CN104570061A - 地震勘探无线监控节点及基于该节点的监控方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地震勘探无线监控节点及基于该节点的监控方法和监控系统，其中，该方法包括：获取地震数据和状态及环境监控信息；根据状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；将地震数据和状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及状态环境判定信息发送至监控中心。本发明大大降低了节点的数据传输能耗，提高了节点的能量续航时间及在野外持续工作的时间，实用性较强。

Description

地震勘探无线监控节点及基于该节点的监控方法和系统

技术领域

本发明涉及地震勘探监测技术领域，尤其是涉及一种地震勘探无线监控节点及基于该节点的监控方法和系统。

背景技术

地震勘探监测是指野外采集地震勘探发生时的地震数据并将其通过有线或无线方式传送到监控中心。以便于后续对地震数据进行分析。其中，传统的地震勘探采集中使用的有线地震仪器表现出来较大局限性，接收数据的地震道道数越多，仪器传输及存储过程中的故障率越大，在目前看来，有线地震仪要完成海量地震道的数据接收、传输和存储，几乎是很难做到的。而无线节点技术可以解决这个问题，每一个节点就是一个小的地震记录仪，管理一个地震道，节点之间不是通过电缆连接，而是通过无线通信方式连接，因此不存在数据传输问题。

然而，和有线地震仪器相比，无线节点技术也有其缺陷。例如，在通过无线方式把地震数据传到数据中心时，数据传输耗能较大，而节点耗能大则直接影响到节点在野外持续工作的时间，从而导致其野外实用性变差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种功耗低、实时性好的地震勘探无线监控节点及基于该节点的监控方法和系统。

为达到上述目的，一方面，本发明提供了一种地震勘探无线监控节点，包括：

数据获取模块，用于获取地震数据和状态及环境监控信息；

状态环境判定模块，用于根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

振幅谱获取模块，用于将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；

振幅谱发送模块，用于通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。

本发明的地震勘探无线监控节点，所述获取地震数据是在激发时间到达后的设定拾取时间范围内进行的。

本发明的地震勘探无线监控节点，还包括：

激发点判定模块，用于判断所述地震数据对应的激发点是否符合预设的正常激发点条件，并将不符合所述预设的正常激发点条件的激发点所对应的地震数据剔除；

对应的，所述振幅谱获取模块是将符合所述预设的正常激发点条件的地震数据进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅。

本发明的地震勘探无线监控节点，其配置有ZigBee通信模块和WIFI通信模块，并且还配置有：

通信模块选择模块，用于根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。

另一方面，本发明还提供了一种地震勘探无线监控系统，包括：

若干个地震勘探无线监控节点；以及

监控中心，其通过无线通信网络与所述各个地震勘探无线监控节点通信；

其中，每个所述地震勘探无线监控节点包括：

数据获取模块，用于获取地震数据和状态及环境监控信息；

状态环境判定模块，用于根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

振幅谱获取模块，用于将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；

振幅谱发送模块，用于通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。

本发明的基于地震勘探无线监控节点的监控系统，还包括：

汇聚单元，其用于将自身周围设定范围的地震勘探无线监控节点输出的数据进行汇聚后，通过微波或光线通信网络发送给所述监控中心。

再一方面，本发明还提供了一种地震勘探无线监控方法，包括以下步骤：

获取地震数据和状态及环境监控信息；

根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；

通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。

本发明的基于地震勘探无线监控节点的监控方法，所述获取地震数据是在激发时间到达后的设定拾取时间范围内进行的。

本发明的基于地震勘探无线监控节点的监控方法，还包括：

判断所述地震数据对应的激发点是否符合预设的正常激发点条件，并将不符合所述预设的正常激发点条件的激发点所对应的地震数据剔除；

对应的，还包括将符合所述预设的正常激发点条件的地震数据进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅的步骤。

本发明的基于地震勘探无线监控节点的监控方法，还包括：

根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。

本发明先将地震数据、状态及环境监控信息经快速傅里叶变换处理后，获得对应的振幅谱，然后再将将振幅谱代替原始数据上传至监控中心，由于经过FFT处理后传输信息量有了极大的降低，从而大大降低了节点的数据传输能耗，提高了节点的能量续航时间及在野外持续工作的时间，实用性较强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明实施例的地震勘探无线监控系统的网路架构示意图；

图2为本发明实施例的地震勘探无线监控节点的结构框图；

图3为本发明实施例的地震勘探无线监控方法的流程图。

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，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

参考图1所示，本发明实施例的地震勘探无线监控系统包括若干个地震勘探无线监控节点2，以及监控中心3，监控中心3通过无线通信网络与各个地震勘探无线监控节点2通信；

结合图2所示，每个地震勘探无线监控节点2包括：

数据获取模块21，用于获取地震数据和状态及环境监控信息。其中，获取地震数据是在激发时间到达后的设定拾取时间范围内进行的，该激发时间是由激发点通过广播方式发送给各个地震勘探无线监控节点2的。所述状态及环境监控信息包括节点自身性能状态信息、环境噪声信息以及震源状态信息。

