CN110515119A - 数字地震仪交叉站和电源站的混合功能站设计方案 - Google Patents

Abstract

在使用有线遥测地震仪的石油勘探生产中，经常发生因电缆断裂或个别站点故障造成通信中断而停产的情况。野外勘探施工队伍庞大，长时间等待通信网络的修复会造成重大经济损失。本发明涉及有线遥测数字地震仪的制造技术，提供一种数字地震仪交叉站和电源站的混合功能站设计方案。本发明设计的混合功能站可以快速切换执行交叉站功能或电源站功能，在野外勘探网络发生通信故障时可以快速建立冗余通信链路，无需等待故障修复就可以重建系统通信功能。不但可以全部回收先前被中断的地震数据，而且可以立即恢复正常的生产进程，实现无停工时间的野外地震勘探生产进程。

Description

数字地震仪交叉站和电源站的混合功能站设计方案

技术领域

本发明涉及有线遥测地震仪中交叉站和电源站的设计技术。

背景技术

有线遥测数字地震仪的勘探网络基本都按图1所示的拓扑结构布网。图1中垂直方向的电缆是交叉线，交叉线上的灰色菱形代表交叉站。水平方向的平行线1，2，3，4 是地震测线，地震测线上的灰色方块代表电源站，黑色圆点代表地震波采集站。每条地震测线上串联了几千个采集站，负责采集地震数据。

地震仪中的电源站负责给测线中的采集站供电，传递交叉站转发的中央站命令，并把采集站采集的地震数据回传给交叉站最终传送到中央站。

传统交叉站执行的功能如图2所示；交叉站外部接口有2个网口和2个地震测线端口，内部含有CPU和2个测线通信控制模块。交叉站CPU通过一个网口接收中央站命令，并经另一个网口转发给其他交叉站。交叉站同时又通过测线通信控制模块给左右两端的地震测线转送中央站命令。交叉站接收地震测线回传的和下游交叉站上传的地震数据，并把这些数据发送给中央站。在交叉站中的2个测线通信控制模块是完全对称的，执行相同的任务。

传统电源站执行的功能如图3所示；电源站只有2个地震测线端口，没有网口，和采集站一起串接在地震测线中。除了给采集站供电外，电源站内部也有2个测线通信控制模块，但这2个模块却被分成主动模块和被动模块，分别执行完全不同的任务。主动模块负责接收和转发从地震测线上收到的命令，被动模块负责发送本站的地震数据和转发下游电源站来的地震数据，不处理从测线上接收到的任何命令。

所以在传统地震仪中，交叉站和电源站中的测线通信控制模块执行的功能是完全不同的，必须分别设计成交叉站和电源站，并按图1的网络拓朴相互连接。

从图1中可看出，交叉站是每条地震测线命令的出发点和数据回收的汇集点。如果地震测线上任何位置发生通信故障，故障点以外的采集站就无法接收到交叉站命令，地震数据也无法回传到交叉站。

发生这种情况过去只能等待维修人员去处理和修复损坏的电缆或站点。现在的野外施工队伍经常多达数千人，大批人马怠工等待修复浪费的时间将造成重大经济损失。

发明内容

本发明提出一种包含交叉站和电源站功能的混合站设计方案，使地震勘探网络具有在发生故障时快速重建通信链路的功能。每个混合功能站的硬件和软件设计完全一样，但是能够在交叉站功能和电源站功能之间快速切换。当任何一条地震测线发生通信故障时，只需将故障测线与相邻一条正常测线中的两个混合功能站的第3个网口相连就可以构建新的通信链路，恢复被中断的数据传输，无需等待修复故障就可以立即恢复正常生产进程。

图4举例说明上述通信重建过程。当水平地震测线3的电缆x处发生故障，导致电源站A以远的数据无法传递给交叉站D。紧急救助方法是用一根迂回网线L(线缆或光缆)将测线3的电源站A和相邻测线2的电源站B连接，然后将电源站A切换成执行交叉站功能。于是交叉站A启动数据恢复程序，将保存在缓存中的测线3数据经迂回电缆L传给B，经B再传给交叉站C，最终回到中央站。这样只需加接一根迂回电缆L，不必等待修复电缆故障就可以立即恢复中断的数据和继续正常施工。使野外施工的停产时间几乎降为0，大大提高了生产效率。

为建立上述网络拓扑功能，就要求上述的A、B站点具有交叉站和电源站的混合功能，而且能快速方便地切换。图4中的所有交叉站和电源站(包括A、B、C、D、E、 F等)都可以统一设计成混合站。也可以只把地震测线上的A、B等电源站设计成混合站，可以使野外设备更轻便，因为电源站的使用数量远多于交叉站。

本发明提出一种方便快速的混合功能站的实施方案。每个混合功能站的硬件和软件设计完全一样，功能的切换快速方便。任意2条测线上任意2个混合功能站可以通过网线或光纤互相连接，就可实现无停产野外施工。混合功能站的结构原理见图5。

附图说明

下面通过参考附图并结合实例具体描述本发明。其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制。

图1.有线遥测数字地震勘探的网络拓扑结构；

图2.传统交叉站功能示意图；

图3.传统电源站功能示意图；

图4.建立迂回通信链路的示意图

图5.混合功能站的功能切换控制原理框图。

具体实施方式

如图5所示，混合功能站有3个网口(或这只保留网口3)和2个地震测线端口。内部含有CPU和2个完全相同的测线通信控制模块。网口1和网口2的作用和传统交叉站相同，用于交叉线上的通信。网口3用于建立冗余通信链路(仅用于电源站)。本发明在混合站的CPU的输出中设计了一个控制信号SetDYZ(设置电源站)。当 SetDYZ＝1，该站就被设置成执行电源站功能。如SetDYZ＝0，该站就被设置成执行交叉站功能。其实施步骤如下：

