DE112020000702T5

DE112020000702T5 - Mikrobewegungserfassungsgerät, drahtloses fernmesssystem und datenqualitätsüberwachungsverfahren

Info

Publication number: DE112020000702T5
Application number: DE112020000702.2T
Authority: DE
Inventors: Xuefeng Tang; Xin Hu; Xiaolu YU; Yang Yang; Jing Chen
Original assignee: Hefei Guowei Electronics Co Ltd
Current assignee: Hefei Guowei Electronics Co Ltd
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-11-18
Also published as: CN109856675B; WO2020177491A1; KR20210131413A; CN109856675A

Abstract

Die Erfindung offenbart ein Mikrobewegungserfassungsgerät, ein System und ein Datenqualitätsüberwachungsverfahren und gehört zum elektrotechnischen Gebiet von Seismografen. Dabei ist vorgesehen, dass das Mikrobewegungserfassungsgerät an einem Ausgang eines Geophons angeschlossen ist und ein Datenerfassungsmodul, ein Datenverarbeitungsmodul, ein Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul, ein GPS-Modul und ein Datenspeichermodul umfasst. Der Ausgang des Geophons ist mit dem Datenerfassungsmodul verbunden; sowohl das Datenerfassungsmodul als auch das GPS-Modul sind mit dem Datenverarbeitungsmodul verbunden; das Datenverarbeitungsmodul, das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul und das Datenspeichermodul sind allesamt mit einer eingebetteten Linux-Systemplattform verbunden. Durch standardmäßige GPS-Satellit-Zeitsignale werden innere Taktsignale automatisch und realzeitig korrigiert, sodass während einer langzeitigen Datenerfassung die Synchronisierung der Datenerfassungen von jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten gewährleistet wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das elektrotechnische Gebiet von Seismografen, insbesondere auf ein Mikrobewegungserfassungsgerät, ein System und ein Datenqualitätsüberwachungssystem.
STAND DER TECHNIK
In der Natur gibt es geringe Amplituden und gewisse periodische Vibrationen überall auf der Erde. In physikalischer Erforschung werden solche Signale in der Regel als Mikrobewegungen bezeichnet. Eine Mikrobewegung besitzt keine spezifische Vibrationsquelle, sondern ist aus gesammelten einfallenden Wellen in unterschiedlichen Richtungen gebildet. Mittels eines Array-Beobachtungssystems werden schwache Erschütterungen des Bodens aufgezeichnet, und dann wird aus Mikrobewegungsdaten eine Frequenzdispersionskurve der Rayleigh-Wellen-Phasengeschwindigkeit gemäß dem Datenverarbeitungsverfahren extrahiert, und dann invertieren, um die Strukturinformationen der Formationsscherwellengeschwindigkeit zu erhalten. Ein derartiges geophysikalisches Detektionsverfahren wird normalerweise als eine Mikrobewegungsdetektion bezeichnet. Die Mikrobewegungsdetektion ist mittels natürlichen Quellen schon realisierbar und braucht keine künstliche Vibrationsquelle anzuwenden. Dadurch wird vermieden, die Umgebung durch aktive Erdbeben zu beschädigen. Die Mikrobewegungsdetektion ist eine bedeutende technische Maßnahme für Ressourcenexploration.
In der Gegenwart können kabelbasierte zentralisierte Erforschungsapparate und kabellose Speicherapparate zur Mikrobewegungsdetektion ihren Gebrauch finden. Bei einer zentralisierten Erforschung werden Geophone jeweils mittels Kabeln an Datenerfassungsgeräten angeschlossen und dann verteilt angeordnet, um ein Array-Beobachtungssystem einzurichten. Der Nachteil solcher Apparate ist darin angesehen, dass wegen der Beschränkung von Kabeln die Verdrahtungen der Mikrobewegungsarrays in freier Natur schwierig durchgeführt sind, besonders in topographisch komplexen Regionen, dabei hohe Personalausgaben erfordert sind, das Einrichten von Arrays in großen Regionen sowie die Anforderung einer Mikrobewegungsdetektion in topographisch komplexen Regionen nicht erfüllt werden können.
