CN103825787B - 有线级联式电磁数据采集系统及其测量方法 - Google Patents

Abstract

有线级联式电磁数据采集系统包含一个主控站和多个采集站，多个采集站采用有线级联的方式彼此连接而呈线性排列，当主控站连接多个采集站当中的任一个时，该采集站升级为用于中转主控站与其他采集站的数据与命令的汇聚站，主控站通过汇聚站向每个采集站查询其网络地址来确定本系统的网络拓扑结构，从而获取路由信息，建立路由，并利用路由来网络控制各采集站同步采集电磁数据，各采集站在同步采集电磁数据的同时，主动将采集到的电磁数据通过路由传输到上一级采集站或汇聚站，主控站在收到各采集站传回数据后完成数据存储。由此，实现测线方向一致的长距离采集站组网，且扩展灵活，网络连接可靠，传输速率高，数据监控点可变从而野外施工方便。

Description

有线级联式电磁数据采集系统及其测量方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探中的电磁法采集设备及其测量方法。尤其适用于电磁法勘探中的长距离同步三维观测模式。

背景技术

地球物理勘探(简称“物探”)是用物理的原理研究地质构造和解决找矿勘探中问题的方法。它是以各种岩石和矿石的密度、磁性、电性、弹性、放射性等物理性质的差异为研究基础，用不同的物理方法和物探仪器探测天然的或人工的地球物理场的变化，通过分析、研究所获得的物探资料，推断、解释地质构造和矿产分布情况。目前主要的物探方法有：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、电磁法勘探、地震勘探、放射性勘探等。依据工作空间的不同，又可分为：地面物探、地下物探、航空物探、海洋物探等。

物探方法中的电磁法勘探(简称“EM”)是一种通过观测电场和磁场的变化来反演地下物性结构的方法，分为有源电磁法勘探和无源电磁法勘探。在有源电磁法勘探中，原始场是通过电流流过大地或线圈来激发的。该原始场以三维形式向外传播，使得电流按照电磁感应的物理定律在地下导体中流动，从而感应生成一个次生电磁场。该次生电磁场又反过来使原始场发生畸变，由此生成的最终通过电磁场经磁场传感器和电场传感器被采集站记录。被记录的电磁场在强度、相位和方向上与原始场有区别，因此可以揭示出地下结构的传导率。有源电磁法勘探例如可列举海洋可控源电磁法(CSEM)、可控源音频大地电磁(CSAMT)、时频电磁法(TFEM)、瞬变电磁法(TEM)等。在无源电磁法勘探中，大地的天然电磁场被用于提供电场的变化。无源电磁法勘探例如可列举以远处雷电闪为源而生成的电场音频磁场的(AFMAG)方法、依赖于远方通讯的高功率无线电发射机的电场甚低无线电频率(VLF)方法、以及大地电磁(MT)、音频大地电磁(AMT)等。

电磁法勘探在矿产资源勘探及地质构造调查中提供了重要和有效的勘探方法；随着浅地表矿产资源的日益紧缺与枯竭，能够高效率实现深部资源勘探的电磁法勘探设备及方法的需求也日益迫切。

大规模及大深度的地面电磁勘探设备及方法通常需要进行超长距离的同时数据采集，通过分析超长测线上信号的空间和时间关系，从而实现大深度的地质勘探。因此，期望能提供符合该需要的电磁数据采集系统。

目前，国内外机构均开展了电磁数据采集系统方面的研究，国内机构包括中南大学、吉林大学、西安物化探所、北京地质仪器厂、地震局地质研究所、地震局地球物理研究所、石油物探局仪器厂、国土资源部物化探研究所、核工业部东北地勘局、中国地质大学等；国外机构包括美国Zonge公司、加拿大Phoenix Geophysics公司、德国Metronix公司、美国EMI公司、美国Geometrics公司等。然而，上述研究的大多数都是基于采集站本身的，采集站多采用传统的单站独立工作方式，即各采集设备之间不建立任何联系，各自独立工作，独立采集、记录和预处理数据，如澳大利亚的TerraTEM、美国Geometrics公司的EH-4、加拿大凤凰地球物理公司生产的V5、V6多功能电法仪；美国Zonge公司生产GDP32多功能电法仪；美国EMI公司生产的MT-24NS等，该类仪器并不适用于大深度、长测线的同步电磁数据采集。尽管上述研究中也有少数采用分布式简单网络结构的电磁数据采集系统，但由于这种系统多采用主从式模式的数据采集方法，如加拿大凤凰地球物理公司生产的V8分布式多功能电法仪，从机个数最多为5个，无线通道距离不足200米，因此虽然该类采集设备具有初步的可扩展性，但其扩展能力仍然较差，仍然无法满足大深度、长测线的同步电磁数据采集模式需求；其它相似或相关的产品、文献也曾提出采用无线网络的数据观测方式和通过点对多点无线通信方式(如AGE-xxl)，与本发明所述系统较为接近，但其仍然具有通信距离短、数据率低等问题，详细分析如下节。

