CN105829918A - 地震传感器部署装置、系统、方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于可操作地部署基于陆地的地震节点的装置和方法。自动或半自动的车辆包括用于放置、监控、检测、检修以及收集在恶劣环境例如苔原或沙漠中的节点。与节点的部署和恢复相关联的方法包括一个“翻滚部署”。
Description
相关申请数据
本申请要求2013年12月24日提交的序列号为61/920,522的美国临时申请的优先权，该申请的主题以其全文引用的方式并入本文。
背景
技术领域
本发明的实施例一般涉及基于陆地的震传感器(以下简称为“节点”)设备夹持领域，更具体涉及装置、系统和用于部署、对接、管理、解除、装载、卸载、重装、服务、检测、收集和/或以其它方式可控制地操纵(以下称为“操作部署”或其变体)的一个或多个节点的关联方法，以及其应用。甚至更具体地，实施例涉及可能会或可能不会受自主控制的可移动平台以及相关联的方法，用于实现多个环境中，其可能是极其恶劣的，例如是沙漠、苔原等环境中的节点操作部署。
相关技术
基于陆地的地震勘探网可覆盖数万平方公里，包括数千可间隔为5米而部署的节点。节点的操作部署可能需要多达600的人员及相关设备。这样，映射一范围的任务是费力且昂贵的，并且它可能对相关人员造成多种危害。
石油和天然气开采的高潜力地理区域可能环境恶劣，例如，大片的沙漠或苔原，这实际上可能阻止或严重限制了参与节点操作部署的人们。
鉴于特别在恶劣环境下的与节点的操作部署相关联的上述挑战，需要一种装置和方法，用于减少或消除在所述的操作部署节点时涉及的人员，这将产生时间和成本效率，增加了安全性，并且改进了陆地地震勘探结果。因此有利且有益地为陆上节点的操作部署提供自动或半自动的系统和装置。
发明内容
本发明的实施例为操作地部署基于陆地的节点的系统、装置以及方法，尤其涵盖恶劣环境下的大区域。
本发明的一个示例性实施例是一可移动平台(即，物理手段达到一个预定的功能)，其具备可操作部署一个或多个陆基节点。所述可移动平台包括一个系统，其能够使一个节点部署于地面里或者地面上，且该系统能取回位于地里面或地面上的部署节点。根据各种示例性的，非限制的方面，可移动平台可另外包括下列部件、组件、特点、限制或特征中的一个或多个：
-其中所述可移动平台包括用于自推进的动力源；
-其中所述可移动平台是轮式车辆；
-其中所述可移动平台是履带式车辆；
-其中所述可移动平台是有腿或附属物的车辆；
-其中所述可移动平台包括导航系统；
-其中所述导航系统是惯性、GPS、机器人和手动的导航系统中的一种；
-其中所述可移动平台至少包括一个环境可控的外壳；
-其中所述至少一个环境可控的外壳是足以容纳至少一个操作者；
-其中所述至少一个环境可控的外壳足以容纳多个节点；
-其中所述至少一个环境可控的外壳包括节点充电装置；
-其中所述节点充电装置至少包括直接连接的充电装置、电感性连接充电装置和无线连接的充电装置中的一种；
-其中所述至少一个环境可控外壳至少包括节点数据收集、存储、传输、诊断和分析装置中的一个；
-其中所述能使一个节点部署于地里或者地面上的系统，还包括机器人臂；
-其中所述能使一个节点部署于地里或者地面上的系统，还包括管，和柱塞或冲击组件；
-其中所述能使一个节点部署于地里或者地面上的系统，其至少还包括螺旋推运器、螺栓和钻孔组件中的一个；
-其中所述能使一个节点部署于地里或者地面上的系统，其至少还包括气动的、液压的、流体的、机械的、电气的和手动控制的系统中的一个；
-其中能使一个节点部署于地里或者地面上的系统至少部分被布置在外壳里的可移动平台的内部；
-其中能使一个节点部署于地里或者地面上的系统至少部分被布置在可移动平台的外部；
-其中能取回位于地里面或地面上的部署节点的系统包括杆和绳索组件
-其中所述可移动平台还包括传感装置，其能测定一个部署节点位于地面里或地面上的状态；