Kabellose Speicherapparate beziehen sich auf eine autonome Datenerfassungsstation mit Knoten. Während der Arbeitsführung werden erfasste Daten in einer Erfassungsstation gespeichert. Nach der Arbeitsführung werden die auf Apparaten gespeicherten Daten heruntergeladen und dann bedarfsweise zu einer endgültig benötigten Datendatei synthetisiert.
Erstens sind kabellose Speicherapparate leicht ausgebildet und können bequem sowie hocheffektiv in freier Natur eingerichtet werden. Sie werden nicht von natürlicher Umgebung wie Erdoberfläche beeinträchtigt, und sie können verschiedene komplexe Erdoberflächenbedingungen erfüllen und der Mikrobewegungsdetektion zur Verfügung stehen. Trotzdem ist schwierig, einen herkömmlichen kabellosen Speicherapparat zur Mikrobewegungsdetektion anzuwenden, weil die Vibrationsamplitude eines Mikrobewegungssignals sehr gering ist, Faktor in natürlicher Szene sowie künstliche Faktor einen großen Einfluss auf Signalamplitude ausüben können, die erfassten Daten unvermeidlich Störungen aus der Umgebung wie z.B. Fahrzeugkommunikation, menschliche Aktivitäten, Vibrationen aus der Arbeitsausführung, Wetterveränderungen oder dergleichen, mitnehmen. In einem herkömmlichen kabellosen Speicherapparat führen eine wahrscheinliche Nullpunktdrift des Signalserfassungssystems und eine Kabelstörung und dergleichen zu Rauschen, sogar die eigenen Rauschensignale einiger Geräte löschen Mikrobewegungssignalanteile aus, die die Erdschichteninformation charakterisieren können. Als Folge erfolgt keine wirksame Mikrobewegungserforschung. Daher scheint der Hardware-Entwurf des Datenerfassungssystems außerordentlich wichtig.
Zweitens werden bei vorhandenen kabellosen Speicherapparaten Daten üblicherweise nach der Arbeitsausführung abgeleitet, anschließend wird eine Dateninterpretation und -auswertung ausgeführt. Diesem Arbeitsmodus fehlt es an fernbedienten, realzeitigen und zuverlässigen Maßnahmen zur Überwachung und Aufzeichnung sowie zur Qualitätsüberwachung vor Ort in freier Natur, was nachteilig für die Mikrobewegungsdetektion ist. Zugleich ist noch zu berücksichtigen, dass es eine große Anzahl von Faktoren gibt, die die Mikrobewegungsdetektion beeinflussen und daher ein Personal vor Ort die Datenqualität nicht rechtzeitig bewerten kann. Zur Sicherstellung der Datenqualität ist eine redundante Datenerfassungszeit zu verlangen, was zur Reduktion der Baueffizienz sogar zur Nacharbeit führt.
Zur Lösung des Problems von einer Mikrobewegungsdatenqualitätsüberwachung vor Ort wird eine fernbediente Fernmessendgerätsteuerung üblich im verteilten Überwachungssystem verwendet und immer noch weit verbreitet. Fernmessung ist eine Technologie zur Ermöglichung eines fernbedienten Tests, bei der Hintergrundrauschensignale aus natürlichen Quellen im Nahbereich erfasst und auf eine Fernrechnerstation übertragen werden. In einem Erdbebenerforschungssystem umfasst ein Fernmesssystem ein Geophon, ein Kommunikationsgerät und ein Datenverarbeitungsgerät. Ein Datenerfassungsgerät und die Signalübertragungstechnik sind zwei kritische Technologien. Die Performance des Fernmesssystems wird durch die Abtastgenauigkeit, die Zuverlässigkeit des Datenerfassungsgeräts sowie die Übertragungsgeschwindigkeit und die Störsicherheit des Kommunikationssystems und dergleichen bestimmt.
