CN104020746B - 无缆地震仪远程质量监控系统及野外质量监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无缆地震仪远程质量监控系统及野外质量监控方法，是由北斗卫星、主控中心、采集站、远程质量监控方法和北斗用户机模块通信进程管理方法组成，与现有技术相比，实现了无缆存储式地震仪远程质量监控，增强了无缆存储式地震仪在野外工作的灵活性、可靠性。利用北斗卫星通信技术覆盖范围广、实时性强、可靠性高的特点，实现对野外排列中采集站现场工作质量的稳定监控，且其监控范围不受道距限制。远程控制采集站有选择的进行采集工作，降低系统功耗，节省存储空间。通过对采集站排列位置信息的监测，记录班报，根据采集站信息的监测及控制结果，合理的调度施工人员，大大提高无缆存储式地震仪野外勘探作业的施工效率。

Description

无缆地震仪远程质量监控系统及野外质量监控方法

技术领域:

本发明涉及一种地震勘探无缆地震仪的远程监控系统及其方法，尤其是一种利用北斗卫星通信技术实现无缆存储式地震仪野外现场工作质量的远程监控系统及其监控方法。

背景技术

目前油气资源地震勘探主要以有缆地震数据采集系统为主，法国Sercel公司的428XL，加拿大ARAM公司推出的ARIES和美国ION公司的Scorpion有缆遥测地震数据采集系统是国内外地震数据采集的主流仪器，然而随着油气资源勘探对地震采集道数需求的增加，有缆地震数据采集系统电缆线的数量和重量急剧上升，使得其野外排列布线困难，尤其是复杂地形地区，人力成本较高，逐渐难以满足高密度、大道距、复杂地形地震勘探的需求。

无缆存储式地震数据采集系统的研发完成复杂地形中对有缆采集系统进行补充或应用于大道距、长时间的连续观测作业。无缆地震数据采集系统通常采用自存储式的工作模式，典型的仪器有法国Sercel公司推出的UNITE采集系统和美国ION公司的Firefly采集系统。这两个采集系统在地震勘探作业中通常是先将采集到的地震波数据保存在内部存储卡中，等勘探作业完成后通过有线或无线的传输方式将数据回收，然而由于这种工作模式缺乏远程、实时、可靠的监视记录和野外现场质量监控手段，因此还不能被普遍推广应用。

Wi-Fi是IEEE802.11系列标准的统称，其传输速率快、安全性高，可集成到已有的宽带网络中，配合路由器组建有线、无线混合网络快捷方便。地震勘探仪器中Wi-Fi常用的组网模式有两种，即AP(无线访问接入点)模式和Ad Hoc(点对点)模式，在野外我们可以用架设AP基站的方式来拓扑无线局域网络的覆盖面积，在采集站中安置的Wi-Fi模块通过无线AP与控制中心建立连接，若想扩大连接范围可以将AP通过有线的方式连接，完成更大面积的网络覆盖，然而在实际勘探应用中AP基站架设困难，尤其应用于二维或者三维勘探工作中，需要更多的基站，较大的影响了施工进度。Ad Hoc是一种无中心、自组织、多跳移动通信网络，结点间通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自动组织和数据的相互交换，这种模式下地震仪可将其采集数据及工作状态信息接力式的传输回控制中心，但是在地形条件复杂的野外环境下，其传输速率及可靠性都得不到有效的保证。

移动网络通信技术已经成为人们工作生活中不可或缺的重要组成部分。该技术具有抗干扰能力强、传输速率高、网络覆盖面广、接入时间短、建设成本低等特点，在地震勘探中可被应用于移动网络信号覆盖范围内的地震台网远程监控，它提高了远程仪器维护的工作效率。郭建等也提出了利用短信进行地震仪控制和数据传输方法。

CN101661111公开了一种“利用短信进行地震仪控制和数据传送的方法及短信控制传送型无缆地震仪”。是在现有无缆地仪采集站中引入手机单元，利用手机短信对无缆地震仪采集站进行状态控制和数据传送。地震仪的采集站由主控单元、采集单元、存储单元、GPS单元、电源管理控制单元和手机单元组成。具有能减少测量工作量，布设采集设备更加灵活简便，方便采用定时放炮同步采集模式，有利于提高施工效率，回收数据灵活，能自动生成SPS文件，自动计算厘米级精度的坐标，以非常简单廉价的方式解决了无缆地震仪没有实时质量控制难题，大大提高了无缆地震仪的使用范围和施工效率的优点。然而道间距大于1km的地震勘探深反射、折射探测作业中，由于其基站的信号覆盖范围有限，对于远程监控地震采集站工作存在一定的局限性，且其数据传延迟时间较长，尤其是对于大量采集站的同时控制或数据接收，会发生信息堵塞的情况，可靠性低，施工效率难以得到保证。

