CN103592679B - 一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站及方法 - Google Patents

Abstract

一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站及方法，属于石油、天然气、煤炭资源勘探开发的地震数据采集技术领域。地震仪器主机系统通过第二光缆、第三光缆分别连接第三野外排列管理基站、第四野外排列管理基站，第三野外排列管理基站通过第一光缆连接第二野外排列管理基站，第二野外排列管理基站连接第一野外排列管理基站，第四野外排列管理基站连接第五野外排列管理基站，第五野外排列管理基站连接第六野外排列管理基站，第一野外排列管理基站的一端连接第六采集站、第一采集站，本发明把目前主流有线遥测地震仪中央记录单元的数据相关叠加和质控分析等数据处理功能分流到了野外排列管理基站中去，极大地减轻了中央记录单元的数据处理负担。

Description

一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站及方法

技术领域

本发明涉及一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站及方法，属于石油、天然气、煤炭资源勘探开发的地震数据采集技术领域。

背景技术

目前，所有的主流有线遥测地震仪，无论是法国SERCEL公司的400系列、美国WesternGeco公司的Uniq系统、还是东方物探控股的INOVA公司的G3i仪器，都是把野外采集到的数据送到中央记录单元(位于仪器舱内)来集中进行校验、编排、去噪、相关、叠加、质控分析等各种处理，这就使得仪器主机的性能总是显得捉襟见肘，总是出现不能满足对海量数据进行高速、实时处理的需要。随着地震勘探技术向着“两宽一高”(宽方位、宽频带、高密度)方向的发展，这种情况已经变得越来越突出。野外接收道数从现在的数千道向着将来的数万道、十几万道、百万道级扩展，单炮数据量也从现在的几十兆字节向着百兆级、千兆级、万兆级字节发展，这就使得单纯依靠提高中央记录单元的硬件性能和数据处理能力来扩大采集系统道容量的做法遇到了无法突破的瓶颈，这主要是因为现阶段电子制造技术的总体发展水平还不足以推出能够对如此大的数据进行实时复杂运算处理，并且便于野外移动的小型计算机系统。

现在主流的有线遥测地震仪都是通过交叉站来管理野外排列的。交叉站把野外接收线“串”起来，野外采集单元采集到的地震数据送至交叉站后，由交叉站高速送至中央记录单元，几乎所有的数据处理功能都是在前述之中央记录单元中完成，交叉站只是担当了路由、缓存、电源管理和测试管理等功能。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站及方法，在其功能上，除了具有目前主流有线遥测地震仪交叉站的基本功能外，还增加了对数据进行校验、编排、去噪、相关、叠加、质控分析以及压缩解压等功能，从而达到减轻中央记录单元的负担，进而实现整个采集系统道接收能力的跨越式突破，达到百万道级。

一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站，把目前主流有线遥测地震仪中央记录单元的数据校验、编排、去噪、相关、叠加、质控分析以及压缩解压等主要数据处理功能分流到了若干个野外排列管理基站中去，中央记录单元主要实现控制管理、同步管理、质量监控和数据记录等功能；

中央记录单元的数据处理负担被分流到了若干个野外排列管理基站中去，使得整个采集系统的道接收能力得到了跨越式突破，达到了百万道级；

野外排列管理基站为中央记录单元对海量单炮数据的实时质量监控提供很“瘦小”的基础数据；

各个野外排列管理基站对各自所管理的每一道数据进行独立质量分析，包括均方根信号值、均方根噪音值、信噪比、初至起跳点、最小频率、最大频率和平均频率分析，最后把这些分析结果连同检波器的电阻值、漏电值和倾斜度值一同送往中央记录单元供实时质量监控；

对于可控震源施工，中央记录单元把参考扫描信号下传到各个野外排列管理基站中，以便在其中对数据进行相关和叠加等处理；

当地震仪器主机系统启动数据采集之前，中央记录单元把相关采集参数下传到每一个野外排列管理基站中去，同时校准其时钟，确认同步序列关系；

每个野外排列管理基站管理一条接收排列，每条排列的最大实时带道能力为一万道；

存储单元采用了极速军工级固态硬盘，内部采用MLC多层FLASH单元，最高读写速度均达到2GB/S以上，平均无故障工作时间为2百万小时；

各个野外排列管理基站之间以及野外排列管理基站和中央记录单元之间的数据传输采用万兆光纤网卡技术，最高实时数据传输速度达到10GB/S；

如果采集到的海量地震数据来不及实时上传到中央记录单元，会暂时被存储到野外排列管理基站内部的存储单元中；当野外排列管理基站自动侦测到空闲时间间隙时，自动执行上传命令，把存储于其中的数据上传到中央记录单元；