-其中所述传感装置包括地面振动设备；
-其中所述传感装置包括有线、无线、成缆、红外、和光学检测的组件中的至少一个；
-其中所述一个或多个节点是自动节点；
-其中所述一个或多个节点通过有线的、无线的、光学的、光纤、声学和IT传输的介质中的至少一个进行互连。
本发明的另一个示例性实施例是一种用于操作部署一个或多个陆基节点的方法。该方法包括提供一个装备有可操作部署一个或多个陆基节点的可移动平台的步骤，以及至少一个以下步骤：在第N个节点部署位置部署在地里或地面上的第N节点，可控地移动所述可移动平台和在第N+1个节点部署位置部署在地里或地面上的第N+1节点，直到所需数目的节点被部署；和取回第N个节点部署位置的部署在地里或地面上的第N节点，可控制地移动所述可移动平台并从第N+1个节点部署位置取回第N+1个位于地面中或在地面上的节点，直到所需数量的节点被取回。根据各种示例性的，非限制性的方面，该方法可以另外包括以下步骤、组合、组件、特点、限制或特征中的一个或多个：
-提供如以上所公开的可移动平台；
-其中在部署步骤中，部署相应节点前先创建一个节点本地环境；
-其中所述节点本地环境为一洞孔；
-将节点组件的至少一部分推到地里；
-钻孔或拧紧节点组件的至少一部分到地里；
-在有节点附着的地面处植入杆或棒；
-在导航到后续节点的部署位置之前测试相应部署节点的功能；
-其中在取回的步骤中：
-从地面拉离节点组件；
-从地面扭转钻孔或拧开节点组件；
-抓取在有节点附着的地面处植下的杆或棒；
-还包括取回所述节点，并从提取的数据和充电(重新充电)中的至少一个检索所述节点，同时输送所述节点到一个新的部署位置，从而形成一个“滚动部署'；
-提供至少两个可移动的平台和可控导航以便它们沿着各自指定的路径移动，包括节点部署网格的三排。
附图说明
图1所示为根据本发明的非限制示例性方面的一个可移动平台；
图2以根据本发明的示例性方面示出：a)节点部署路径；b)所植的节点阵列；c)绳和杆组件；
图3示出根据本发明的一个示例性实施例的一具有螺纹的节点，其能促进自身的部署和/或从地面取回；
图4示出根据本发明说明性实施例的一个可用于部署和/或取回节点的机器人夹持装置；
图5示出根据本发明说明性实施例的可占据部分或者全部可移动平台的机器人节点夹持系统；
图6是根据本发明的示例性实施例的描述节点部署/取回即“滚动部署”过程的流程图。
本发明非限制的示例性具体实施方式
本发明的实施例涉及用于操作部署基于陆地的地震节点的装置和方法。
一个非限制性的示例性实施例是一种可移动平台，其包括节点部署系统和已部署节点取回系统。
图1示出了一个以自供电的轮式车辆100(其可选地装备有轨道、腿或其它可移动装置)形式的可移动平台，用于可操作地部署一个或多个基于陆地的地震传感器(节点)300，如图3的非限制性实例所示。车辆100可以手动控制，或者可以通过例如射频、全球定位系统、惯性、机器人或其它已知的手段和技术进行远程控制。所示车辆100包括用于操作者的环境可控的外壳102及用于设备如节点300的环境可控的外壳106、机器人节点夹持系统(例如，图5所示的500)、地震传感器充电设备(未示出)、地震传感器数据收集设备(未示出)、数据存储设备(未示出)、数据传输设备、传感器诊断器(未示出)、数据分析设备(未示出)以及其它与任务相关的设备。
车辆也可配备有至少部分地位于车辆的内部和/或外部的装置107，其可控地使陆基地震传感器300能够部署于地中或在地面上，以及能够取回部署在地里或在地面上的陆基地震传感器；例如，一个或多个机器人臂(例如如图4所示的机器人夹具400)或其它能够夹持地震节点300及相关组件的驱动机械。节点300例如可具有与其相连的或与其一体的结构(未示出)，使得它能够被抓握、钩住，或其它被机器组件捕获的方式，以协助其部署到地里/从地里取回。可选或额外地，节点部署/取回系统107可包括管及柱塞或冲击组件、螺旋钻、螺钉和钻头组件；以及，气动、液压、流体、机械、电动或手动的控制系统。如图3所示，节点300具有螺纹310以助于其位于某些地面条件中的部署/取回。也可以考虑到在地里的方向(例如，倾斜)对节点进行调整。
