CN110941016A - 实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统及方法，属于地震勘探领域。该系统包括：主控制器、主通讯管理单元和至少一个采集分支，每个采集分支包括：子通讯管理单元、采集控制单元和三分量检波器单元，所述子通讯管理单元与采集控制单元进行通讯，所述采集控制单元与三分量检波器单元进行通讯；所述主控制器与主通讯管理单元进行通讯，所述主通讯管理单元分别与各个采集分支中的子通讯管理单元进行通讯。通过本发明的装备和方法，解决了检波器的定向和装备在山地、茂密森林等复杂地形条件下的适应性问题，提高了采集装备的使用范围，为微地震监测等物探技术的应用提供了高精度、高质量的数据，明显提高了地震勘探的准确性。

Description

实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统及方法

技术领域

本发明属于地震勘探领域，具体涉及一种实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统及方法，主要用于微地震监测、被动源勘探中。

背景技术

自从上世纪三十年代地震勘探技术发展以来，地震记录仪器和地震物探技术不断发展。在近百年的地震物探技术发展过程中，地震采集装备是地震物探技术的关键设备，与地震物探技术的发展是相辅相成，其技术水平、性能指标和应用效果均直接关系到地震采集数据的效果。

随着勘探和开发目标的变化，地震物探技术也向不同方向发展，对地震采集装备接收系统的要求也发生了很大的变化。最近十几年以来，压裂微地震监测和被动源地震勘探技术取得了重大突破，要求地震采集装备从每次记录几秒到十几秒发展到连续采集和记录，采集方式由有线连接方式发展到节点方式。有线连接方式不适合于采集点较少、相互之间距离较远的采集模式；现有节点式，采集控制单元都是相互独立工作、采集完成后回收数据或者采集过程中人工到各个采集点回收数据，以上采集系统不能满足微地震监测等需要及时回收数据的需求。

近几年来，稀疏站点微地震监测技术有了很大发展，对采集设备提出了新的需求，三分量采集，采集点之间相距较远，尽快传输采集数据，但是现有设备不能满足其需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统及方法，为稀疏站点微地震监测实时处理提供实时的数据采集装备，解决采集系统中三分量检波器定向与调整、检波器震动保护、检波器精确布设、不同采集控制单元同步与校准、采集控制单元与中心控制单元通讯、采集数据实时传输的问题。通过本发明研制的采集系统能够为浅井微地震监测、四维地震、被动源勘探等提供高质有效的采集数据。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统，包括主控制器、主通讯管理单元和至少一个采集分支，每个采集分支包括：子通讯管理单元、采集控制单元和三分量检波器单元，所述子通讯管理单元与采集控制单元进行通讯，所述采集控制单元与三分量检波器单元进行通讯；

所述主控制器与主通讯管理单元进行通讯，所述主通讯管理单元分别与各个采集分支中的子通讯管理单元进行通讯。

所述三分量检波器单元包括：检波器主控模块、通讯模块、检波器测向模块、调整模块、三分量检波器、电缆接口；

所述检波器主控模块通过所述通讯模块与所述采集控制单元进行通讯，并计算三分量检波器的调整角度；

所述检波器测向模块利用检波器与大地电磁方向的夹角测量三分量检波器的方向信号，并将方向信号传输给检波器主控模块；

所述调整模块根据检波器主控模块发送来的调整角度，对三分量检波器的方向进行调整；

所述三分量检波器接收震动信号并将震动信号转换为电信号，将电信号通过传输电缆传输到电缆接口；所述通讯模块通过所述电缆接口与所述采集控制单元进行通讯。

所述采集控制单元包括采集主控模块、同步通讯模块、地面大地磁场测向模块、存储模块、数字化模块、电缆接口、通讯模块、GPS模块；

所述采集控制单元中的电缆接口与所述三分量检波器单元中的电缆接口连接；

所述采集主控模块通过同步通讯模块与子通讯管理单元进行通讯；所述采集主控模块通过通讯模块与电缆接口进行通讯；

所述地面大地磁场测向模块用于测量某个时间的地面大地磁场的方向，并将地面大地磁场的方向发送给采集主控模块；

所述数字化模块从电缆接口接收所述三分量检波器单元发送来的电信号，将电信号转化为数字信号，然后将数字信号发送给采集主控模块，采集主控模块将数字信号存储到存储模块中；