状态环境判定模块22，用于根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息。

振幅谱获取模块23，用于将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅。

振幅谱发送模块24，用于通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心3。其中，监控中心3会根据接收到的状态环境判定信息确定是否发出异常警报。

在本发明的另一个实施例中，每个地震勘探无线监控节点还可以包括：

状态环境判定模块，用于根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

对应的，所述振幅谱发送模块还用于将所述状态环境判定信息发送至所述监控中心。

在本发明的另一个实施例中，每个地震勘探无线监控节点还可以包括：

激发点判定模块，用于判断所述地震数据对应的激发点是否符合预设的正常激发点条件，并将不符合所述预设的正常激发点条件的激发点所对应的地震数据剔除；

对应的，所述振幅谱获取模块是将符合所述预设的正常激发点条件的地震数据进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅。

在本发明的另一个实施例中，每个地震勘探无线监控节点配置有ZigBee通信模块和WIFI通信模块，并且还配置有：

通信模块选择模块，用于根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。这样，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时优选选择功耗低的ZigBee通信模块，每个节点获取状态及环境监控信息后采用ZigBee协议发往临近的节点，这个临近的节点可以是最近的，也可以是在射频信号可设别范围内的任意节点，根据节点间距、地形、射频功率、节点的状态等，ZigBee自主优化传输路径，这种多选路径传输可以为信息传输提供健壮的链路和传输速率的提升。由于线间距较大，一般大于射频传输覆盖范围，因此各线独立传输，最后由微波或光纤传到监控中心，实现实时监控。

在本发明的另一个实施例中，地震勘探无线监控系统还包括：

本发明实施例的地震勘探无线监控系统中，当地震勘探无线监控节点1较多时，本发明实施例的地震勘探无线监控系统还可增加一些汇聚单元1(如图1所示)，每个汇聚单元1可将自身周围设定范围的地震勘探无线监控节点2输出的数据进行汇聚后，通过微波或光线通信网络发送给监控中心3，从而便于管理和控制。其中，地震勘探无线监控节点1与汇聚单元1之间可通过LTE(Long Term Evolution，长期演进)等移动通信网络通信。

本发明实施例中，状态及环境监控信息包括节点自身性能状态信息、环境噪声信息以及震源状态信息等。其中，节点自身性能状态信息主要包括：节点与激发点间的GPS时钟同步、节点GPS位置信息、节点的检波器倾斜度、节点的检波器阻值、节点间网络状态、节点的前放增益、节点电量、节点外界温度以及节点CPU温度等。环境噪声信息主要包括固定干扰源噪声和背景噪声，其中，固定干扰源是指除震源以外的一切产生地表震动的因素，背景噪音即为随机噪声。震源状态信息主要包括同一激发点内各震源的同步信息、激发点产生地震波的时刻、激发点位置(即震源的坐标，不包括深度)。

本发明实施例先将地震数据、状态及环境监控信息经快速傅里叶变换处理后，获得对应的振幅谱，然后再将将振幅谱代替原始数据上传至监控中心，由于经过FFT处理后传输信息量有了极大的降低，从而大大降低了节点的数据传输能耗，提高了节点的能量续航时间及在野外持续工作的时间，实用性较强。

参考图3所示，本发明实施例的地震勘探无线监控节点的监控方法包括以下步骤：

步骤S1、获取地震数据和状态及环境监控信息。其中，获取地震数据是在激发时间到达后的设定拾取时间范围内进行的，该激发时间是由激发点通过广播方式发送给各个地震勘探无线监控节点2的。所述状态及环境监控信息包括节点自身性能状态信息、环境噪声信息以及震源状态信息。

步骤S2、根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息。其中，监控中心会根据接收到的状态环境判定信息确定是否发出异常警报。

步骤S3、将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅。在节点上，由于采集的地震数据和状态及环境监控信息的信息量很大，如果将数据全部回传，需求占用巨大的带宽资源和巨量的功率消耗，并且节点本身的电量有限，因此本发明实施例将地震数据和状态及环境监控信息经快速傅里叶变换(即FFT)处理后，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅，可见，经过处理后的传输信息量有了极大的降低。

步骤S4、通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。通过地震勘探无线监控系统将振幅谱代替原始数据上传至监控中心，从而大大降低了节点的数据传输能耗，提高了节点的能量续航时间及在野外持续工作的时间，实用性较强。

在本发明的另一个实施例中，上述地震勘探无线监控方法还包括：

判断所述地震数据对应的激发点是否符合预设的正常激发点条件，并将不符合所述预设的正常激发点条件的激发点所对应的地震数据剔除；

对应的，还包括将符合所述预设的正常激发点条件的地震数据进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅的步骤。

