CN105700426A - 混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置及数据控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置及数据控制方法,是由上位机经网络端口连接主控单元，主控单元左通讯端口依次连接一个以上乃至96个采集单元，主控单元右通讯端口通过依次连接一个以上乃至96个采集单元，构建成一个具有192个采集单元的地震数据采集系统。采用有线高速数据通讯，实现对整个数据链路中每个采集单元的控制。在数据采集进程中，采用连续数据流模式实时回收采集单元采集的数据，经过编码后经网络接口芯片实时上传到上位机。大大简化了采集单元，使采集单元内无需配置较大的存储器即可实现长时间不间断采集，实现了采集过程中对采集数据的实时监控。数据转换装置体积小、重量轻、造价低廉、施工便利等优点。

Description

混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置及数据控制方法

技术领域

本发明涉及一种地震勘探系统中数据交换装置及其数据控制方法，尤其是混合遥测地震勘探系统中实现多通道(万道)条件下地震数据实时监控过程中的数据控制方法。

背景技术：

地震勘探方法作为矿产资源探测的主要方法，随着科学技术的发展，该方法在解决复杂矿藏地质问题的能力不断增强。地震勘探仪器是地震勘探方法中的关键设备，近60年来地震勘探仪历经了光点记录地震仪、模拟磁带记录地震仪、数字地震仪、遥测地震仪、全数字遥测地震仪五个发展阶段，其设计的理念实现了从集中式到分布式、从有线到无线、从模拟到数字以及目前的高密度全数字采集的转变。目前地震勘探正向着高密度、三维、全波场、高分辨率、超多道地震勘探等方向发展，因此新一代地震勘探仪的设计与制造，也应该向着节点式、单站单道、三分量、全数字、GPS定位与授时、复合数据通讯方式、智能化以及便携式等方向发展。

目前能够满足上述要求的地震勘探设备较多，但是在复合数据通讯方式上存在一定的问题。地震仪的数据传输大多数是基于分布式地震采集站的蜂窝网络有线数据传输系统，该系统对于上万道以至几十万道的地震采集，其数据传输能力将受到挑战，且整个采集系统的后勤保障将更加庞大而不堪重负。这将导致其传输速度较低、组网成本较高，无法满足地震勘探实时监测的要求。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种适合混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置，该装置将系统拆解成最大192道的小系统，然后通过组建局域网将其整合在一起，从而组成上万道的地震勘探系统。

本发明的另一目的是提供一种适合混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置的数据控制方法，以配合混合遥测地震勘探方法实现地震数据的实时监控。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置，是由上位机1经网络端口连接主控单元2，主控单元2中的左通讯端口3通过数传电缆线5依次连接一个以上乃至96个采集单元6，主控单元2中的右通讯端口4通过数传电缆线5依次连接一个以上乃至96个采集单元6，构建成单边具有96道，双边具有192个采集单元的地震数据采集系统。

主控单元2是由CPU控制电路9分别与网络接口芯片7、JTAG程序下载端口8、ZIGBEE电路10、晶振电路11、左通讯电路12、电源管理16、右通讯电路15、GPS模块和同步触发电路连接，电源管理16分别与左通讯电路12和右通讯电路15连接构成。

混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置的数据控制方法，包括以下步骤：

A、开始,调用观测系统；

B、发送建网参数；

C、建立UDP连接；

D、发送开电源指令；

E、发送叫站指令；

F、解编叫站数据,显示叫站信息；

G、发送采集参数；

H、发送采集指令；

I、实时接收数据；

J、已有触发标志,满足长度；

K、发送暂停指令；

L、当前记录存储；

M、发送电源关指令；

N、结束。

有益效果：本发明主控单元利用左右数据通讯端口，通过数传电缆线最多可连接192个采用分布式设计的采集单元，组成一个完整的地震数据采集链路。采用有线高速数据通讯技术，实现对整个数据链路中每个采集单元的控制。在数据采集进程中，采用连续数据流模式实时回收采集单元采集的数据，经过编码后经网络接口芯片实时上传到上位机。该设计方案大大简化采集单元，使得采集单元内部无需配置较大的存储器即可实现长时间不间断采集，实现了地震数据采集过程中对采集数据的实时监控。数据转换装置具有体积小、重量轻、造价低廉、施工便利等优点。