北斗卫星作为北斗通信技术的中继，转发来自地面用户端的定位及通信请求，地面中心站控制端接收到请求后，解析消息后将解算出的位置信息传回用户端或将接收到的接收信息通过北斗卫星转发至另一地面用户端，达到卫星定位及通信的目的。北斗短报文通信技术在应用时具有信号覆盖范围广，安全、可靠性高、控制简单等特点，用户一次可以传送大于100个汉字的报文信息，而民用信息发送的频度通常为30-60s，接收信息则没有频度的要求，对于地震仪基本的控制命令收发及状态信息的传送，北斗短报文通信技术可以满足无缆地震仪基本状态监控数据传送的要求。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用北斗卫星通信技术的无缆地震仪远程质量监控系统及其方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

无缆地震仪远程质量监控系统，是由北斗卫星、主控中心1、采集站2、远程质量监控方法和北斗用户机模块9通信进程管理方法组成：

——主控中心1是由北斗指挥模块4经上位机5分别连接打印机6和存储器7，发电设3为主控中心1供电构成；

——采集站2设有与北斗用户机模块9通讯的主控制器8。

上位机5远程监控管理方法包括：

a、首先进行窗口及串口初始化；

b、串口接收到信息，是，解析信息，更新状态检测区列表，将接收信息存储到日志存储区，否，转到判断发送控制命令；

c、选择了控制命令区命令，是，将北斗模块指令控制码、信息长度、目标地址、控制命令及校验码打包后发送，解析北斗指挥机模块的反馈信息，显示控制执行结果信息，并将执行结果信息存储到日志存储区，否，返回到判断串口接收信息。

北斗用户机9通信进程管理方法：

d、首先进行串口初始化；

e、上传一次站号及基本硬件参数信息到主控中心；

f、上传成功，是，判断串口是否接收到消息，否，返回到上一步重新执行；

g、串口接收到消息，是，解析信息并执行控制命令，否，继续判断串口是否有接收信息；

h、将执行结果信息打包反馈到主控中心；

i、反馈信息发送成功，是，本次控制结束，等待下一次串口接收信息的到来，否，返回到上一步重新执行。

无缆地震仪远程质量监控系统的质量监控方法，包括以下步骤：

A、在野外布设采集站2，接好检波器，开机后即可离开，布设下一个采集站，采集站2开机自检完毕后主动上传一次自检结果及工作状态参数信息到主控中心；

B、主控中心1通过上位机5监控软件管理采集站返回的自检结果信息，了解施工进度，对自检结果错误的进行远程修复，如配置系统采样率、增益，系统复位，出工前对采集系统工作参数进行统一配置，布设到野外后，根据自检结果对有问题的采集站进行参数设置和系统复位等操作，远程修复和解决问题，对远程修复失败和没有返回自检结果的采集站及时安排工作人员检查；

C、采集站布设完毕后，主控中心以广播的形式发送一次查询状态命令，采集站收到命令后，反馈最新的工作状态信息结果，整个排列中的采集站返回的工作状态正常后，根据上位机对采集站排列位置的监测结果，记录和存储班报，开始放炮；

D、在施工期间主控中心可完成对采集站工作状态、电池电量、CF卡存储空间和定位情况等信息的查询，以保证勘探作业质量，也可远程控制采集站自检，回收自检结果，而在长时间的停止施工期间，可控制采集站进入休眠状态，再次施工前启动唤醒，无缆地震仪可有选择的进行采集工作，采集有效的地震波信号；

E、勘探作业结束后，远程控制采集站关机，并将采集站集中，回收地震采集数据。

有益效果：本发明是基于北斗短报文卫星通信技术的远程查询、控制和修复采集站信息的现场质量监控方案，实现了对野外排列中采集站运行过程、工作状态及排列位置信息的可靠监控；野外测试结果显示，北斗卫星短报文通讯技术能够满足无缆存储式地震仪远程监控的通讯需求。与现有技术相比，实现了无缆存储式地震仪远程质量监控，增强了无缆存储式地震仪在野外工作的灵活性、可靠性。利用北斗卫星通信技术覆盖范围广、实时性强、可靠性高的特点，实现对野外排列中采集站现场工作质量的稳定监控，且其监控范围不受道距限制。远程控制采集站有选择的进行采集工作，降低系统功耗，节省存储空间。通过对采集站排列位置信息的监测，记录班报，根据采集站信息的监测及控制结果，合理的调度施工人员，大大提高无缆存储式地震仪野外勘探作业的施工效率。