在本发明的另一个实施例中，上述地震勘探无线监控方法还包括：

根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。这样可以进一步降低FFT处理量和数据传输量，从而进一步节省节点能力。

在本发明的另一个实施例中，上述地震勘探无线监控方法还包括：

根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。这样，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时优选选择功耗低的ZigBee通信模块，每个节点获取状态及环境监控信息后采用ZigBee协议发往临近的节点，这个临近的节点可以是最近的，也可以是在射频信号可设别范围内的任意节点，根据节点间距、地形、射频功率、节点的状态等，ZigBee自主优化传输路径，这种多选路径传输可以为信息传输提供健壮的链路和传输速率的提升。由于线间距较大，一般大于射频传输覆盖范围，因此各线独立传输，最后由微波或光纤传到监控中心，实现实时监控。

本发明实施例中，状态及环境监控信息包括节点自身性能状态信息、环境噪声信息以及震源状态信息等。节点自身性能状态信息主要包括：节点与激发点间的GPS时钟同步、节点GPS位置信息、节点的检波器倾斜度、节点的检波器阻值、节点间网络状态、节点的前放增益、节点电量、节点外界温度以及节点CPU温度等。环境噪声信息主要包括固定干扰源噪声和背景噪声，其中，固定干扰源是指除震源以外的一切产生地表震动的因素，背景噪音即为随机噪声。震源状态信息主要包括同一激发点内各震源的同步信息、激发点产生地震波的时刻、激发点位置(即震源的坐标，不包括深度)。

本发明实施例先将地震数据、状态及环境监控信息经快速傅里叶变换处理后，获得对应的振幅谱，然后再将将振幅谱代替原始数据上传至监控中心，由于经过FFT处理后传输信息量有了极大的降低，从而大大降低了节点的数据传输能耗，提高了节点的能量续航时间及在野外持续工作的时间，实用性较强。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块、单元和步骤可以通过硬件、软件或两者的结合来实现。至于是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

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，并不用于限定本发明的保护范围，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 (10)

1.一种地震勘探无线监控节点，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取地震数据和状态及环境监控信息；

状态环境判定模块，用于根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

振幅谱获取模块，用于将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；

振幅谱发送模块，用于通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。

2.根据权利要求1所述的地震勘探无线监控节点，其特征在于，所述获取地震数据是在激发时间到达后的设定拾取时间范围内进行的。

3.根据权利要求1所述的地震勘探无线监控节点，其特征在于，还包括：

激发点判定模块，用于判断所述地震数据对应的激发点是否符合预设的正常激发点条件，并将不符合所述预设的正常激发点条件的激发点所对应的地震数据剔除；

对应的，所述振幅谱获取模块是将符合所述预设的正常激发点条件的地震数据进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅。

4.根据权利要求1所述的地震勘探无线监控节点，其特征在于，其配置有ZigBee通信模块和WIFI通信模块，并且还配置有：

通信模块选择模块，用于根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。

5.一种基于地震勘探无线监控节点的监控系统，其特征在于，包括：

若干个地震勘探无线监控节点；以及

监控中心，其通过无线通信网络与所述各个地震勘探无线监控节点通信；

其中，每个所述地震勘探无线监控节点包括：

数据获取模块，用于获取地震数据和状态及环境监控信息；

状态环境判定模块，用于根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

振幅谱获取模块，用于将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；

振幅谱发送模块，用于通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。

6.根据权利要求5所述的基于地震勘探无线监控节点的监控系统，其特征在于，还包括：

汇聚单元，其用于将自身周围设定范围的地震勘探无线监控节点输出的数据进行汇聚后，通过微波或光线通信网络发送给所述监控中心。

7.一种基于地震勘探无线监控节点的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取地震数据和状态及环境监控信息；

根据所述状态及环境监控信息判断节点状态、环境噪声以及震源状态是否正常，并生成对应的状态环境判定信息；

将所述地震数据和所述状态及环境监控信息进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅；

通过通信网络将所述振幅谱、均方根振幅或最大振幅，以及所述状态环境判定信息发送至监控中心。

8.根据权利要求7所述的基于地震勘探无线监控节点的监控方法，其特征在于，所述获取地震数据是在激发时间到达后的设定拾取时间范围内进行的。

9.根据权利要求7所述的基于地震勘探无线监控节点的监控方法，其特征在于，还包括：

判断所述地震数据对应的激发点是否符合预设的正常激发点条件，并将不符合所述预设的正常激发点条件的激发点所对应的地震数据剔除；

对应的，还包括将符合所述预设的正常激发点条件的地震数据进行快速傅里叶变换，获得对应的振幅谱、均方根振幅或最大振幅的步骤。

10.根据权利要求7所述的基于地震勘探无线监控节点的监控方法，其特征在于，还包括：

根据待传输数据量以及ZigBee通信模块的传输能力选择通信模块，当所述待传输数据量未超出所述ZigBee通信模块的传输能力时选择ZigBee通信模块通信，否则使用选择WIFI通信模块通信。