附图说明

图1混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置结构框图。

图2为附图1中主控单元2结构框图。

图3为附图2中左通讯电路12电路图。

图4为附图2中右通讯电路12电路图。

图5混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置的数据控制方法流程图。

1.上位机，2.主控单元，3.左通讯端口，4.右通讯端口，5.数传电缆线，6.采集单元，7.网络接口芯片，8.JTAG程序下载端口，9.STM32F107CPU控制电路，10.ZIGBEE电路，11.晶振电路，12.左通讯电路，13.同步触发电路，14.GPS模块，15.右通讯电路，16.电源管理电路。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说详细明：

混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置是由上位机1经网络端口连接主控单元2，主控单元2中的左通讯端口3通过数传电缆线5依次连接96个采集单元6，主控单元2中的右通讯端口4通过数传电缆线5依次连接96个采集单元6，构建成一个具有192个采集单元的地震数据采集系统。

如图1所示，上位机1连接主控单元2，主控单元2经左通讯端口3、数传电缆线5、采集单元n＝1、采集单元n＝2和采集单元n＝1与采集单元n＝96连接，右通讯端口3、数传电缆线5、采集单元n＝1、采集单元n＝2和采集单元n＝1与采集单元n＝96连接构成。

如图2所示，主控单元2是由网络接口芯片7经STM32F107CPU控制电路9分别与JTAG程序下载端口8、ZIGBEE电路10、晶振电路11、左通讯端口12、电源管理16、右通讯端口15、GPS模块14、同步触发电路13连接，电源管理16分别与左通讯电路12和右通讯电路15连接构成。

由上位机1经网口连接主控单元2，N个采集单元6(最大96个)经数传电缆线5彼此连接后分别与主控单元2相连的左通讯端口12和右通讯端口15相连，构成最大192道的地震数据采集系统。

主控单元2上电后，自动启动CPU控制电路9中的STM32F107芯片运行程序。该程序可以利用主控单元2中JTAG程序下载端口事先下载并存储到到主控单元2中。

混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置的数据控制方法，包括以下步骤：

A、开始,调用观测系统；

B、发送建网参数；

C、建立UDP连接；

D、发送开电源指令；

E、发送叫站指令；

F、解编叫站数据,显示叫站信息；

G、发送采集参数；

H、发送采集指令；

I、实时接收数据；

J、已有触发标志,满足长度；

K、发送暂停指令；

L、当前记录存储；

M、发送电源关指令；

N、结束。

上位机1向主控单元2发送组网指令，主控单元2在接收到该命令后，CPU控制电路9取得网路接口芯片7中的IP地址，然后将IP地址上传到上位机1中，上位机1将接收到的数据解编后建立局域UDP通讯协议下的网络连接，这样上位机1通过网卡与主控单元2中CPU控制电路9通过的网络接口芯片7实现了双向数据通讯，其实时通讯速率可达到为8MB/s。

上位机1向主控单元2发送电源打开指令，CPU控制电路9截获该指令后，打开电源管理电路16的上电开关，则利用左通讯电路12和右通讯电路15上设置的变压器将48伏电耦合到数传电缆线5中的一对双绞线上，从而实现对采集链路上所有采集单元6的供电。

上位机1向主控单元2发送叫站指令，CPU控制电路9截获该指令后。利用利用左通讯电路12和右通讯电路15向数据采集链路上的采集单元6转发该指令，采集单元6在接收到该指令后按照各自的连接顺序自动进行编码。当编码完成后，数据链路上所有的采集单元6将编码信息、物理地址等信息通过左通讯电路12和右通讯电路15上传到CPU控制电路9中，经过编码后转发到上位机1中。