野外排列管理基站传送给中央记录单元的是其所管理的接收排列采集到的最终SEGD数据。

一种有线遥测地震仪的野外排列管理方法，含有以下步骤；将主流有线遥测地震仪中央记录单元的数据校验、编排、去噪、相关、叠加、质控分析以及压缩解压等主要数据处理功能分流到了若干个野外排列管理基站中去，中央记录单元主要实现控制管理、同步管理、质量监控和数据记录功能；

野外排列管理基站配备了超高性能的硬件单元，进行数据处理，通过其上预留的两个扩展口，实现功能扩展；通过挂接微波通讯单元，实现地震数据的微波传输；通过挂载激光单元，实现地震数据的激光传输；通过挂载网络通信设备，组建地震局域网；

纵向上，每个野外排列管理基站管理一条接收排列，每条排列的最大实时带道能力为一万道；这里所谓的接收排列是对采集链路的总称，包括采集单元、电源供给单元、电缆和检波器；

横向上，各个野外排列管理基站依次“串”起来，远端基站的通信和数据传输依靠近端基站来中继，这里所谓的远端和近端是相对于中央记录单元来说的；

野外排列管理基站内部选择安装GPS接收模块；中央记录单元和各个野外排列管理基站之间的时钟同步依靠GPS来完成，精度达到纳秒级；

野外排列管理基站内部没有安装GPS接收模块时，中央记录单元和各个野外排列管理基站之间的时钟同步通过中央记录单元所发送的同步时钟序列实现；

存储单元采用极速军工级固态硬盘，内部采用MLC多层FLASH单元，最高读写速度均达到2GB/S以上，平均无故障工作时间为2百万小时；

各个野外排列管理基站之间以及野外排列管理基站和中央记录单元之间的数据传输采用万兆光纤网卡技术，最高实时数据传输速度为10GB/S；

野外排列管理基站为中央记录单元对海量单炮数据的实时质量监控提供很“瘦小”的基础数据；各个野外排列管理基站对各自所管理的每一道数据进行独立质量分析，包括均方根信号值、均方根噪音值、信噪比、初至起跳点、最小频率、最大频率和平均频率分析，最后把这些分析结果连同检波器的电阻值、漏电值和倾斜度值一同送往中央记录单元供实时质量监控；记录长度为6秒，采样率为1毫秒，每一道的单炮数据有24000多个字节，而上述这些分析结果仅仅只有几十个字节，极大地对数据进行了瘦身，减轻了中央记录单元在实时质量监控方面的负担；

采集到的海量地震数据来不及实时上传到中央记录单元，暂时被存储到野外排列管理基站内部的存储单元中；当野外排列管理基站自动侦测到空闲时间间隙时(如放炮间隙或者查线时间)，会自动执行上传命令，把存储于其中的数据上传到中央记录单元；

对于可控震源施工，中央记录单元会把参考扫描信号下传到各个野外排列管理基站中，在其中对数据进行相关处理。

本发明的优点是把目前主流有线遥测地震仪中央记录单元的数据相关叠加和质控分析等数据处理功能分流到了野外排列管理基站中去，极大地减轻了中央记录单元的数据处理负担，使整个采集系统的道接收能力得到了跨越式突破，达到了百万道级。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的野外排列管理基站和中央记录单元数据交换示意图；

图2为本发明的野外排列管理基站接口示意图；

图3为本发明的野外排列管理基站结构示意图；

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3所示，一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站,