所述存储模块与采集主控模块连接，用于存储所述数字信号和各种参数；

所述GPS模块为采集主控模块提供标准时间和用于数字化同步的秒脉冲PPS。

所述子通讯管理单元包括子通讯主控模块、同步通讯模块、GPS模块、存储模块、子通讯模块；

所述子通讯主控模块通过子通讯模块与主通讯管理单元进行通讯；所述子通讯主控模块通过同步通讯模块与采集控制单元进行通讯；

所述GPS模块为子通讯主控模块提供标准时间、为同步通讯模块提供用于数字化同步的秒脉冲PPS；

所述存储模块与子通讯主控模块连接，用于存储采集数据和各种参数。

所述主通讯管理单元包括：主通讯主控模块、通讯模块、主通讯模块、存储模块；

所述主通讯主控模块通过所述通讯模块与主控制器进行通讯，所述主通讯主控模块通过所述主通讯模块与各个子通讯管理单元进行通讯；

所述存储模块与主通讯主控模块连接，用于存储数据和各种参数；

所述主控制器与主通讯管理单元之间通过高速无线网络或者有线网络进行通讯；所述主通讯管理单元与各个子通讯管理单元通过有线网络或者无线网络进行通讯；所述主通讯管理单元与各个子通讯管理单元之间采用云传输技术进行数据的传输；一个采集分支内的子通讯管理单元与采集控制单元通过有线网络或者无线网络进行通讯；一个采集分支内的采集控制单元与三分量检波器单元通过有线网络进行通讯。

本发明还提供一种实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集方法，所述方法对每一个采集分支均进行以下处理：

第一步，进行通讯测试，确保通讯正常；

第二步，调整三分量检波器方向，确保各个三分量检波器的接收方向与设置方向一致；

第三步，设置采集参数；

第四步，采集数据与存储。

所述第一步的操作包括：

1)启动通讯测试程序，进行初始化；

2)主控制器发送通讯测试命令；主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元接收到通讯测试命令后，逐级上传返回信号；

3)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到4)；如果否，则转到10)；所述返回信号是由主通讯管理单元发送来的，其中包括：设备的种类编号、主控制器与主通讯管理单元之间、主通讯管理单元与子通讯管理单元之间、子通讯管理单元与采集控制单元之间、采集控制单元与三分量检波器单元之间的通讯是否正常的信息；

4)根据返回信号判断主控制器与主通讯管理单元之间的通讯是否正常，如果是，则转到5)，如果否，则转到10)；

5)根据返回信号判断主通讯管理单元与子通讯管理单元之间的通讯是否正常，如果是，则转到6)，如果否，则转到10)；

6)根据返回信号判断子通讯管理单元与采集控制单元之间的通讯是否正常，如果是，则转到7)，如果否，则转到10)；

7)根据返回信号判断采集控制单元与三分量检波器单元的通讯是否正常，如果是，则转到8)，如果否，则转到10)；

8)设置系统通讯正常标志，并显示系统通讯正常，然后转到9)；

9)判断是否接收到退出通讯测试程序的命令，如果是，则转到11)，如果否，则转至2)；

10)判断是否超时，如果否，则转到3)，如果是，则转到9)；

11)退出通讯测试程序。

所述第二步的操作包括：

1)启动三分量检波器方向调整程序；

2)主控制器读取三分量检波器的方向信息；

3)初始化；

4)主控制器发送调整方向命令，所述调整方向命令中包含三分量检波器的编号、三分量检波器的设置方向；三分量检波器单元接收到调整方向命令后，根据调整方向命令中的所述设置方向调整三分量检波器的方向，然后测量三分量检波器的方向，当测得的方向与设置方向一致时，设置调整结束标志，并将设置调整结束标志放入返回信号中，然后逐级上传返回信号；

5)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到6)，如果否，则转到8)；

6)判断返回信号中是否有调整结束标志，如果是，则设置调整结束标志并显示，然后转到7)，如果否，则转到8)；

7)判断是否接收到退出三分量检波器方向调整程序的命令，如果是，则转到9)，如果否，则转到4)；

8)判定是否超时，如果否，则转到5)，如果是，则转到7)；

9)退出三分量检波器方向调整程序。

所述第三步的操作包括：

1)启动参数设置程序；

2)初始化；

3)在主控制器上修改参数；

4)判断对参数的修改是否完成，如果是，则转到5)，如果否，则转到3)；

5)主控制器发送设置参数命令；主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元接收到设置参数命令后，分别对参数进行设置，并对设置的参数进行验证，如果验证通过，则将设置正确标志放入返回信号，然后逐级上传返回信号；

6)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到7)，如果否，则转到12)；

7)判断返回信号中是否有设置正确标志，如果是，则转到8)，如果否，则转到5)；

8)设置参数标志并显示；

9)判断主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元的参数设置是否都正确，如果是，则转到10)，如果否，则转到5)；