发明内容

然而，在电磁法采集系统中，作为与本发明较为接近的目前出现的无线网络电磁数据采集系统，具有如下技术缺陷：

1.组网距离短，扩展能力差。对于采用点对多点的通信采集系统其通信距离受到无线电波传输特性的限制，尤其在干扰区以及山地等复杂地形环境下，其通信距离大大缩短，而且采集系统的可扩展范围依赖于主站位置呈辐射状分布，每个方向的距离均依赖于该方向环境特性，并且扩展方向与测线方向不能保持一致，不能沿测线方向进行更大范围扩展；对于采用无线传感器网络方式的采集系统，在扩展能力上有了一定改善，但是无线信号的传输距离仍然受到噪声与地形条件的限制，距离短，适应性差。

2.网络连接不可靠。无线连接方式除了受固有的地形影响外，还会受到外界的各种无线信号干扰源的影响，即使在一定时刻建立了连接，仍然无法保障长时间数据通信的可靠性，时常发生断网。而电磁法采集系统观测时间较长，且要求稳定可靠的数据连接，无线连接方式是不适用的。

3.传输速率低。对于高效率探测应用，要求采集系统能够实时获取采集结果，并在数据分析处理基础上快速完成采集质量分析，因此要求通信系统具有较高的传输速率。对于采用无线连接的系统，其传输速率是和信道带宽成正比的，而信道带宽通常与传输距离有关，要想实现在复杂地形环境下的远距离通信，必然导致通信带宽的降低，两者不可兼得，而且对于无线传感器网络方式的采集系统随着其系统的扩展，越到汇聚点其要求的数据传输速率越高，但实际上在复杂地形环境或者噪声高区域是无法实现的，其通信速率通常无法满足要求，其只适用于采集站简单状态信息的查看，无法完成采集数据的实时传输。

4.数据监控点固定。对于采用点对多点无线通信方式的采集系统，其监控站通常位于各采集站中心位置附近，使得测线两侧的采集站均能和监控站保持数据通信，而且要想兼顾两侧采集站，该点位置需要不断尝试，造成施工不便。对于采用无线传感器网络的采集系统，数据监控点位置依赖于汇聚站位置，汇聚站的选择依赖于网络的拓扑结构可承载的数据流量，理想位置通常也为测线的中心位置，因此数据监控点也相对固定，降低了野外施工的灵活性。

本发明正是鉴于上述事实而提出的，其目的在于，提供一种能实现测线方向一致的长距离采集站组网、且扩展灵活、网络连接可靠、传输速率高、数据监控点可变从而野外施工方便的有线级联式电磁数据采集系统及其测量方法。

本发明的一种形态是有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，所述有线级联式电磁数据采集系统包含一个主控站和多个采集站，所述多个采集站采用有线级联的方式彼此连接而呈线性排列，所述测量方法包含：

A.汇聚站建立过程，当所述主控站连接所述多个采集站当中的任一个采集站时，被连接的该采集站升级为汇聚站；

B.路由建立过程，在通过所述汇聚站建立过程建立了所述汇聚站后，所述主控站通过所述汇聚站向每个采集站查询其网络地址，来确定本系统的网络拓扑结构，从而获取路由信息，所述路由建立过程包含如下步骤：

B-1.所述汇聚站的网络地址沿用其升级前的采集站的网络地址；

B-2.所述主控站向所述汇聚站发送用于查询多个采集站的拓扑结构的拓扑查询报文；

B-3.所述汇聚站通过左右两个通信端口将所述拓扑查询报文向与其相连的采集站转发；

B-4.所述采集站以左右通信端口当中的一通信端口接收所述拓扑查询报文，并将进行了接收的该通信端口确定为上行链路端口，将该通信端口的对端端口确定为下行链路端口；

B-5.所述采集站通过本站的下行链路端口继续向与其相连的采集站转发所述拓扑查询报文，并通过本站的上行链路端口发送包含本站的网络地址和用于表示本站与前一级采集站的相对顺序的相对位置信息在内的查询应答报文，该查询应答报文最终经由所述汇聚站被通知给所述主控站；

