

E、对数据进行压缩解码，获得波形信号；

F、对波形信号进行处理。

步骤A进一步包括以下步骤：

数据采集模块采集震源的速度数据，并发送给前置放大器；

前置放大器接收数据采集模块发来的速度数据进行放大，并发送给模数转换单元；

模数转换单元接收前置放大器发来的速度数据，转换成数字信号，并发送给初始波识别单元。

步骤B中采用微地震初至时刻算法，获得信噪比大于指定阈值的波形信号，进一步包括以下步骤：

计算STA/LTA的值，当大于指定阈值，再确定一个比STA小的时窗PTA，计算PTA/STA的值，当大于指定阈值，获得波形信号。

步骤C进一步包括以下步骤：

对波形信号进行数据封装，数据帧包括数据头和数据体；

采用哈弗曼编码将待传输数据进行压缩，

步骤E进一步包括以下步骤：

采用哈弗曼解码将接收到的数据进行解码，恢复数据；

按照数据头中微地震初至时间和序号重组数据帧，获得波形信号。

数据头包括地址、微地震初至时间、序号和数据长度，其中地址用于区分不同的地震传感器，微地震初至时间和序号用于重组数据帧，数据长度用于指明数据体所占的字节数。

步骤D中，采用无线通信方式或者有线通信方式将压缩后的数据传输给主站。

步骤A还包括以下步骤：

将采集到的微地震测量数据存储在本地存储器中。

采用了本发明的技术方案，不仅减少了需要传输的微地震测量数据，提高传输的效率，降低了采集成本，而且由于使用了数据封装和重组技术，从而有效地恢复波形数据，同时不会破坏监测区域的整体美观，安装简单，操作简便，组网灵活，可扩展性好，综合成本低，特别适合野外数据采集的场合。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中微地震监测系统的结构示意图。

图2是本发明具体实施方式中微地震监测的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1是本发明具体实施方式中微地震监测系统的结构示意图。如图1所示，该微地震监测系统包括数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块9和三维显示模块10。

其中数据采集模块包括不少于1个的速度传感器2，由于采集震源1的速度数据。

数据传输模块进一步包括前置放大器3、模数转换单元4、初始波识别单元5、压缩编码单元6、无线通信传输单元7和压缩解码单元8。

速度传感器2、前置放大器3、模数转换单元4、初始波识别单元5、压缩编码单元6、无线通信传输单元7、压缩解码单元8、数据处理模块9和三维显示模块10依次连接。

数据采集模块的速度传感器采集震源的速度数据，并发送给前置放大器，同时数据采集模块的存储单元在本地存储震源的速度数据，前置放大器接收数据采集模块发来的速度数据进行放大，并发送给模数转换单元，模数转换单元接收前置放大器发来的速度数据，转换成数字信号，并发送给初始波识别单元。

初始波识别单元接收模数转换单元发来的数字信号，判断是否有波形，并将波形信号发送给压缩编码单元，压缩编码单元接收初始波识别单元发来的波形信号，进行压缩编码，并发送给无线通信传输单元。

无线通信传输单元将压缩编码单元发来的数据通过无线通信系统发送给压缩解码单元，压缩解码单元接收无线通信单元发来的信号，进行压缩解码，并将波形信号发送给数据处理模块，数据处理模块对波形信号进行处理，三维显示模块显示数据处理模块的处理结果。

图2是本发明具体实施方式中微地震监测的流程图。如图2所示，该微地震监测的流程包括以下步骤：

步骤101、数据采集模块采集震源的速度数据作为微地震测量数据，将采集到的微地震测量数据存储在本地存储器中，并发送给前置放大器，前置放大器接收数据采集模块发来的速度数据进行放大，并发送给模数转换单元，模数转换单元接收前置放大器发来的速度数据，转换成数字信号，并发送给初始波识别单元。

步骤102、初始波识别单元采用微地震初至时刻算法，获得信噪比大于指定阈值的波形信号。

在是否有波形的判断上，国际上通常使用LTA/STA等算法来计算P波的初至时刻，但这些算法在信噪比较低时是不准确性或不可靠的，通常采用人工挑选的方法来进行调正。

本具体实施方式提出的PTA/STA/LTA算法能够有效解决这个问题。PTA/STA/LTA算法是STA/LTA算法的改进，首先使用LTA/STA算法获得初始波的位置，然后定义一个比STA更小的时窗，称之为PTA(Pinnacle TermAverage)，进行二次计算，从而得到更精确的初始波位置。实验数据表明，PTA/STA/LTA算法比STA/LTA算法更稳定、更精确。