10)设置参数设置完成标志并显示；

11)判断是否接收到退出参数设置程序的命令，如果是，则转到13)，如果否，则转到5)；

12)判断是否超时，如果否，则转到6)；如果是，则转到11)；

13)退出参数设置程序。

所述第四步的操作包括：

1)启动数据采集程序；

2)初始化；

3)主控制器发送开始采集命令；当采集控制单元接收到开始采集命令后,启动数字化模块进行工作，当检测到数字化模块有数据输出后，设置开始采集标志，并将开始采集标志放入返回信号，逐级上传返回信号；

4)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到5)，如果否，则转到10)；

5)判断返回信号中是否有开始采集标志，如果是，则转到6)，如果否，则转到10)；

6)主控制器读取采集数据并存储；

7)判断是否接收到停止采集命令，如果是，则转到8)，如果否，则转到6)；

8)主控制器发送停止采集命令；当采集控制单元接收到停止采集命令后,停止数字化模块的工作，当检测到数字化模块不再有数据输出后，设置停止采集标志，并将停止采集标志放入返回信号，然后逐级上传返回信号；

9)主控制器判断返回信号中是否有停止采集标志，如果是，则转到12)，如果否，则判断是否超时，如果超时，则转到12),如果不超时，则转到9)；

10)判定是否超时，如果是，则转到12)，如果否，则转到4)；

11)判断是否接收到退出数据采集程序的命令，如果是，则转到12),如果否，则转到3)；

12)退出数据采集程序。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的实时传输采集系统，实现了远程控制检波器方向，进而准确确定信号方向，有利于信号的定位。子通讯管理单元与采集控制单元分离，实现了检波器按照采集设计精确布设，采集控制单元靠近检波器布设，子通讯管理单元设置在通讯条件较好的位置，既降低了环境电气噪音的影响，提高了信噪比，也有利于GPS信号的接收，确保了不同采集控制单元采集信号的同步。利用云技术传输数据，可以利用公共网络实现实时传输，减低了设备生产和使用成本，有利于技术的推广应用。通过本发明研制的采集装备，解决了检波器的定向和装备在山地、茂密森林等复杂地形条件下的适应性问题，提高了采集装备的使用范围，为微地震监测等物探技术的应用提供了高精度、高质量的数据，明显提高了地震勘探的准确性。

附图说明

图1本发明系统的结构框图；

图2本发明系统的三分量检波器单元功能框图；

图3本发明系统的采集控制单元功能框图；

图4本发明系统的子通讯管理单元功能框图；

图5本发明系统的主通讯管理单元功能框图；

图6本发明系统的采集系统工作流程框图；

图7本发明的通讯测试程序流程图；

图8本发明的三分量检波器方向调整流程图；

图9本发明的参数设置流程图；

图10本发明的数据采集流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统主要解决采集系统中三分量检波器定向与调整、检波器测向及方法、检波器精确布设、不同采集控制单元同步与校准、采集控制单元与中心控制单元通讯、采集数据实时传输的问题。其中，单个三分量检波器定向方法和检波器测向及方法已经申请了专利，受理名称(申请号)分别是一种井下检波器定向系统和方法(2015106544352)和井下检波器测向系统及方法(201610851519X)，相关技术在本案不再赘述。

本发明采集系统包含了三分量检波器单元，在该单元包括方向调整装置与控制电路、测向模块，可以根据主控制器命令调整检波器的方向，实现了远程控制检波器方向，进而准确确定信号方向，有利于信号的定位。

如图1所示，本发明的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统包括三分量检波器单元M12、采集控制单元M13、子通讯管理单元M14、主通讯管理单元M15、主控制器M11。

三分量检波器单元M12一方面根据接收到的命令调整检波器的方向，另一方面检测震动信号并将震动信号转换为模拟电信号，并将模拟电信号传输到采集控制单元M13，由采集控制单元M13对模拟电信号进行数字化，完成信号模数转换，将模拟信号转换为数字信号并进行存储。子通讯管理单元M14负责与主通讯管理单元M15进行通讯，传输控制信号，将采集数据进行实时传输；主通讯管理单元M15接收主控制器M11的命令，向相应的子通讯管理单元M14发送命令，读取采集数据，并将其传输到主控制器M11；主控制器M11安装系统控制程序、数据整理及处理程序，对系统进行控制，对采集数据进行整理，按照选定格式存储为标准格式文件，如SEGD、SGY等文件。