所示车辆100还包括电源108和节点定位设备103/109，该节点定位设备可包括RFID、磁性、雷达、金属或其它感测设备。例如，探地雷达可以用于定位埋在地下的节点。金属探测器也可用于定位节点。可以利用节点上的螺纹、顶部附着的手柄、或设计有臂的探测地面的动力提取器、或蛤壳状挖掘器(clamshellscooper)来取回节点，以便到达节点周围并将其拉出地面。射频设备和方法可用于与节点通信。可以利用固态光源，例如激光二极管和LED进行光通信。
在相对于图2c的一个示例性方面，能取回部署在地里的或地面上的地震传感器的系统包括杆202和绳索204组件。杆202被用作节点300的标识物和/或取回设备，其在可能经历降雪的区域使用时特别有益。这样在节点300被埋在深雪中后且不可见时，它使得取回器能够定位且拉杆202。滑环203和绳索204被设计成分离杆上的震动感应节点300，其可在风中振动，但当杆被拉入取回平台时仍然允许取回该节点。这种设计还允许一旦节点被取回时可快速拆卸该杆。可根据环境和其它因素可调整绳索长度和杆的高度。
一方面，滑环203是由磁性材料制成。这样可使得在对于雪或其它地面覆盖不成为问题的区域不使用杆时，使用磁性孔来取回节点。
根据一方面，可移动平台100包括一能够判定部署的地震传感器在地里或地面上的状态的感测组件。这可采取地面振动装置的形式和/或至少一个位于所述封闭区域106内的有线、无线、成缆、IR或光学检测组件(未示出)。
如图2b所示，地震传感器的部署网格220可以是自动的或通过有线、无线、光学、光纤光学、声学或IT传输介质(未示出)中的至少一种进行相互连接。
可操作部署一个或多个陆基地震传感器(节点)300的相关方法包含提供可控移动平台的步骤，该平台充分配备为可操作部署一个或多个陆基地震传感器，并且：在第N个地震传感器的部署位置部署第N个位于地中或地面上的地震传感器，并且可控地移动所述可移动平台，并在第N+1个地震传感器的部署位置部署第N+1个位于地中或地面上的地震传感器，直到部署至所需地震传感器的数量；或者，从第N个地震传感器的部署位置取回布署的第N个位于地中或地面上的地震传感器，可控地移动所述可移动平台并从第N+1个地震传感器的部署位置取回部署的第N+1个位于地中或地面上的地震传感器，直到取回所需数量的地震传感器。
所述部署步骤可包含在部署相应地震传感器前先创建一个地震传感器本地环境(例如，一个接地孔)。地震传感器组件的至少一部分可被推入地下，或可选地被钻或旋入地下。节点可以在上表面上设有手柄，以允许施加力矩，或者允许节点本身被夹取时可施加力矩的形状。节点可以具有锥形形状，其底部较小，以便与地面介质接触。该方法可选择地或同时地包含连接着地震传感器植入一个位于地下的杆或棒，例如，购获一滑环和一绳索或缆绳。
有利的方面为，在导航到随后的地震传感器的部署位置之前进行相应的已部署地震传感器的功能性/可靠性的测试。
感测系统可与可移动平台上的全球定位系统通信，其既可用于定位位置以便放置节点，还可用于取回节点时进行查找。这样，一个节点可包含无源、有源或混合的RFID系统。
取回节点包含的步骤与部署步骤相反。
节点的部署和/或取回的一个有利的方面，其至少两个可移动平台可以被控地导航到沿着各自指定的路径移动，该路径包括三排地震传感器部署网格。在最外排的类似位置开始，分别地，一个和另外的可移动平台可以交替地移动到中间行，以减少每个可移动平台必须与网格中的所有节点接触的行进距离。然而，可以理解到，其取决于可移动平台100(至少一个)的数量和网格的尺寸和布局，为实现特定目的，可优化不同的部署和取回方案。