如图1所示，地震仪器主机系统99通过第二光缆82、第三光缆83分别连接第三野外排列管理基站903、第四野外排列管理基站904，

地震仪器主机系统99与第三野外排列管理基站903之间的向左箭头表示传输控制信号、参考扫描信号等，向右箭头表示传输SEGD数据、质控分析数据等，

地震仪器主机系统99与第四野外排列管理基站904之间的向右箭头表示传输SEGD数据、质控分析数据等，向左箭头表示传输控制信号、参考扫描信号等，

第三野外排列管理基站903通过第一光缆81连接第二野外排列管理基站902，第二野外排列管理基站902连接第一野外排列管理基站901，

第四野外排列管理基站904连接第五野外排列管理基站905，第五野外排列管理基站905连接第六野外排列管理基站906，

第一野外排列管理基站901的一端连接第六采集站106、第一采集站101等采集站，第一野外排列管理基站901的另一端连接第七采集站107、第十二采集站112等采集站，

第二野外排列管理基站902的一端连接第二十六采集站206、第二十一采集站201等采集站，第二野外排列管理基站902的另一端连接第二十七采集站207、第二十一二采集站212等采集站，

第三野外排列管理基站903的一端通过第五电缆85连接第三十六采集站306、第三十一采集站301等采集站90，第三野外排列管理基站903的另一端连接第三十七采集站307、第三十一二采集站312等采集站，

第四野外排列管理基站904的一端通过第四电缆84连接第四十六采集站406、第四十一采集站401等采集站，第四野外排列管理基站904的另一端连接第四十七采集站407、第四十一二采集站412等采集站，

第五野外排列管理基站905的一端连接第五十六采集站506、第五十一采集站501等采集站，第五野外排列管理基站905的另一端连接第五十七采集站507、第五十一二采集站512等采集站，

第六野外排列管理基站906的一端连接第六十六采集站606、第六十一采集站601等采集站，第六野外排列管理基站906的另一端连接第六十七采集站607、第六十一二采集站612等采集站，

当地震仪器主机系统启动数据采集之前，中央记录单元把相关采集参数下传到每一个野外排列管理基站中去，同时校准其时钟，确认同步序列关系。

如果是可控震源施工，需要对数据进行相关处理，中央记录单元同时把参考扫描信号下传到每一个野外排列管理基站中去。

采集过程中，野外排列管理基站根据接收自中央记录单元的观测系统、采样率、记录长度等参数，抽取当前炮的数据，并对当前炮数据进行相关等处理，生成单条接收排列的最终SEGD数据，这里的单条接收排列指的是每个野外排列管理基站所管理的排列，是从两个数据口接入的排列。

中央记录单元对采集数据的质控分析依赖野外排列管理基站完成。中央记录单元把质控分析参数下达后，野外排列管理基站对所管理和采集的数据进行相应的质控分析，而后这些分析结果会实时传送回到中央记录单元。

中央记录单元的主要功能体现在任务调度、同步管理、汇总分析以及采集数据的接收和记录等方面。

野外排列管理基站9的各个外置接口如图2所示。野外排列管理基站9连接第一光纤口1、第二光纤口5、第一电源接口6、第二电源接口2、第一数据口7、第二数据口3、第一扩展口8和第二扩展口4；

电源接口为其提供外接9–15V直流电源。两个电源接口中只有一个接入直流电源即可，另一个是为了实现在更换外接电源过程中保证其不掉电而设计的。更换电源时，先接上新的电源，并且确认连接无误后再断掉原来的电源连接。

两个扩展口用于功能扩展，第一扩展口8主要用于连接计算机通用设备，如键盘、鼠标、显示器、串口设备和以太网设备等。第二扩展口4主要用于连接地震仪器专用扩展设备，如外置GPS设备、遥爆系统的编译码器设备以及无线通讯设备等。

两个数据口分别用于连接野外接收线的高、低端。除了作为线上采集数据和控制信号的通道外，数据口还同时负责向外部排列设备输送电源。

两个光纤口用于野外排列管理基站之间以及野外排列管理基站和中央记录单元之间的光纤连接。中央记录单元、野外排列管理基站间的高速数据传输和交换通过这两个端口实现。

野外排列管理基站的功能主要有六方面，如图3所示。

电源管理模块除了负责野外排列管理基站自身的电源供给，同时还负责向两端的采集单元提供工作电压。当距离中央记录单元最近的野外排列管理基站检测到中央记录单元的排列加电命令后，其电源模块马上产生46V电压，向两边加电。同时，这个野外排列管理基站也产生一个加电命令，去触发跟它相连的其它设备单元进行加电。