B-6.在所述主控站接收到来自全部采集站的所述查询应答报文后，按照接收到所述查询应答报文中的各采集站的所述网络地址和所述相对位置信息、以及所述汇聚站的左右两个通信端口来确定路由信息，建立对数据进行传递的路由；

C.电磁数据采集过程，所述主控站利用通过所述路由建立过程而建立的所述路由来网络控制各所述采集站同步采集电磁数据；以及

D.数据传输与存储过程，采用级联式的网络控制与数据传输模式进行数据传输与存储，即，各所述采集站在通过所述电磁数据采集过程来同步采集电磁数据的同时，主动将采集到的所述电磁数据通过所建立的所述路由传输到上一级采集站或所述汇聚站并最终传输到所述主控站，所述主控站在收到各采集站传回数据后完成数据存储。

本发明的另一种形态是有线级联式电磁数据采集系统，包含一个主控站和多个采集站，所述多个采集站采用有线级联的方式彼此连接而呈线性排列，所述有线级联式电磁数据采集系统包含：

汇聚站建立单元，当所述主控站连接所述多个采集站当中的任一个采集站时，被连接的该采集站升级为汇聚站；

路由建立单元，在通过所述汇聚站建立过程建立了所述汇聚站后，所述主控站通过所述汇聚站向每个采集站查询其网络地址，来确定本系统的网络拓扑结构，从而获取路由信息，所述路由建立单元进行控制，使得：所述汇聚站的网络地址沿用其升级前的采集站的网络地址；所述主控站向所述汇聚站发送用于查询多个采集站的拓扑结构的拓扑查询报文；所述汇聚站通过左右两个通信端口将所述拓扑查询报文向与其相连的采集站转发；所述采集站以左右两个通信端口当中的一通信端口接收所述拓扑查询报文，并将进行了接收的该通信端口确定为上行链路端口，将该通信端口的对端端口确定为下行链路端口；所述采集站通过本站的下行链路端口继续向与其相连的采集站转发所述拓扑查询报文，并通过本站的上行链路端口发送包含本站的网络地址和用于表示本站与前一级采集站的相对顺序的相对位置信息在内的查询应答报文，该查询应答报文最终经由所述汇聚站被通知给所述主控站；在所述主控站接收到来自全部采集站的所述查询应答报文后，按照接收到所述查询应答报文中的各采集站的所述网络地址和所述相对位置信息、以及所述汇聚站的左右两个通信端口来确定路由信息，建立对数据进行传递的路由；

电磁数据采集单元，所述主控站利用通过所述路由建立过程而建立的所述路由来网络控制各所述采集站同步采集电磁数据；以及

数据传输与存储单元，采用级联式的网络控制与数据传输模式进行数据传输与存储，即，各所述采集站在通过所述电磁数据采集过程来同步采集电磁数据的同时，主动将采集到的所述电磁数据通过所建立的所述路由传输到上一级采集站或所述汇聚站并最终传输到所述主控站，所述主控站在收到各采集站传回的数据后完成数据存储。

基于上述构成，本发明能实现如下技术效果：

a.实现测线方向一致的长距离采集站组网，且扩展灵活。有线级联组网方式，可使各采集站沿着测线方向级联扩展，只要满足采集系统实时传输速率要求，网络可沿测线方向一直扩展下去。同时级联数量可根据施工计划灵活选择，即可完成长距离组网，亦可完成短距离组网，也可一个采集站独立运行，而且对于不同施工方法及施工条件可灵活选择级联断开点。

b.可靠网络连接。有线连接方式不受外界地形地貌影响，外界无线信号干扰对传输系统的影响远小于无线通信方式，具有较强的抗干扰能力。满足电磁法采集系统长时间观测需求。

c.传输速率高。在相同距离、相同地形环境下，有线传输系统可以实现更高的传输速率，而且本发明方案所采用的级联模式可以在长距离通信条件下仍然保持同样的高数据传输率，不会因为距离变长导致通信速率下降。此外级联传输模式可以简化路由协议的复杂度，使得协议自身的传输开销降低。本发明方案针对电磁数据采集系统数据传输特点专门设计的简单高效的网络协议可以使网络具有更高的数据传输效率，满足控制信息与采集数据的实时传输需求，实现高效率探测应用。