如图6的流程图概括的实施方法的一个特别有益的方面是至少部分通过数据采集和/或与可移动平台相关联的节点充电设备带来便利的功能，是一个滚动部署/取回方法。根据所述方法，通过可移动平台(和相关的设备)取回部署的节点，随着它的移动通过一个特定探测部署中取回所有部署的节点。在取回过程中，地震数据从每个被取回的节点处下载，且所述节点被置于充电站中。一到达先前部署的节点的测试区域的端部，即对当前开始取回的节点进行充电，并准备收集新的地震数据，其中这些节点被部署在一个新的、以前未部署过的节点调查区的开端。以这种方式，通过可移动平台运行的最大但数量有限的节点可通过“翻滚(rolled-over)”部署以覆盖对比部署节点的静态网格的较大调查区域。
在规划和执行地震调查时，会涉及到许多因素和流程。图6概括了主要部分的流程图，但根据调查的目标和特点，不同的探测包括或多或少的步骤。一个典型的早期的步骤是计划调查的详细几何布局，包括源点、接收器位置和所需的源和节点的数量。对于给定的调查，设备供应物流、源行进路径和接收器部署路径可优化得尽可能高效，如流程图块1-5所示。如果在一次执行调查时有足够多的节点和源，然后可以通过自动化和减少参与人员的数量以及面临环境条件的人员数目来以最小化成本和健康与安全风险。基于节点的系统极大地促进了如本发明实施例所介绍的自动化。机器人节点夹持可以通过不同的机械手附件抓和转弯等来完成。一旦地震射击已经开始，该节点部署任务需要保持领先于源的进展，如块6、7、15-17。对于其中节点设备有限以至于供给不足以填充整个调查区的情况下，一旦它们已经完成了它们的任务(例如，数据收集)，通常在它们的初始位置“滚动”节点线路。通常情况下，从调查中取出节点并置于高频高压电源屏蔽罩(doghouse)，以进行充电和数据卸载。然而，理想的是能够跳过该步骤并继续移动线路，以便直接滚动到调查后面的新位置，如8-12中每一块。在调查的前面的节点线继续滚动直到最后部署的线路被安装。本发明的一个关键方面如块10-13所示，其中当收集和传输任务正在进行和持续时，节点可以重新充电和/或数据卸载。然后准备节点重新部署，而不因为上述翻滚部署方案而延迟。
虽然已经在此进行了描述和说明本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员容易想到的用于执行在此所述的功能和/或获得所述结果的和/或一个或多个描述的优点的各种其它手段和/或结构，以及每个这样的变化和/或修改均被认为是在本发明所描述实施例的范围之内。更一般地，本领域的技术人员容易理解在此描述的示例性的所有参数、尺寸、材料和配置，并且实际的参数、尺寸、材料和/或构造将取决于具体的应用或受本发明启示的应用。那些本领域的技术人员能认识到，或使用不多于常规实验能够确定的，许多等同于在此描述的特定发明的实施例。因此，可以理解的是，前述实施方案仅作为示例的方式提出，并且，在其所附权利要求书及其等同物的范围之内，本发明的实施例的以不同于所具体描述的方式实施的也被保护。目前公开的本发明的实施例是针对本文所述的每个单独的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法。此外，如果这样的特征、系统、物品、材料、装备和/或方法并不相互矛盾，则任何两个或多个此类特征、系统、物品、材料、装备和/或方法的结合，也包括在本发明公开内容的范围内。
所有的定义，如本文中定义和使用的，应理解为受字典定义的控制，引用结合的文献中的定义，和/或定义的术语的普通意义。
不定冠词“一”和“一个”，如在本文的说明书和权利要求中使用的，除非明确指出相反的，均应被理解为是指“至少一个”。