附图说明：

图1是基于北斗的无缆地震仪远程监控系统结构示意图

图2是主控中心结构组成框图

图3是北斗用户机模块与采集站CPU硬件连接图

图4是上位机监控管理软件主程序流程图

图5是采集站北斗通信进程程序流程图

1主控中心，2采集站，3发电设备，4北斗指挥机模块，5上位机，6打印机，7存储器，8主控制器AT91RM9200，9北斗用户机模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的详细说明：

无缆地震仪远程质量监控系统，是由北斗卫星、主控中心1、采集站2、远程质量监控方法和北斗用户机9通信进程管理方法组成：

所述的主控中心1是由北斗指挥模块4经上位机5分别连接打印机6和存储器7，发电设备3为主控中心1供电构成；

所述的采集站2设有与北斗用户机9通讯的主控制器8。

所述的主控制器8采用的是AT91RM9200芯片。

无缆存储式地震仪现场工作质量的远程监控系统，由主控中心1和采集站2组成，主控中心1通过上位机软件和北斗指挥机模块4完成对采集站2远程的控制及状态数据的回收工作，并对接收到的数据进行管理和存储。北斗卫星是控制及反馈信息传递的媒介。采集站2完成对地震波信号的采集的同时，通过北斗通信单元可接收来自主控中心1端的控制命令，并反馈执行结果信息。

主控中心由上位机5、打印机6、存储器7、北斗指挥机模块4和发电设备3组成。上位机5完成监控命令的选择及按北斗数据传输格式打包发送，及对采集站2反馈信息的接收、显示、存储和打印处理。北斗指挥机模块4解析上位机的通信请求命令后，将信息内容广播式的发送到对应的用户机地址，并将执行结果反馈到上位机，同样，对于采集站2反馈的信息，北斗指挥机模块4将接收到的信息解析后，将来信地址与信息内容上传到上位机中，由上位机完成处理和显示工作。发电设备3输出220V的交流电压，为上位机5及其外设供电。

上位机5远程监控管理方法包括以下步骤：

a、首先进行窗口及串口初始化；

b、串口接收到信息，是，解析信息，更新状态检测区列表，将接收信息存储到日志存储区，否，转到判断发送控制命令；

c、选择了控制命令区命令，是，将北斗模块指令控制码、信息长度、目标地址、控制命令及校验码打包后发送，解析北斗指挥机模块的反馈信息，显示控制执行结果信息，并将执行结果信息存储到日志存储区，否，返回到判断串口接收信息。

上位机5远程监控管理方法由状态监测区、控制命令区、日志管理区三部分组成，状态监测区显示工作中采集站2的各项信息，其中包括：站号，站状态、CF卡存储空间、站电量、卫星定位情况、经纬度，增益、采样率、检波器状态、程序版本信息。控制命令区完成监控命令的选择及打包发送，其中包括信息查询命令：查询所有信息、查询程序版本信息和查询自检结果信息。状态控制命令：停止预热、停止采集、开始采集、休眠、唤醒、通道测试、复位和关机命令。参数设置命令：设置采样率、设置增益和设置道数。日志管理区记录和存储主控中心与采集站间的交互信息，便于操作人员对远程控制系统的维护。

上位机5远程监控管理方法通过对地图显示软件Google Earth API接口的调用，将接收到的采集站经纬度信息实时传输到地图显示软件中，实现对野外采集站排列位置的远程监测，操作人员可根据地图显示软件中采集站2的排列位置了解施工进度，获取采集站排列班报，完成布站人员调度等工作。

北斗用户机模块9通信进程管理方法，包括以下步骤：

d、首先进行串口初始化；

e、上传一次站号及基本硬件参数信息到主控中心1；

f、上传成功，是，判断串口是否接收到消息，否，返回到上一步重新执行；

g、串口接收到消息，是，解析信息并执行控制命令，否，继续判断串口是否有接收信息；

h、将执行结果信息打包反馈到主控中心；

i、反馈信息发送成功，是，本次控制结束，等待下一次串口接收信息的到来，否，返回到上一步重新执行。

采集站2的主控制器AT91RM92008与北斗用户机模块9通过串口连接，主控制器AT91RM92008运行嵌入式Linux内核版本为2.6.31的操作系统，北斗通信进程完成采集站状态的初始化，硬件信息的读取和对北斗用户机模块9接收信息的解析，完成对控制命令的执行，及执行结果的反馈。