d.主控站位置不固定，本发明采用的采集站升级汇聚站方案，可使本系统操作员所处的任何一个采集站位置成为主控站接入位置，提高了野外施工的灵活性。

附图说明

图1是表示本发明的一实施例的有线级联式电磁数据采集系统的系统构成的示意图。

图2是表示本实施例中的采集站的构成的框图。

图3是表示用于采集站级联的通信端口的示意图。

图4是表示通信报文格式的图。

图5是表示充电与数据管理模块的框图。

图6是表示采集站充电与通信卡的框图。

图7是表示汇聚站建立过程的示意图。

图8是表示路由建立过程和数据通信过程的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图来具体说明本发明的一实施例。

(一)关于系统

图1是表示本发明的一实施例的有线级联式电磁数据采集系统的系统构成的示意图。该系统例如应用于超远距离有线电磁勘探，如图所示，该有线级联式电磁数据采集系统由以下多个软硬件子模块来构成：多个采集站(A)；主控站(F)；通信协议；段式双向网络传输线(E)；充电与数据管理模块；数据实时处理与回放模块。

采集站之间以级联方式彼此相连而呈线性排列；采集站个数可任意增减；每个采集站的采集数据可本地存储，也可网络传输到汇集站进行存储；采用级联式的网络控制与数据传输模式进行数据传输与存储；所有采集站通过线同步或者卫星同步进行同步数据采集。

野外测量区内的采集站可根据数据观测长度的需要进行任意长度的增减与扩展。观测测线数也可任意增减。

以下，具体说明有线级联式电磁数据采集系统的各组成部分。

1)采集站

图2是表示本实施例中的采集站的构成的框图。每个采集站(结点)构成为包含：有线通信模块、同步模块、电源模块、存储模块、信号调理模块、信号采集模块、控制模块以及通信模块。

图3是表示用于采集站级联的通信端口的示意图。如图3所示，有线通信模块具有两个通信方向的接口(端口)，可通过通信线缆完成采集站级联，两个通信端口称为左通信端口和右通信端口，左通信端口与右通信端口互为对端端口，用于连接通信线缆，通信线缆采用双绞线结构，以便传输差分信号。差分信号经端口隔离器连接RS485(一种物理层串行通讯标准)收发模块，一对RS485收发模块实现全双工数据通信。流入信号经解码后进入存储转发模块，流出信号经编码后传输至RS485发送模块，存储转发模块根据通信协议确定报文流向，报文流向为其他模块输入输出、左通信端口输入输出及右通信端口输入输出。

回到图2，信号调理模块完成输入信号滤波、放大等处理，该输入信号是根据电磁勘探方法的设计要求从外部传感器输入的电场和磁场信号。

信号采集模块完成对调理后的信号的数字量化。

存储模块完成量化后信号的数据存储，由此，数据采集系统可实现连续信号观测与分段式的同步信号观测，从而实现任意的地面电磁勘探方法的信号观测需要。

同步模块完成采集过程的基于时间和时钟的同步，可以通过有线通信模块中传输的同步信息完成有线同步，亦可在其内部集成使用基于定位卫星的同步技术，此时同步信号来源于同步卫星，如全球定位系统(GPS)、北斗等。

通信模块用于连接主控站，可以通过有线或者无线的方式，如以太网、USB等有线连接方式或者WIFI等无线连接方式。当有主控连接后，该采集站将升级为汇聚站。

电源模块为采集站各工作模块提供其工作电源，包括锂电池和电压调整器。控制模块为采集站控制管理中心，控制采集站各模块协调运行。包括处理器及辅助电路。

2)主控站

主控站为平板电脑、计算机或者服务器，可通过有线或者无线方式与其中一个采集站进行通信，且主控站内运行采集系统管理软件。采集系统管理软件功能包括采集网络管理，采集站配置管理、采集站状态监控、采集数据存储和采集数据的实时分析处理功能。