一个实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统包含一个主控制器M11、一个主通讯管理单元M15、多个子通讯管理单元M14，多个采集控制单元M13、多个三分量检波器单元M12，而子通讯管理单元M14、采集控制单元M13、三分量检波器单元M12是一一对应的，子通讯管理单元M14、采集控制单元M13、三分量检波器单元M12形成一个采集分支(图1中的省略号表示有多个采集分支)。主控制器M11为主通讯管理单元M15的上一级，主通讯管理单元M15是子通讯管理单元M14的上一级，子通讯管理单元M14是采集控制单元M13的上一级，采集控制单元M13是三分量检波器单元M12的上一级，命令从上级逐级向下下级传输，数据从下级逐级向上级传输。主通讯管理单元M15分别与多个采集分支进行通讯。每一个主控制器M11与一个主通讯管理单元M15连接，它们之间通过高速无线或者有线进行连接、通讯。一个主通讯管理单元M15与多个子通讯管理单元M14进行通讯，通讯方式可以根据现场条件选择有线或者无线。主通讯管理单元与子通讯管理单元之间采用云传输技术。一个子通讯管理单元M14与一个采集控制单元M13连接，通讯方式为有线，特殊情况也可以为无线。有线连接时，子通讯管理单元M14为采集控制单元M13提供同步信号。一个采集控制单元M13连接一个三分量检波器单元M14，二者之间通过有线连接，它们之间既有数字信号通讯，也有模拟信号连接。采集控制单元M13为三分量检波器单元M12提供控制命令，三分量检波器单元M12根据命令调整三分量检波器的方向。

图2是图1中的三分量检波器单元M12的功能框图。三分量检波器单元M12主要包括检波器主控模块M21、通讯模块M22、检波器测向模块M23、三分量检波器方向调整模块M24、三分量检波器M25、模拟电信号连接电缆M26。所述检波器主控模块M21是控制核心，它通过通讯模块M22与采集控制单元M13交换信息，并根据检波器测向模块M23发送来的三分量检波器的方向信号、采集控制单元发送来的设计的方向和地面大地磁场的方向计算检波器的调整角度。检波器测向模块M23利用检波器与大地电磁方向的夹角测量得到三分量检波器的方向信号(检波器测向模块M23是采用“井下检波器测向系统及方法(201610851519X)”公开的系统及方法实现的)，并将方向信号传输到主控模块M21，由主控模块M21经通讯模块M22向上传输。调整模块M24(调整模块M24是采用“一种井下检波器定向系统和方法(2015106544352)”公开的系统及方法实现的。)根据主控模块M21的命令，调整三分量检波器M25的方向。三分量检波器M25接收震动信号并将震动信号转换为电信号，电信号通过传输电缆M26传输到电缆接口M27。电缆接口M27上既有数字信号，也有模拟信号，通过电缆与采集控制单元M13连接。

图3是图1中的采集控制单元M13功能框图。采集控制单元M13主要包括采集主控模块M31、同步通讯模块M32、地面大地磁场测向模块M33(图3中的地面大地磁场测向模块M33是测量某个时间地面大地磁场的方向，图2中的检波器测向模块M23是测量检波器与当时大地电磁方向的夹角。计算调整检波器方向的角度时需要根据地面大地磁场测向模块M33测量的地面大地磁场方向来确定。)、存储模块M34、数字化模块M35、模拟信号传输电缆M36、电缆接口M37、通讯模块M38、GPS模块M39。采集主控模块M31是采集控制单元M13的控制核心，通过同步通讯模块M32与子通讯管理单元M14进行信号交换，接收地面大地磁场测向模块M33的方向信息并通过同步通讯模块M32传递给子通讯管理单元M14。存储模块M34用于存储采集数据和各种参数。数字化模块M35将通过信号电缆M36传输来的模拟信号转化为数字信号。电缆接口M37包含模拟信号和通讯数字信号。通讯模块M38用于通讯信号的转换和驱动(检波器的模拟信号和通讯数字信号都连接到M37上。通讯模块M38的作用是对信号进行转换和驱动，如TTL信号变为差分信号，差分信号变为TTL信号，放大信号以便提高驱动能力，增强抗干扰性能等，所有通讯模块均具有转换和驱动功能)。GPS模块M39为主控模块M31提供标准时间和用于数字化同步的秒脉冲PPS，M13只在GPS模块正常输出PPS时进行采集，没有时就不进行采集，通过记录没有进行采集的时间，在收集数据时对没有进行采集的位置以0填充。数字化模块M35的同步信号既可以使用GPS模块的PPS，也可以使用子通讯管理单元M14中GPS模块的PPS，由主控模块M31进行控制。图2中的M27通过外接电缆直接与图3中的M37连接，M32与M14连接。

图4是图1中的子通讯管理单元M14的功能框图。子通讯管理单元M14包括子通讯主控模块M41、同步通讯模块M42、GPS模块M43、存储模块M44、子通讯模块M45。子通讯主控模块M41通过子通讯模块M45与主通讯管理单元M15进行信号交换，接收命令，传输数据。同步通讯模块M42具有子通讯管理单元M14与采集控制单元M13通讯信号转换和同步信号驱动的功能。GPS模块M43为主控模块M41提供标准时间和为采集控制单元M13同步的秒脉冲PPS。存储模块M44用于存储采集数据和各种参数。子通讯模块M45进行通讯信号转换和驱动。