接口管理模块用来对数据帧按相关协议进行封装或者拆装，实现数据链路层的连接。

网络通信模块实现嵌入式设备的网络化管理，从链路层、网络层、传输层到应用层组进行全程管理。

测试管理模块负责对自身以及所管理的野外设备进行测试。既包括设备上电后的初始化测试，也包括工作过程中依照中央记录单元的指令对所管理的野外设备执行的特定测试。测试结束后，结果自动上传给中央记录单元。

数据缓存模块负责对采集到的地震数据进行存储，同时也负责数据处理过程中的缓存。

数据处理模块由纠错校验、格式编排、去噪处理、相关处理、叠加处理和质控分析六个子模块组成。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站，其特征在于把目前主流有线遥测地震仪中央记录单元的数据校验数据处理功能、编排数据处理功能、去噪数据处理功能、相关数据处理功能、叠加数据处理功能、质控分析数据处理功能以及压缩解压数据处理功能分流到了若干个野外排列管理基站中去，中央记录单元主要实现控制管理功能、同步管理功能、质量监控功能和数据记录功能；

中央记录单元的数据处理负担被分流到了若干个野外排列管理基站中去，使得整个采集系统的道接收能力得到了跨越式突破，达到了百万道级；

野外排列管理基站为中央记录单元对海量单炮数据的实时质量监控提供很“瘦小”的基础数据；

各个野外排列管理基站对各自所管理的每一道数据进行独立质量分析，包括均方根信号值、均方根噪音值、信噪比、初至起跳点、最小频率、最大频率和平均频率分析，最后把这些分析结果连同检波器的电阻值、漏电值和倾斜度值一同送往中央记录单元供实时质量监控；

对于可控震源施工，中央记录单元把参考扫描信号下传到各个野外排列管理基站中，以便在其中对数据进行相关处理和叠加处理；

当地震仪器主机系统启动数据采集之前，中央记录单元把相关采集参数下传到每一个野外排列管理基站中去，同时校准其时钟，确认同步序列关系；

每个野外排列管理基站管理一条接收排列，每条排列的最大实时带道能力为一万道；

存储单元采用了极速军工级固态硬盘，内部采用MLC多层FLASH单元，最高读写速度均达到2GB/S以上，平均无故障工作时间为2百万小时；

各个野外排列管理基站之间以及野外排列管理基站和中央记录单元之间的数据传输采用万兆光纤网卡技术，最高实时数据传输速度达到10GB/S；

如果采集到的海量地震数据来不及实时上传到中央记录单元，会暂时被存储到野外排列管理基站内部的存储单元中；当野外排列管理基站自动侦测到空闲时间间隙时，自动执行上传命令，把存储于其中的数据上传到中央记录单元；

野外排列管理基站传送给中央记录单元的是其所管理的接收排列采集到的最终SEGD数据。

2.根据权利要求1所述的一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站，其特征在于其具有六个功能模块，分别为：

电源管理模块除了负责野外排列管理基站自身的各种电源供给外，同时还负责向两端的采集单元提供工作电压；

接口管理模块用来对数据帧按相关协议进行封装或者拆装，实现数据链路层的连接；

网络通信模块实现嵌入式设备的网络化管理，从链路层、网络层、传输层到应用层组进行全程管理；

测试管理模块负责对自身以及所管理的野外设备进行测试；既包括设备上电后的初始化测试，也包括工作过程中依照中央记录单元的指令对所管理的野外设备执行的特定测试；测试结束后，结果自动上传给中央记录单元；

数据缓存模块负责对采集到的地震数据进行存储，同时也负责数据处理过程中的数据缓存；

数据处理模块由纠错校验、格式编排、去噪处理、相关处理、叠加处理和质控分析六个子模块组成；

具有完备的扩展口；一个扩展口用于连接计算机通用设备，键盘、鼠标、显示器、串口设备和以太网设备；另一个扩展口用于连接地震仪器专用扩展设备，外置GPS设备、遥爆系统的编译码器设备以及无线通讯设备。

3.根据权利要求1或2所述的一种有线遥测地震仪的野外排列管理基站，其特征在于地震仪器主机系统通过第二光缆、第三光缆分别连接第三野外排列管理基站、第四野外排列管理基站，