3)通信协议

通信协议用于有线采集系统的路由建立和数据通信过程。包括网络地址规划、存储转发规则、通信报文格式、拓扑发现过程和数据通信过程。

A.网络地址规划

全网统一编址，分为预留地址和可分配地址两种，预留地址包括广播地址和主控站地址。可分配地址用于分配给每个采集站的唯一的固定的网络地址。

B.存储转发规则

汇聚站将全部从有线通信模块传入的数据报文通过通信模块提交给主控站，将来自主控站的非本汇聚站地址的数据报文通过有线通信模块向有线通信网络转发，将来自主控站的汇聚站地址的数据报文经处理后发送给主控站。

采集站接收到来自有线通信网络的通信报文，识别该报文的目的地址，如果为本站地址则不进行转发，由本站处理，如果为广播地址，则除本站处理外还要将该报文通过对端端口转发(如广播报文由右通信端口传入，则对端端口为左通信端口，即通过左通信端口转发)，如果为其他地址则直接通过对端端口转发。

C.通信报文格式

通信报文格式如图4所示，详细描述如下：

目的地址：通信报文发送的目的地地址；

源地址：通信报文发送者地址；

报文类型：通信报文的类型，包括协议相关报文和业务相关报文，协议相关报文如：拓扑查询报文、拓扑查询应答报文等，业务相关报文如同步报文、采集站状态查询报文、采集站配置报文、采集站数据报文、采集站故障发送报文等；

报文长度：通信报文的长度；

报文内容：通信报文的内容，根据报文类型决定报文内容；

校验码：报文的差错校验，用于识别报文是否产生传输错误。

4)充电与数据管理模块

图5是表示充电与数据管理模块的框图。如图5所示，充电与数据管理设备简称充电柜，用于在室内完成对采集站的电池充电与参数设置、数据导出等操作。

充电柜包括采集站充电与通信卡(简称管理卡)、控制模块、通信模块、电源模块与状态显示模块。

充电柜可完成多台采集站的充电与配置管理工作。充电柜包括多块采集站充电与通信卡，每卡实现6台采集站的充电与通信功能。

控制模块用于控制充电柜的各个组成模块，实现各模块协调运行。

电源模块用于生成各模块所需电源。

通信模块实现主控站与充电柜的通信功能，可为有线通信或无线通信。

状态显示模块负责充电柜状态信息的显示输出，包括输入电压、输入电流、报警等。

管理卡，完成与采集站的通信、采集站的充电管理，及其通信状态指示及充电状态指示。

图6是表示采集站充电与通信卡的框图。

采集站充电与通信卡包括充电管理模块与有线通信模块。充电管理模块负责6台采集站的充电功能；有线通信模块负责将6台采集站上已存储数据传输到充电柜。

5)数据实时处理与回放

数据实时处理与回放模块包括数据质量评价、数据与信号回放、数据预处理操作。

经由收发同步后，每个信号通道接收的时间序列数据按数据处理要求分割成多个整信号周期的时间序列段，叠加同周期信号的多个时间序列段。

分割后的每个时间序列段采用以下方法来完成质量评价从采集站的信号调理模块获得的本时间序列段的饱和记录数n_s，并对饱和记录数进行标记根据差分判断式及饱和记录总数n_s＞k2来对数据进行评价。其中D[I_i，k1]表示在第i号记录位置处对标记I_i进行k1次差分计算；k1和k2为数据质量评价的预设阀值。

分割后的时间序列段之间数据，采用归一化的均方根误差的最大值来对多段时间序列的数据质量进行评价。第i号样点位置处的归一个均方根误差其中x_i为采集周期内的时间信号样本值；为采集周期内的时间信号样本均值；N为采集周期内的时间信号样本个数；S为采集周期内预设的最大理论方差值。多段时间序列的最大均方根误差为

对于长周期时间序列信号的实时功率谱分析，采用级联降采样技术对信号进行实时降采样；每一次降采样倍数为2倍；对每一级降采样数据进行分段的傅里叶变换；每一级傅里叶变换结果只提取功率谱值的频点位置由式来确定。其中f_i，k为在第k级上提取第i个频点；b接收信号带宽；n为在每一级傅里叶变换内提取的频点个数。

数据与信号回放，通过数据库对时频域数据的数据参数进行管理，实现对原始大时间序列和频谱数据进行快速检索与回放。

(二)关于测量方法

以下，说明利用了以上有线级联式电磁数据采集系统的测量方法。

如上所述，所述有线级联式电磁数据采集系统包含一个主控站和多个采集站，所述多个采集站采用有线级联的方式彼此连接而呈线性排列。

所述测量方法包含汇聚站建立过程、路由建立过程、电磁数据采集过程以及数据传输与存储过程。

1)汇聚站建立过程

图7是表示汇聚站建立过程的示意图。如图7所示，当主控站连接多个采集站当中的任一个采集站时，被连接的采集站升级为汇聚站。该汇聚站主要实现中转主控站与其它采集站数据与命令。