图5是图1中的主通讯管理单元M15的功能框图，主要包含主通讯主控模块M51、通讯模块M52、主通讯模块M53、存储模块M54。主通讯主控模块M51主要通过通讯模块M52与主控制器M11进行通讯，接收命令，对子通讯管理单元M14进行管理和控制。通讯模块M52具有主通讯管理单元M15与主控制器M11通讯信号转换和驱动的功能(通讯模块M52连接M15和M11，主通讯模块M53连接M15和各个M14。)，可以是有线，也可以是无线。主通讯模块M53具有主通讯管理单元M15与子通讯管理单元M14通讯信号转换和驱动的功能，可以是有线方式，也可以是无线方式。存储模块M54用于存储采样与通讯等参数。本发明中的通讯模块、同步通讯模块都是由现有的多个集成电路和电阻、电容等多种元器件组合起来的模块，其功能是实现信号的转换和驱动。

下面以一个主控制器M11、一个主通讯管理单元M15、一个子通讯管理单元M14，一个采集控制单元M13、一个三分量检波器单元M12组成的采集系统进行说明。对于有多个M12的系统，每条分支均采用图6-图10的步骤，只是在主控制器M11上对各个分支进行同步和校准即可。

图6是本发明采集系统的工作流程框图。按照观测系统，进行设备安装和布设，设备安装完成后，按照下面步骤进行工作，完成数据采集工作。

第一步是通讯测试，确保通讯正常；第二步，调整三分量检波器方向，确保各个三分量检波器的接收方向与设计方向一致；第三步，系统采集参数设置；第四步，数据采集与存储系统工作。

图7是图6中的通讯测试步骤的程序流程图。启动通讯测试后，首先进行初始化工作，初始化完成后主控制器向下发送通讯测试命令，然后等待返回信号。返回信号中包含设备种类编号、通讯情况等信息。如果收到返回信号，依次判断是否收到M15、M14、M13、M12通讯正常的信息(信息依次从M12、M13、M14、M15传递到M11，由M11对所有信号进行判断，例如如果M12没有信息给M13,则M13会在传给M14的数据中加入M12连接不上的信息。其它依此类推。)，即根据返回信号检查主控制器M11与主通讯管理单元M15、主通讯管理单元M15与子通讯管理单元M14、子通讯管理单元M14与采集控制单元M13、采集控制单元M13与三分量检波器单元M12的通讯是否正常，如果全部正常，则设置通讯正常标志，并在主控制器M11的桌面上进行显示，否则进行超时判断。如果超时，则重新发送测试命令。否则，等待接收返回信号。系统通讯测试全部正常后，通过人机界面由操作员确定是否退出通讯测试程序。同时，在超时之后，也进行是否退出命令判断，进而确定是否退出通讯测试程序。

具体工作流程如下：

1)启动通讯测试程序，进行初始化。初始化主要根据预先编辑好的文件导入工作参数，如采集控制单元数量、编号、位置等信息；

2)主控制器M11发送测试命令；主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元接收到通讯测试命令后，逐级上传返回信号；

3)主控制器判断是否接收到返回信号，返回信号中包含设备种类编号、主控制器与主通讯管理单元之间、主通讯管理单元与子通讯管理单元之间、子通讯管理单元与采集控制单元之间、采集控制单元与三分量检波器单元之间的通讯情况等信息。如果收到返回信号，转到4)；如果没有，则转10)；

4)判断M15通讯是否正常。如果正常，转到5)。如果没有，则转10)；

5)判断M14通讯是否正常。如果正常，转到6)。如果没有，则转10)；

6)判断M13通讯是否正常。如果正常，转到7)。如果没有，则转10)；

7)判断M12通讯是否正常。如果正常，转到8)。如果没有，则转10)；

8)设置系统通讯正常标志，并显示系统通讯正常，然后转到9)；

9)等待退出通讯测试命令(该命令由操作人员发出)，如果有，则转到11)。如果没有，转至2)；

10)超时判断，如果没有超时，则转至3)。否则，转至9)；

11)退出通讯测试程序。

图8是图6中的检波器方向调整步骤的流程图。根据观测系统设计，确定三分量检波器布设位置和检波器方向，形成检波器方向参数表。

具体工作流程如下：

1)启动三分量检波器方向调整程序；

2)读取检波器的方向参数表，此表中包含当前系统内每个三分量检波器的方向信息；

3)初始化；

4)发送调整方向命令：调整方向命令中包含检波器方向、设置方向信息，M11发出的调整方向命令通过M15、M14、M 13依次传递到M12；当三分量检波器单元M12收到调整方向命令后,根据收到的设置方向由调整模块M24调整检波器方向，并通过测向模块M23测量检波器的方向。当测得方向数值与设置方向一致时，设置调整结束标志，将调整结束标志放入返回信号中，逐级上传返回信号，直到M11中；