1.初始布设野外测网

开始野外生产前，在勘探网络设计的交叉站和电源站位置上都放置一个混合功能站，连接好所有电缆，然后给所有的混合功能站接通电源。上电时混合站中的CPU执行初始化时自动将SetDYZ置成1，于是所有站点在上电初始化后，内部的2个测线通信控制模块被设置成电源站模式。

另一种替换方法是交叉线上的交叉站仍然放置传统的交叉站。仅在电源站位置上布设混合站。这样下面的步骤2和3就可以跳过。

2.设置交叉站

随后中央站通过交叉线上的网口给交叉线上的第一个混合站(图4中的C和D)发送功能切换命令，让CPU将SetDYZ置成0，于是这两个站就转变成了交叉站。交叉站C和D再通过交叉线把中央站的切换命令逐级传递给交叉线上的E和F，把他们都转变成交叉站。

3.混合站执行交叉站功能

混合站执行交叉站功能原理如下；当SetDYZ＝0时，图5中的与门Y1，Y2、Y3、 Y4都被禁止，测线功能模块1和测线功能模块2的“转发测线命令”和“发送地震数据”功能都被禁止(因为交叉站不需要这2个功能)。这时2个模块完全相同，只能执行“发送CPU的命令”和“接收地震数据”功能，其结构就变成了图2所示的传统交叉站功能。交叉站给地震测线转发从网口接收到的中央站命令，并接收从地震测线回传的地震数据，最后通过网口把地震数据传递给中央站。

4.混合站执行电源站功能

混合站执行电源站功能原理如下；当SetDYZ＝1时，图5中的与门Y1，Y2、Y3、 Y4全被开放，所以测线功能模块1和测线功能模块2能执行的功能由主动模块信号 Active1和Active2的状态决定。实施方法如下：

当交叉线上的交叉站都配置完成后(SetDYZ＝0)，中央站通过交叉站给所有地震测线发送一条地震测线初始化命令(定向命令)。因为测线上每个混合站在布设勘探网络时都是不分方向随意连接的，站内的测线功能模块1和测线功能模块2与通信线路的连接也是随机的。定向命令让首先接收到命令的模块将自己设置成主动模块。假设图5中的模块1首先收到定向命令，结果Active1首先被置成1，于是模块1被标识为主动模块。2个模块的Active信号互相送到对方模块，先置成1的Active信号将对方模块的 Active强制为0，使对方变成被动模块。在图5的例子里，模块2就变成了被动模块。

现在再看图5；在模块1中因为SetDYZ＝1和Active1＝1，与门Y1＝1，结果“转发测线命令”的功能被开通。同时因为Active2＝0，与门Y2＝0，结果“发送地震数据”的功能被禁止。所以模块1能够执行“转发测线命令”和“接收地震数据”，但不能发送地震数据，就成了传统电源站中的主动模块。在地震测线中主动模块负责接收和转发交叉站的命令，同时接收上游采集站的地震数据。

再看模块2，因为SetDYZ＝1和Active2＝0，与门Y3＝0，结果“转发测线命令”的功能被禁止。又因为SetDYZ＝1和Active1＝1，与门Y4＝1，结果“发送地震数据”的功能被开通。所以模块2能执行“接收地震数据”和“发送地震数据”，但不能“转发测线命令”，成了传统电源站中的被动模块。在地震测线中被动模块执行地震数据回传的中继任务。

综上所述，SetDYZ＝1使混合站的结构变成了执行图3所示的传统电源站功能。如果是模块2先接收到定向命令，上述的结果就刚好相反。模块2就成了主动模块，模块 1是被动模块。

5.建立冗余通信路径

图4中举例水平地震测线3发生故障而通信中断，导致断点x以下的数据都无法传递给交叉站D。这时将测线3中的电源站A和测线2中的电源站B的网口3互相连接。中央站给电源站B发送命令，B将命令经网口3转发给A。该命令将电源站A切换成执行交叉站功能。于是A站先执行数据恢复程序，将上次通信故障发生时保存在本站缓存中的数据发送给B，再由B传送给交叉站C，使数据最终回传给中央站。缓存的数据恢复后，中央站就可以继续执行被中断的生产进程。伺候原来的电源站A执行交叉站功能，给断点x以下的地震测线发送交叉站命令，同时回收地震数据。执行上述操作过程快速简单，无需等待通信线路故障的修复，实现了不停产的勘探生产进程。

Claims (3)

1.一种结合传统有线遥测数字地震仪中交叉站和电源站功能的混合功能站(如图5所示)，其特征包括：

含有2个地震测线端口和3个网络端口；

具有如图2所示的传统交叉站功能，可以通过网络端口1和2接收和转发中央站的TCP/IP命令和数据，同时向地震测线端口发送命令和接收数据；

具有如图3所示的传统电源站功能，可以通过地震测线端口接收和转发交叉站命令和数据；

可进行上述2种功能之间的快速切换；

可通过网口3快速建立如图4所示的冗余通信链路。

2.根据权利要求1所述和图5所示的混合功能站结构。

3.根据权利要求1所述功能切换逻辑设计，包括图5中CPU命令，转发命令，地震数据选择多路器设计方案，以及Set_DYZ，Active控制信号设计方案。