2)路由建立过程

图8是表示路由建立过程和数据通信过程的流程图。在路由建立过程中，当某一采集站升级为汇聚站之后，主控站通过汇聚站向每个采集站查询其网络地址，并由此确定系统的网络拓扑结构，从而获取路由信息。该路由建立过程包含如下步骤：

2-1.汇聚站网络地址沿用其升级前的采集站网络地址；

2-2.与汇聚站连接的主控站向汇聚站发送作为广播报文的用于查询多个采集站的拓扑结构的拓扑查询报文；

2-3.汇聚站通过左右两个通信端口将拓扑查询报文向与其相连的采集站转发；

2-4.采集站以左右两个通信端口当中的一通信端口(即，左通信端口或右通信端口)接收拓扑查询报文，并将进行了接收的该通信端口确定为上行链路端口，将该通信端口的对端端口确定为下行链路端口；

2-5.采集站通过本站的下行链路端口继续向与其相连的采集站转发拓扑查询报文，并通过本站的上行链路端口发送包含本站的网络地址和用于表示本站与前一级采集站的相对顺序的相对位置信息在内的查询应答报文，该查询应答报文最终经由汇聚站被通知给主控站；

2-6.在主控站接收到来自全部采集站的查询应答报文后，按照接收到查询应答报文中的各采集站的网络地址和相对位置信息(每个采集站的查询应答报文中包含了该采集站与前一级采集站的相对顺序)、以及汇聚站的左、右通信接口来确定路由信息，建立对数据进行传递的路由。

3)电磁数据采集过程

主控站利用已建立的路由网络控制各采集站通过线同步或者卫星同步来同步采集电磁数据。

4)数据传输与存储过程

采用级联式的网络控制与数据传输模式进行数据传输与存储。各采集站在主控站的控制下，即，各采集站在通过电磁数据采集过程来同步采集电磁数据的同时，主动将采集到的电磁数据通过所建立的路由传输到上一级采集站或汇聚站(也能直接传输到主控站)并最终传输到主控站，主控站在收到各采集站传回的数据后完成数据存储以及相关处理。

在数据传输与存储过程中，根据建立的路由信息，完成数据的发送和接收，其中，每个采集站将去往主控站地址的数据从上行链路端口发送，将去往其他非本地地址的数据通过下行链路端口进行转发，将去往本地地址的数据提交给本站控制模块处理，将去往广播地址的数据同时提交给下行链路端口和本站控制模块。

(三)变形例

汇聚站可以没有，此时主控站为某种配置有有线通信模块的专用设备。直接连接进入有线通信网络，此时主控站即具有主控站功能又具有汇聚站功能。

针对电磁采集系统下行链路数据量低，上行链路数据量大的特点，本发明所使用的全双工通信方式可以为半双工，相应有线通信模块只需增加载波侦听、冲突检测功能即可实现。相应通信线缆也可简化为一对双绞线缆即可。

本发明所述RS485通信方式(一种物理层串行通讯标准)也可使用LVDS等方式，具有功耗更低、传输速率更高的特点。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，所述有线级联式电磁数据采集系统包含一个主控站和多个采集站，所述多个采集站采用有线级联的方式彼此连接而呈线性排列，

所述测量方法包含：

A.汇聚站建立过程，当所述主控站连接所述多个采集站当中的任一个采集站时，被连接的该采集站升级为汇聚站；

B.路由建立过程，在通过所述汇聚站建立过程建立了所述汇聚站后，所述主控站通过所述汇聚站向每个采集站查询其网络地址，来确定本系统的网络拓扑结构，从而获取路由信息，所述路由建立过程包含如下步骤：

B-1.所述汇聚站的网络地址沿用其升级前的采集站的网络地址；

B-2.所述主控站向所述汇聚站发送用于查询多个采集站的拓扑结构的拓扑查询报文；

B-3.所述汇聚站通过左右两个通信端口将所述拓扑查询报文向与其相连的采集站转发；

B-4.所述采集站以左右两个通信端口当中的一通信端口接收所述拓扑查询报文，并将进行了接收的该通信端口确定为上行链路端口，将该通信端口的对端端口确定为下行链路端口；