5)M11等待接收返回信号。如果收到返回信号，转到6)。如果没有，则转8)；

6)M11根据是否有调整结束标志判断调整是否结束，如果是，则设置调整结束标志并显示，然后转7)，如果否，则转8)；

7)等待退出三分量检波器方向调整程序命令(该命令由操作人员发出)。如果有，则转9)。如果没有，转至4)；

8)超时判断，如果没有超时，则转至5)，否则，转至7)。

9)退出三分量检波器方向调整程序。

图9是图6中的参数设置步骤的流程图。主控制器M11发送设置参数命令(此命令中包含需要设置的参数，如采用间隔等)，下面设备按照接收到的命令进行设置(设置的参数包括了M12、M13、M14、M15的参数)，并返回相应信息。直至参数全部设置正确为止。

具体工作流程如下：

1)启动参数设置程序；

2)初始化；

3)修改参数：在M11上修改参数；

4)判断在M11上对参数的修改是否完成：通过菜单形式对各个单元参数进行显示和修改，界面上设置完成按钮，点击完成按钮即表示设置完成)，如果完成，转至5)，否则转至3)；

5)向M15发送设置参数命令；M15再向M14发送命令，最后传送到M12；主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元接收到设置参数命令后，根据命令中给出的参数分别对参数进行设置，并对设置的参数进行验证，如果验证通过，则将设置正确标志放入返回信号，然后逐级上传返回信号

6)等待返回信号，如果收到返回信号，转到7)。如果没有，则转12)；

7)判断返回信号中是否有设置正确标志，如果是，转至8)，否则，转至5)；

8)设置参数标志并显示；

9)判断设置是否结束(通过对预先设置的需要修改参数的所有单元进行“设置正确”标志进行判断。如果所有单元都正确，则表示设置结束。如果不是全部正确，则继续对不正确的单元进行设置。)，如果结束，转至10)，否则转至5)；因为涉及多个单元的参数设置，一次发送有可能不能全部完成，所以分多次发送；

10)设置参数设置完成标志并显示；

11)等待退出参数设置程序命令(该命令由操作人员发出)，如果有，则转13)，否则转至5)；

12)超时判断，如果没有超时，则转至6)；否则，转至11)；

13)退出参数设置程序。

图10是图6中的数据采集步骤的流程图。首先，主控制器发送开始采集命令，启动采集控制单元进行数据采集。所有采集控制单元正常采集后，接收采集数据并进行存储。同时，判断是否有停止采集命令。如果没有收到停止采集命令，则继续读取采集数据并存储。当M15收到M11发来的停止采集命令后，M15向各个M14发送停止采集命令，等待采集控制单元全部停止。如果收到全部停止采集信息，则退出，否则进行超时判断。如果超时，则退出数据采集程序。否则，等待全部停止采集信息。

具体工作流程如下：

1)启动数据采集程序；

2)初始化；

3)发送开始采集命令；当采集控制单元M13收到开始采集命令后,启动数字化模块M35进行工作，当检测到数字化模块有转换数据输出后，设置开始采集标志，并将开始采集标志放入返回信号，逐级上传返回信号；

4)主控制器等待返回信号，如果收到返回信号，转到5)；如果没有，则转10)；

5)根据返回信号是否有开始采集标志判断是否开始采集，如果是，转至6)，否则转至10)；

6)读取采集数据并存储；

7)判断是否有停止采集命令(该命令由操作人员发出)。如果有，转至8)，否则转至6)；

8)发送停止采集命令(该命令由操作人员发出，方法是在主控制器M11操作界面上设置开始采集、停止采集、退出等按键，通过人工进行操作实现相应的功能。)。当采集控制单元M13收到停止采集命令后,停止数字化模块的工作，当检测到数字化模块不再有数据输出后，设置停止采集标志，并将停止采集标志放入返回信号，逐级上传返回信号；

9)判断返回信号中是否有停止采集标志，如果是，转至12)。否则判断是否超时，如果超时，转至12),否则转9)；

10)超时判断。如果超时，转12)。否则至4)。

11)判断是否有退出命令(该命令由操作人员发出)。如果是，转至12),否则转3)；

12)退出数据采集程序。

本发明与传统流程的不同之处在于：

(1)三分量检波器自动定向和调整。

(2)远程控制和调整三分量检波器的方向。

(3)子通讯管理单元与采集控制单元分离，实现了检波器精确布设，采集控制单元就近采集，GPS准确授时。

(4)同步信号与采集控制单元分离。(在子通讯管理单元M14中，将GPS的秒脉冲连接到PPS信号增强后连接到同步通讯模块M42，经过放大后传递给采集控制单元M13，采集控制单元M13以此信号作为数字化模块M35的同步信号，从而实现同步信号与采集控制单元分离。)