如本文在说明书和权利要求中使用的短语“和/或”应当被理解为是指元素按照“任一个或两者”联结，即，元素在某些情况下是结合地存在，在其它的情况下是分离地存在。列出的多个元素“和/或”应该被以相同的方式解释，即“一个或多个”的元素联结。除了由“和/或”子句具体确定的要素，其它要素可任选地存在，不论是和那些明确指出的要素有关或无关。因此，作为非限制性示例，参照“A和/或B”，在与开放式语言连用时，诸如“包括”可以指，在一个实施方案中，表示只有A(任选包括除了B的其它元件)；在另一个实施方案中，表示只有B(任选包括除A之外的其它要素)；在又一个实施例中，为A和B两者(任选包括其它要素)；等等。
如在本文说明书和权利要求中所用的，“或”应被理解为与如上所定义的“和/或”具有相同的含义。例如，在列表中分离项目时，“或”或者“和/或”应被解释为包括性的，即，包括许多要素中的或要素列表中的至少一个，而且包括一个以上，以及任选地，其它未列出的项目。仅条款明确地指出相反地，如“只有一个”或“恰好之一”，或者在权利要求中使用的“由···组成，，”则指包括许多要素中的或要素列表中的恰好一个要素。一般而言，如本文所用的术语“或”，应仅被解释为表示排他性的替代(即“一个或另一个但不是两者”)当前面有排他性术语，如“任一”，“之一”“只有一个”或“正好一个”时。在权利要求中使用“基本上由”时，应当具有诸如其在专利法领域中所用的普通含义。
如在本说明书和权利要求中所使用的，短语“至少一个”根据一个或多个元素的列表，应理解为是指在元素列表中从元素中的任何一个或多个中选出的至少一种元素，但不一定包括每个中的至少一个以及要素列表内具体列出的每一个元素并且不排除元素列表中元素的任意组合。除了元素列表中明确定义的元素如短语“至少一个”所指的，该定义还允许要素可以随意地存在，不论与那些明确定义的元素是否相关或无关。因此，作为非限制性的例子，“A和B中的至少一给个”(或，等价地，“A或B中的至少一个”或，等价地“A和/或B中的至少一个”)可以指，在一个实施方案中，至少一个，可选地包括多于一个，A，但不存在B(并且可选地包括除了B之外的要素)；在另一个实施方案中，至少一个，可选地包括多于一个，B，但不存在A(且可选地包括除A之外的要素)；在又一个实施方案中，至少一个，可选地包括多于一个，A，和至少一个，可选地包括多于一个，B(且可选地包括其它要素)；等等。
除非明确指出相反地，其还应当理解为，本文所列举的任何包括多于一条步骤或条例的方法，该方法的步骤或条例的顺序不一定限于所列举方法的步骤或条例的顺序。
在上述权利要求以及说明书中，所有过渡词语如“包含”，“包括”，“携带”，“具有”，“含有”，“涉及”，“持有”，“组成”，等应被理解为是开放式的，即意指包括但不限于。仅过渡短语“由···组成”和“基本由···组成”应当分别是指封闭的或半封闭的过渡词语，如在专利审查程序中美国专利审查指南中的第2111.03部分所规定的。
Claims (34)
1.一种用于操作部署一个或多个陆基地震传感器的可移动平台，包括：
能够将陆基地震传感器部署于地中或在地面上的可控系统；以及
能够将部署于地中或地面上的陆基地震传感器取回的可控系统。
2.如权利要求1所述的可移动平台，进一步包括用于自推进的动力源。
3.如权利要求1所述的可移动平台，其中，所述可移动平台为轮式车辆和履带式车辆和附属物车辆中的一种。
4.如权利要求1所述的可移动平台，进一步包括导航系统。
5.如权利要求4所述的可移动平台，其中，所述导航系统是惯性、GPS、机器人和手动的导航系统中的一种。
6.如权利要求1所述的可移动平台，进一步包括至少一个环境可控外壳。
7.如权利要求6所述的可移动平台，其中，所述至少一个环境可控外壳足以容纳至少一个操作者。
8.如权利要求6所述的可移动平台，其中，所述至少一个环境可控外壳足以容纳多个陆基地震传感器。
9.如权利要求6所述的可移动平台，其中，所述至少一个环境可控外壳包含地震传感器充电装置。
10.如权利要求6所述的可移动平台，其中，所述的至少一个环境可控外壳包含地震传感器数据收集、存储、传输、诊断和分析的装置中的至少一个。