第三野外排列管理基站通过第一光缆连接第二野外排列管理基站，第二野外排列管理基站连接第一野外排列管理基站，

第四野外排列管理基站连接第五野外排列管理基站，第五野外排列管理基站连接第六野外排列管理基站，

第一野外排列管理基站的一端连接第六采集站、第一采集站，第一野外排列管理基站的另一端连接第七采集站、第十二采集站，

第二野外排列管理基站的一端连接第二十六采集站、第二十一采集站，第二野外排列管理基站的另一端连接第二十七采集站、第二十二采集站，

第三野外排列管理基站的一端通过第五电缆连接第三十六采集站、第三十一采集站，第三野外排列管理基站的另一端连接第三十七采集站、第三十二采集站，

第四野外排列管理基站的一端通过第四电缆连接第四十六采集站、第四十一采集站，第四野外排列管理基站的另一端连接第四十七采集站、第四十二采集站，

第五野外排列管理基站的一端连接第五十六采集站、第五十一采集站，第五野外排列管理基站的另一端连接第五十七采集站、第五十二采集站，

第六野外排列管理基站的一端连接第六十六采集站、第六十一采集站，第六野外排列管理基站的另一端连接第六十七采集站、第六十二采集站(612)，

野外排列管理基站连接第一光纤口、第二光纤口、第一电源接口、第二电源接口、第一数据口、第二数据口、第一扩展口和第二扩展口。

4.一种有线遥测地震仪的野外排列管理方法，含有以下步骤；将主流有线遥测地震仪中央记录单元的数据校验数据处理功能、编排数据处理功能、去噪数据处理功能、相关数据处理功能、叠加数据处理功能、质控分析数据处理功能以及压缩解压数据处理功能分流到了若干个野外排列管理基站中去，中央记录单元主要实现控制管理、同步管理、质量监控和数据记录功能；

野外排列管理基站配备了超高性能的硬件单元，进行数据处理，通过其上预留的两个扩展口，实现功能扩展；通过挂接微波通讯单元，实现地震数据的微波传输；通过挂载激光单元，实现地震数据的激光传输；通过挂载网络通信设备，组建地震局域网；

纵向上，每个野外排列管理基站管理一条接收排列，每条排列的最大实时带道能力为一万道；这里所谓的接收排列是对采集链路的总称，包括采集单元、电源供给单元、电缆和检波器；

横向上，各个野外排列管理基站依次“串”起来，远端基站的通信和数据传输依靠近端基站来中继，这里所谓的远端和近端是相对于中央记录单元来说的；

野外排列管理基站内部选择安装GPS接收模块；中央记录单元和各个野外排列管理基站之间的时钟同步依靠GPS来完成，精度达到纳秒级；

野外排列管理基站内部没有安装GPS接收模块时，中央记录单元和各个野外排列管理基站之间的时钟同步通过中央记录单元所发送的同步时钟序列实现；

存储单元采用极速军工级固态硬盘，内部采用MLC多层FLASH单元，最高读写速度均达到2GB/S以上，平均无故障工作时间为2百万小时；

各个野外排列管理基站之间以及野外排列管理基站和中央记录单元之间的数据传输采用万兆光纤网卡技术，最高实时数据传输速度为10GB/S；

野外排列管理基站为中央记录单元对海量单炮数据的实时质量监控提供很“瘦小”的基础数据；各个野外排列管理基站对各自所管理的每一道数据进行独立质量分析，包括均方根信号值、均方根噪音值、信噪比、初至起跳点、最小频率、最大频率和平均频率分析，最后把这些分析结果连同检波器的电阻值、漏电值和倾斜度值一同送往中央记录单元供实时质量监控；记录长度为6秒，采样率为1毫秒，每一道的单炮数据有24000多个字节，而上述这些分析结果仅仅只有几十个字节，极大地对数据进行了瘦身，减轻了中央记录单元在实时质量监控方面的负担；

采集到的海量地震数据来不及实时上传到中央记录单元，暂时被存储到野外排列管理基站内部的存储单元中；当野外排列管理基站自动侦测到空闲时间间隙时，会自动执行上传命令，把存储于其中的数据上传到中央记录单元；

对于可控震源施工，中央记录单元会把参考扫描信号下传到各个野外排列管理基站中，在其中对数据进行相关处理和叠加处理。