(5)采用云传输技术进行数据实时传输：主通讯管理单元与子通讯管理单元之间采用云传输技术。

通过本发明研制的采集装备，解决了检波器的定向和装备在山地、茂密森林等复杂地形条件下的适应性，提高了采集装备的使用范围，为微地震监测等物探技术的应用提供高精度、高质量的数据，明显提高地震勘探采集数据的质量。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统，其特征在于：所述系统包括：主控制器、主通讯管理单元和至少一个采集分支，每个采集分支包括：子通讯管理单元、采集控制单元和三分量检波器单元，所述子通讯管理单元与采集控制单元进行通讯，所述采集控制单元与三分量检波器单元进行通讯；

所述主控制器与主通讯管理单元进行通讯，所述主通讯管理单元分别与各个采集分支中的子通讯管理单元进行通讯。

2.根据权利要求1所述的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统，其特征在于：所述三分量检波器单元包括：检波器主控模块、通讯模块、检波器测向模块、调整模块、三分量检波器、电缆接口；

所述检波器主控模块通过所述通讯模块与所述采集控制单元进行通讯，并计算三分量检波器的调整角度；

所述检波器测向模块利用检波器与大地电磁方向的夹角测量三分量检波器的方向信号，并将方向信号传输给检波器主控模块；

所述调整模块根据检波器主控模块发送来的调整角度，对三分量检波器的方向进行调整；

所述三分量检波器接收震动信号并将震动信号转换为电信号，将电信号通过传输电缆传输到电缆接口；所述通讯模块通过所述电缆接口与所述采集控制单元进行通讯。

3.根据权利要求1所述的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统，其特征在于：所述采集控制单元包括采集主控模块、同步通讯模块、地面大地磁场测向模块、存储模块、数字化模块、电缆接口、通讯模块、GPS模块；

所述采集控制单元中的电缆接口与所述三分量检波器单元中的电缆接口连接；

所述采集主控模块通过同步通讯模块与子通讯管理单元进行通讯；所述采集主控模块通过通讯模块与电缆接口进行通讯；

所述地面大地磁场测向模块用于测量某个时间的地面大地磁场的方向，并将地面大地磁场的方向发送给采集主控模块；

所述数字化模块从电缆接口接收所述三分量检波器单元发送来的电信号，将电信号转化为数字信号，然后将数字信号发送给采集主控模块，采集主控模块将数字信号存储到存储模块中；

所述存储模块与采集主控模块连接，用于存储所述数字信号和各种参数；

所述GPS模块为采集主控模块提供标准时间和用于数字化同步的秒脉冲PPS。

4.根据权利要求1所述的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统，其特征在于：所述子通讯管理单元包括子通讯主控模块、同步通讯模块、GPS模块、存储模块、子通讯模块；

所述子通讯主控模块通过子通讯模块与主通讯管理单元进行通讯；所述子通讯主控模块通过同步通讯模块与采集控制单元进行通讯；

所述GPS模块为子通讯主控模块提供标准时间、为同步通讯模块提供用于数字化同步的秒脉冲PPS；

所述存储模块与子通讯主控模块连接，用于存储采集数据和各种参数。

5.根据权利要求1所述的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统，其特征在于：所述主通讯管理单元包括：主通讯主控模块、通讯模块、主通讯模块、存储模块；

所述主通讯主控模块通过所述通讯模块与主控制器进行通讯，所述主通讯主控模块通过所述主通讯模块与各个子通讯管理单元进行通讯；

所述存储模块与主通讯主控模块连接，用于存储数据和各种参数；

所述主控制器与主通讯管理单元之间通过高速无线网络或者有线网络进行通讯；所述主通讯管理单元与各个子通讯管理单元通过有线网络或者无线网络进行通讯；所述主通讯管理单元与各个子通讯管理单元之间采用云传输技术进行数据的传输；一个采集分支内的子通讯管理单元与采集控制单元通过有线网络或者无线网络进行通讯；一个采集分支内的采集控制单元与三分量检波器单元通过有线网络进行通讯。

6.一种利用权利要求1至5任一所述的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集系统实现的实时传输的分散式浅井微地震监测数据采集方法，其特征在于：所述方法包括：