具体实现如下：

根据以下公式计算STA/LTA的值，当大于指定阈值，再计算PTA/STA的值，当也大于指定阈值，即获得波形。

{PTA}_{i} = c x_{i} + (1 - c) \frac{x_{i}^{2} - x_{i - N_{pta}}^{2}}{N_{pta}} + {PTA}_{i - 1}

{STA}_{i} = c x_{i} + (1 - c) \frac{x_{i}^{2} - x_{i - N_{sta}}^{2}}{N_{sta}} + {STA}_{i - 1}

{LTA}_{i} = c x_{i} + (1 - c) \frac{x_{i}^{2} - x_{i - N_{lta}}^{2}}{N_{lta}} + {LTA}_{i - 1}

其中c＝1-e^-S/T

此部分功能可由DSP来实现。由于仅传输波形信号，没有微地震事件时不发送数据，从而有效地解决了有线传输方式和无线传输方式共同存在的缺点。

步骤103、对波形信号进行数据封装，数据帧包括数据头和数据体。其中数据头包括地址(1个字节)、微地震初至时间(3个字节)、序号(2个字节)和数据长度(2个字节)，地址用于区分不同的速度传感器，微地震初至时间和序号用于重组数据帧，数据长度用于指明数据体所占的字节数。

步骤104、采用哈弗曼编码将待传输数据进行压缩。由于微地震波形数据在时间上有很强的相关性，故采用压缩编码以提高传输效率，常用的有哈弗曼(huffman)编码技术，平均压缩率可以达到23％。

步骤105、采用无线通信方式或者有线通信方式将压缩后的数据传输给主站，其中不同分站的数据通过不同的频率发送到主站。

由于微地震测量数据经过微地震波初动识别、压缩编码后极大地降低了数据的传输量，经过处理的数据量比处理之前平均降低了99％以上，基本上达到了无线通信带宽的要求。

步骤106、采用哈弗曼解码将接收到的数据进行解码，恢复数据。

步骤107、按照数据头中微地震初至时间和序号重组数据帧，获得波形信号。此部分功能也可由DSP来实现。

还可以将波形信号通过USB接口发送给上位机，进行进一步的处理，例如显示、识别等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种微地震监测系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据传输模块和数据处理模块，数据传输模块进一步包括前置放大器、模数转换单元、初始波识别单元、压缩编码单元、无线通信传输单元和压缩解码单元，其中，

数据处理模块用于对波形信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种微地震监测系统，其特征在于，数据采集模块包括不少于1个的速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种微地震监测系统，其特征在于，数据采集模块包括存储单元，用于存储震源的速度数据。

4.一种微地震监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采集微地震测量数据，并发送给初始波识别单元；

B、初始波识别单元获得信噪比大于指定阈值的波形信号；

C、对波形信号进行数据封装和压缩；

D、将压缩后的数据传输给主站；

E、对数据进行压缩解码，获得波形信号；

F、对波形信号进行处理。

5.根据权利要求4所述的一种微地震监测方法，其特征在于，步骤A进一步包括以下步骤：

数据采集模块采集震源的速度数据，并发送给前置放大器；

6.根据权利要求4所述的一种微地震监测方法，其特征在于，步骤B中采用微地震初至时刻算法，获得信噪比大于指定阈值的波形信号，进一步包括以下步骤：

7.根据权利要求4所述的一种微地震监测方法，其特征在于，步骤C进一步包括以下步骤：

对波形信号进行数据封装，数据帧包括数据头和数据体；

采用哈弗曼编码将待传输数据进行压缩，

步骤E进一步包括以下步骤：

采用哈弗曼解码将接收到的数据进行解码，恢复数据；

8.根据权利要求7所述的一种微地震监测方法，其特征在于，数据头包括地址、微地震初至时间、序号和数据长度，其中地址用于区分不同的地震传感器，微地震初至时间和序号用于重组数据帧，数据长度用于指明数据体所占的字节数。

9.根据权利要求4所述的一种微地震监测方法，其特征在于，步骤D中，采用无线通信方式或者有线通信方式将压缩后的数据传输给主站。

10.根据权利要求4所述的一种微地震监测方法，其特征在于，步骤A还包括以下步骤：

将采集到的微地震测量数据存储在本地存储器中。