11.如权利要求1所述的可移动平台，其中，能够将地震传感器部署于地中或在地面上的系统还包含机械臂。
12.如权利要求1所述的可移动平台，其中，能够将地震传感器部署于地中或在地面上的系统还包含管以及柱塞或冲击组件之中的一个。
13.如权利要求1所述的可移动平台，其中，能够将地震传感器部署于地中或在地面上的系统还包含螺旋钻、螺钉和钻头组件中的至少一种。
14.如权利要求1所述的可移动平台，其中，能够将地震传感器部署于地中或在地面上的系统，其还包含气动的、液压的、流体的、机械的、电气的和手动控制的系统中的至少一种。
15.如权利要求1所述的可移动平台，其中，能够将地震传感器部署于地中或在地面上的系统至少部分地布置在外壳中可移动平台的内部。
16.如权利要求1所述的可移动平台，其中，能够将地震传感器部署于地中或在地面上的系统至少部分地布置在可移动平台的外部。
17.如权利要求1所述的可移动平台，其中，将部署于地中或地面上的陆基地震传感器取回的系统包含杆和绳索组件。
18.如权利要求1所述的可移动平台，进一步包括能测定所部署的地震传感器位于地中或地面上的状态的感测组件。
19.如权利要求18所述的可移动平台，其中，所述感测组件包含地面振动装置。
20.如权利要求18所述的可移动平台，其中，所述感测组件包含有线、无线、成缆、红外辐射和光学检测的组件中的至少一种。
21.如权利要求1所述的可移动平台，其中，一个或多个地震传感器是自动地震传感器。
22.如权利要求1所述的可移动平台，其中，一个或多个地震传感器通过有线、无线、光学、光纤光学、声学和IT传输的介质中的至少一种进行互连。
23.一种用于操作部署一个或多个陆基地震传感器的方法，包括：
提供可移动平台，该可移动平台被装备以操作部署一个或多个陆基地震传感器；和
至少一个以下步骤：
在第N个地震传感器部署位置部署第N个位于地中或地面上的地震传感器以及可控地移动所述可运动平台，并且在第N+1个地震传感器部署位置部署第N+1个位于地中或地面上的地震传感器，直到所需数目的地震传感器均被部署；
从第N个地震传感器部署位置取回部署了第N个位于地中或地面上的地震传感器以及可控地移动所述可运动平台，并且在第N+1个地震传感器部署位置取回部署了第N+1个位于地中或地面上的地震传感器，直到所需数目的地震传感器均被取回。
24.如权利要求23所述的方法，进一步包括提供权利要求1所述的可移动平台。
25.如权利要求23所述的方法，其中在部署步骤中，在部署相应的地震传感器之前创建地震传感器本地环境。
26.如权利要求25所述的方法，其中地震传感器本地环境是接地孔。
27.如权利要求23所述的方法，进一步包括将地震传感器组件的至少一部分推入地面中。
28.如权利要求23所述的方法，进一步包括将地震传感器组件的至少一部分钻或拧入地面中。
29.如权利要求23所述的方法，进一步包括在附着有地震传感器的地面处植入杆或棒。
30.如权利要求23所述的方法，进一步包括在导航到随后的地震传感器的部署位置之前对相应的部署的地震传感器的功能进行测试。
31.如权利要求23所述的方法，其中，在取回步骤中，从地面拉出地震传感器组件。
32.如权利要求23所述的方法，其中，在取回步骤中，从地面反向钻孔或拧出地震传感器组件。
33.如权利要求23所述的方法，其中，在取回步骤中，从附着有地震传感器的地面处抓取所植的杆或棒。
34.如权利要求23所述的方法，进一步包括：
在部署调查区域中系统地取回多个部署节点；
当取回节点后，从系统地取回的多个节点中的至少一个下载所收集的数据，且为每个节点充电；
在数据下载和/或充电步骤期间，将所述系统地取回的多个节点输送到新的调查区域；
在新的调查区域系统地部署多个已下载和/或充电的节点。
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