北斗用户机模块9将接收到的主控中心1传来的控制命令上传给采集站2中主控制器AT91RM92008，主控制器AT91RM92008根据北斗数据传输的格式将信息进行解析，根据指令内容执行相应的任务后，将执行结果信息打包下发到北斗用户机模块9，由北斗用户机模块9完成反馈信息的发送。

无缆存储式地震仪现场工作质量监控的方法，在野外实际操作包括以下步骤：

A、在野外布设采集站，工作人员接好检波器，开机后即可离开，布设下一个采集站，采集站开机自检完毕后主动上传一次自检结果及工作状态参数信息到主控中心1；

B、主控中心1通过上位机5监控软件管理采集站返回的自检结果信息，了解施工进度，对自检结果错误的进行远程修复，如配置系统采样率、增益，系统复位，出工前对采集系统工作参数进行统一配置，布设到野外后，根据自检结果对有问题的采集站进行参数设置和系统复位等操作，远程修复和解决问题，对远程修复失败和没有返回自检结果的采集站及时安排工作人员检查；

C、采集站布设完毕后，主控中心以广播的形式发送一次查询状态命令，采集站收到命令后，反馈最新的工作状态信息结果，整个排列中的采集站返回的工作状态正常后，根据上位机对采集站排列位置的监测结果，记录和存储班报，开始放炮；

D、在施工期间主控中心可完成对采集站工作状态、电池电量、CF卡存储空间和定位情况等信息的查询，以保证勘探作业质量，也可远程控制采集站自检，回收自检结果，而在长时间的停止施工期间，可控制采集站进入休眠状态，再次施工前启动唤醒，无缆地震仪可有选择的进行采集工作，采集有效的地震波信号；

E、勘探作业结束后，远程控制采集站关机，并将采集站集中，回收地震采集数据。

Claims (2)

1.一种无缆地震仪远程质量监控系统，其特征在于：包括北斗卫星、主控中心(1)、采集站(2)、北斗用户机模块(9)，

——主控中心(1)是由北斗指挥机模块(4)经上位机(5)分别连接打印机(6)和存储器(7)构成；

——发电设备(3)为主控中心(1)供电；

——采集站(2)设有与北斗用户机模块(9)通讯的主控制器(8)；

——远程质量监控系统的监控方法包括：

a、首先进行窗口及串口初始化；

b、串口接收到信息，是，解析信息，更新状态检测区列表，将接收信息存储到日志存储区，否，转到判断发送控制命令；

c、选择了控制命令区命令，是，将北斗指挥机模块(4)指令控制码、信息长度、目标地址、控制命令及校验码打包后发送，解析北斗指挥机模块的反馈信息，显示控制执行结果信息，并将执行结果信息存储到日志存储区，否，返回到判断串口接收信息；

——北斗用户机模块(9)的通信进程管理方法包括：

d、首先进行串口初始化；

e、上传一次站号及基本硬件参数信息到主控中心；

f、上传成功，是，判断串口是否接收到消息，否，返回到上一步重新执行；

g、串口接收到消息，是，解析信息并执行控制命令，否，继续判断串口是否有接收信息；

h、将执行结果信息打包反馈到主控中心；

i、反馈信息发送成功，是，本次控制结束，等待下一次串口接收信息的到来，否，返回到上一步重新执行。

2.一种无缆地震仪远程质量监控系统的野外质量监控方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、在野外布设采集站(2)，接好检波器，开机后即可离开，布设下一个采集站，采集站(2)开机自检完毕后主动上传一次自检结果及工作状态参数信息到主控中心；

B、主控中心(1)通过上位机(5)监控软件管理采集站返回的自检结果信息，了解施工进度，对自检结果错误的进行远程修复，出工前对采集系统工作参数进行统一配置，布设到野外后，根据自检结果对有问题的采集站进行参数设置和系统复位操作，远程修复和解决问题，对远程修复失败和没有返回自检结果的采集站及时安排工作人员检查；

C、采集站布设完毕后，主控中心以广播的形式发送一次查询状态命令，采集站收到命令后，反馈最新的工作状态信息结果，整个排列中的采集站返回的工作状态正常后，根据上位机对采集站排列位置的监测结果，记录和存储班报，开始放炮；

D、在施工期间主控中心完成对采集站工作状态、电池电量、CF卡存储空间和定位情况的信息查询，以保证勘探作业质量，也能远程控制采集站自检，回收自检结果，而在长时间的停止施工期间，能控制采集站进入休眠状态，再次施工前启动唤醒，无缆地震仪有选择的进行采集工作，采集有效的地震波信号；

E、勘探作业结束后，远程控制采集站关机，并将采集站集中，回收地震采集数据。