上位机1向主控单元2发送数据采集指令，CPU控制电路9截获该指令后启动数据通讯软件。由于主控单元2与采集链路上的采集单元6采用变压器耦合供电，该变压器对于数据传输的交流信号有迟滞效应，导致数据链路中同步通讯出现问题。为此，通讯软件采用了先进的步进启动模式，即传输初期发送端采用低速IO人工控制传输，多个同步头依次发送，接收端依次检出变压器的信号，经过数据解析，直至分解出与已知发送端一致的同步头，从而达到发送与接收的同步。一旦同步之后启动高速传输模式，双端的CPU进入DMA高速传输模式，整个数据链路上的所有采集单元6将实时采集到的数据以数据流的方式传输到主控单元2，主控单元2将实时接收到的数据进行编码后转发到上位机中。

主控单元2内设置有的同步触发电路13、GPS模块14和ZIGBEE10无线通讯模块分别对应地震数据采集的外触发、GPS授时触发以及无线电触发三种与震源的同步方式。同步触发电路13主要是利用震源装置的TTL电平进行同步，GPS模块14则是利用GPS的授时信号与震源的GPS授时信号进行同步，ZIGBEE10则是利用震源的无线电信号与之进行同步。主控单元2根据预先设置的同步方式启动响应的触发响应机制，主控单元2在实时编码的过程中，同时检测是否满足触发条件，当触发条件满足时，则在实时数据编码过程中加上触发标志，同时终止触发条件的判断，则上位机1则根据该数据标志信息，解编出具有与震源同步开始的地震数据。

上位机1当前采集的数据结束后，上位机1则向主控单元2发送暂停采集的指令，则主控单元2停止上上位机1发送实时采集的数据，处于暂停流水的工作状态。下次上位机1发送采集指令时，主控单元2不需要与采集单元进行重新同步，只需恢复流水状态向上位机1发送数据即可。

位机1向主控单元2发送电源关闭指令，CPU控制电路9截获该指令后，关闭电源管理电路16的上电开关，左通讯电路12和右通讯电路15上连接的所有采集单元6全部断电，采集单元6处于关闭状态，已建立的采集链路全部失效。要想恢复则必须重新在上位机1上发送打开电源指令和叫站指令。

上位机1为带有网卡的笔记本电脑再配合相应的软件即可实现地震的数据的管理工作，其中工作过程为上位机1将实时接收的主控单元发送的数据，在接收过程中判断数据包中是否存在触发标志，如果存在触发标志，则认为该包数据是与震源同步后的数据并将该数据追加到有效数据容器中，在这个过程中，为了能够实现地震数据的实时监控，程序中开辟了数据解编线程，对有效的数据进行解编、抽取、管理和显示等处理，从而实现地震数据的实时监控。

Claims (3)

1.一种适用于混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置，其特征在于，是由上位机(1)经网络端口连接主控单元(2)，主控单元(2)中的左通讯端口(3)通过数传电缆线(5)依次连接一个以上乃至96个采集单元(6)，主控单元(2)中的右通讯端口(4)通过数传电缆线(5)依次连接一个以上乃至96个采集单元(6)，构建成单边具有96道双边具有192个采集单元的地震数据采集系统。

2.按照权利要求1所述的混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置，其特征在于，主控单元(2)是由CPU控制电路(9)分别与网络接口芯片(7)、JTAG程序下载端口(8)、ZIGBEE电路(10)、晶振电路(11)、左通讯电路(12)、电源管理(16)、右通讯电路(15)、GPS模块和同步触发电路连接，电源管理(16)分别与左通讯电路(12)和右通讯电路(15)连接构成。

3.按照权利要求1所述的混合遥测地震勘探系统中的数据交换装置的数据控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、开始,调用观测系统；

B、发送建网参数；

C、建立UDP连接；

D、发送开电源指令；

E、发送叫站指令；

F、解编叫站数据,显示叫站信息；

G、发送采集参数；

H、发送采集指令；

I、实时接收数据；

J、已有触发标志,满足长度；

K、发送暂停指令；

L、当前记录存储；

M、发送电源关指令；

N、结束。