第一步，进行通讯测试，确保通讯正常；

第二步，调整三分量检波器方向，确保各个三分量检波器的接收方向与设置方向一致；

第三步，设置采集参数；

第四步，采集数据与存储。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第一步的操作包括：

1)启动通讯测试程序，进行初始化；

2)主控制器发送通讯测试命令；主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元接收到通讯测试命令后，逐级上传返回信号；

3)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到4)；如果否，则转到10)；所述返回信号是由主通讯管理单元发送来的，其中包括：设备的种类编号、主控制器与主通讯管理单元之间、主通讯管理单元与子通讯管理单元之间、子通讯管理单元与采集控制单元之间、采集控制单元与三分量检波器单元之间的通讯是否正常的信息；

4)根据返回信号判断主控制器与主通讯管理单元之间的通讯是否正常，如果是，则转到5)，如果否，则转到10)；

5)根据返回信号判断主通讯管理单元与子通讯管理单元之间的通讯是否正常，如果是，则转到6)，如果否，则转到10)；

6)根据返回信号判断子通讯管理单元与采集控制单元之间的通讯是否正常，如果是，则转到7)，如果否，则转到10)；

7)根据返回信号判断采集控制单元与三分量检波器单元的通讯是否正常，如果是，则转到8)，如果否，则转到10)；

8)设置系统通讯正常标志，并显示系统通讯正常，然后转到9)；

9)判断是否接收到退出通讯测试程序的命令，如果是，则转到11)，如果否，则转至2)；

10)判断是否超时，如果否，则转到3)，如果是，则转到9)；

11)退出通讯测试程序。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第二步的操作包括：

1)启动三分量检波器方向调整程序；

2)主控制器读取三分量检波器的方向信息；

3)初始化；

4)主控制器发送调整方向命令，所述调整方向命令中包含三分量检波器的编号、三分量检波器的设置方向；三分量检波器单元接收到调整方向命令后，根据调整方向命令中的所述设置方向调整三分量检波器的方向，然后测量三分量检波器的方向，当测得的方向与设置方向一致时，设置调整结束标志，并将设置调整结束标志放入返回信号中，然后逐级上传返回信号；

5)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到6)，如果否，则转到8)；

6)判断返回信号中是否有调整结束标志，如果是，则设置调整结束标志并显示，然后转到7)，如果否，则转到8)；

7)判断是否接收到退出三分量检波器方向调整程序的命令，如果是，则转到9)，如果否，则转到4)；

8)判定是否超时，如果否，则转到5)，如果是，则转到7)；

9)退出三分量检波器方向调整程序。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第三步的操作包括：

1)启动参数设置程序；

2)初始化；

3)在主控制器上修改参数；

4)判断对参数的修改是否完成，如果是，则转到5)，如果否，则转到3)；

5)主控制器发送设置参数命令；主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元接收到设置参数命令后，分别对参数进行设置，并对设置的参数进行验证，如果验证通过，则将设置正确标志放入返回信号，然后逐级上传返回信号；

6)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到7)，如果否，则转到12)；

7)判断返回信号中是否有设置正确标志，如果是，则转到8)，如果否，则转到5)；

8)设置参数标志并显示；

9)判断主通讯管理单元、子通讯管理单元、采集控制单元、三分量检波器单元的参数设置是否都正确，如果是，则转到10)，如果否，则转到5)；

10)设置参数设置完成标志并显示；

11)判断是否接收到退出参数设置程序的命令，如果是，则转到13)，如果否，则转到5)；

12)判断是否超时，如果否，则转到6)；如果是，则转到11)；

13)退出参数设置程序。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述第四步的操作包括：

1)启动数据采集程序；

2)初始化；

3)主控制器发送开始采集命令；当采集控制单元接收到开始采集命令后,启动数字化模块进行工作，当检测到数字化模块有数据输出后，设置开始采集标志，并将开始采集标志放入返回信号，然后逐级上传返回信号；

4)主控制器判断是否接收到返回信号，如果是，则转到5)，如果否，则转到10)；

5)判断返回信号中是否有开始采集标志，如果是，则转到6)，如果否，则转到10)；

6)主控制器读取采集数据并存储；

7)判断是否接收到停止采集命令，如果是，则转到8)，如果否，则转到6)；

8)主控制器发送停止采集命令；当采集控制单元接收到停止采集命令后,停止数字化模块的工作，当检测到数字化模块不再有数据输出后，设置停止采集标志，并将停止采集标志放入返回信号，然后逐级上传返回信号；

9)主控制器判断返回信号中是否有停止采集标志，如果是，则转到12)，如果否，则判断是否超时，如果超时，则转到12),如果不超时，则转到9)；

10)判定是否超时，如果是，则转到12)，如果否，则转到4)；

11)判断是否接收到退出数据采集程序的命令，如果是，则转到12),如果否，则转到3)；

12)退出数据采集程序。

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