B-5.所述采集站通过本站的下行链路端口继续向与其相连的采集站转发所述拓扑查询报文，并通过本站的上行链路端口发送包含本站的网络地址和用于表示本站与前一级采集站的相对顺序的相对位置信息在内的查询应答报文，该查询应答报文最终经由所述汇聚站被通知给所述主控站；

B-6.在所述主控站接收到来自全部采集站的所述查询应答报文后，按照接收到所述查询应答报文中的各采集站的所述网络地址和所述相对位置信息、以及所述汇聚站的左右两个通信端口来确定路由信息，建立对数据进行传递的路由；

C.电磁数据采集过程，所述主控站利用通过所述路由建立过程而建立的所述路由来网络控制各所述采集站同步采集电磁数据；以及

D.数据传输与存储过程，采用级联式的网络控制与数据传输模式进行数据传输与存储，即，各所述采集站在通过所述电磁数据采集过程来同步采集电磁数据的同时，主动将采集到的所述电磁数据通过所建立的所述路由传输到上一级采集站或所述汇聚站并最终传输到所述主控站，所述主控站在收到各采集站传回的数据后完成数据存储。

2.根据权利要求1所述的有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，其特征在于，

所述多个采集站的数目能任意增大或减小。

3.根据权利要求1所述的有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，其特征在于，

在所述数据传输与存储过程中，基于建立的路由，完成数据的发送和接收，其中，每个所述采集站将去往主控站地址的数据从上行链路端口发送，将去往其他非本地地址的数据通过下行链路端口进行转发，将去往本地地址的数据提交给对本站的操作进行集中控制的本站控制模块处理，将去往广播地址的数据同时提交给下行链路端口和所述本站控制模块。

4.根据权利要求1所述的有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，其特征在于，

还对每个所述采集站的采集数据进行本地存储。

5.根据权利要求1所述的有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，其特征在于，

各所述采集站还将采集到的所述电磁数据直接传输到所述主控站。

6.根据权利要求1所述的有线级联式电磁数据采集系统的测量方法，其特征在于，

还包含：充电与数据管理过程，使用充电柜在室内完成对所述采集站的电池充电与参数设置、数据导出。

7.一种有线级联式电磁数据采集系统，包含一个主控站和多个采集站，所述多个采集站采用有线级联的方式彼此连接而呈线性排列，

所述有线级联式电磁数据采集系统包含：

汇聚站建立单元，当所述主控站连接所述多个采集站当中的任一个采集站时，被连接的该采集站升级为汇聚站；

路由建立单元，在通过所述汇聚站建立过程建立了所述汇聚站后，所述主控站通过所述汇聚站向每个采集站查询其网络地址，来确定本系统的网络拓扑结构，从而获取路由信息，所述路由建立单元进行控制，使得：所述汇聚站的网络地址沿用其升级前的采集站的网络地址；所述主控站向所述汇聚站发送用于查询多个采集站的拓扑结构的拓扑查询报文；所述汇聚站通过左右两个通信端口将所述拓扑查询报文向与其相连的采集站转发；所述采集站以左右两个通信端口当中的一通信端口接收所述拓扑查询报文，并将进行了接收的该通信端口确定为上行链路端口，将该通信端口的对端端口确定为下行链路端口；所述采集站通过本站的下行链路端口继续向与其相连的采集站转发所述拓扑查询报文，并通过本站的上行链路端口发送包含本站的网络地址和用于表示本站与前一级采集站的相对顺序的相对位置信息在内的查询应答报文，该查询应答报文最终经由所述汇聚站被通知给所述主控站；在所述主控站接收到来自全部采集站的所述查询应答报文后，按照接收到所述查询应答报文中的各采集站的所述网络地址和所述相对位置信息、以及所述汇聚站的左右两个通信端口来确定路由信息，建立对数据进行传递的路由；

电磁数据采集单元，所述主控站利用通过所述路由建立过程而建立的所述路由来网络控制各所述采集站同步采集电磁数据；以及

数据传输与存储单元，采用级联式的网络控制与数据传输模式进行数据传输与存储，即，各所述采集站在通过所述电磁数据采集过程来同步采集电磁数据的同时，主动将采集到的所述电磁数据通过所建立的所述路由传输到上一级采集站或所述汇聚站并最终传输到所述主控站，所述主控站在收到各采集站传回的数据后完成数据存储。