In der Gegenwart sind ZigBee, Bluetooth und WiFi als drei übliche drahtlose Nahübertragungstechnologien für Kommunikationsgeräte im Fernmesssystem. Alle diesen drei drahtlosen Übertragungstechnologien enthalten die Nachteile, beispielsweise einen kleinen Übertragungsumfang, eine niedrige Datenübertragungsrate, eine begrenzte Reichweite und einen schlechte Mobilitätszustand. WiFi verfügt über eine große Übertragungsrate, sie kann in freier Natur durch Einrichten von Basisstationen die Topologie der Reichweite eines drahtlosen lokalen Netzwerks ermöglichen, und sie stellt eine Verbindung mit Basisstationen durch Integrieren von WiFi-Modulen in Erfassungsstationen her; aber während einer praktischen Erforschungsanwendung ist umständlich, Einrichten der Basisstationen zusammenzusammeln. Insbesondere verlangt ein Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung für eine große Region mehr Basisstationen, sodass das Arbeitstempo stark beeinträchtigt wird. Zugleich ist noch schwierig, in topographisch komplexer Naturumgebung die Übertragungsgeschwindigkeit sowie die Zuverlässigkeit dabei wirksam zu gewährleisten.
TECHNISCHES PROBLEM
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Probleme im Stand der Technik zu beseitigen, die Exaktheit der Mikrobewegungserforschung zu erhöhen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Zum obigen Zweck verwendet die vorliegende Erfindung ein Mikrobewegungserfassungsgerät, welches an einem Ausgang eines Geophons angeschlossen ist und ein Datenerfassungsmodul, ein Datenverarbeitungsmodul, ein Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul, ein GPS-Modul und ein Datenspeichermodul umfasst, wobei der Ausgang des Geophons mit dem Datenerfassungsmodul verbunden ist, sowohl das Datenerfassungsmodul als auch das GPS-Modul mit dem Datenverarbeitungsmodul verbunden sind, das Datenverarbeitungsmodul, das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul und das Datenspeichermodul allesamt mit einer eingebetteten Linux-Systemplattform verbunden sind.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass das Datenerfassungsmodul mindestens einen Synchronerfassungskanal umfasst, wobei jeder Synchronerfassungskanal einen Bandpassfilter und einen ADC-Wandlerchip umfasst, die über einen variablen Gewinnverstärker verbunden sind.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass das Datenspeichermodul ein Flash-Modul und ein USB-Schnittstellen-Modul zum Einstecken eines USB-Sticks umfasst.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul mit einem Server verbunden ist.
Andererseits wird erfindungsgemäß ein drahtloses Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion bereitgestellt, umfassend einen Server, einen Benutzerclient und ein aus vorgenannten Mikrobewegungserfassungsgeräten zusammengesetztes Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung, wobei ein Datenübertragungskanal zwischen dem Mikrobewegungserfassungsgerät und dem Server und ein Datenübertragungskanal zwischen dem Server und dem Benutzerclient beide mittels einer Internetkommunikation aufgebaut werden.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass der Datenübertragungskanal ein Socket-Kommunikationsübertragungskanal ist.
Andererseits wird erfindungsgemäß ein Datenqualitätsüberwachungsverfahren bereitgestellt, bei dem ein erfasstes Mikrobewegungssignal in Realzeit verarbeitet und bewertet werden kann, umfassend folgende Schritte:

S1. Empfangen des vom Server weitergeleiteten Datenpakets durch den Benutzerclient, in dem eine GPS-Zeitstempelinformation und eine Zifferinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts eingefügt sind;
S2. Trennen von Zeitstempel, Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts und vom Mikrobewegungserfassungsgerät in Realzeit erfassten Abtastdaten aus dem Datenpaket, wobei die Abtastdaten sich ergeben, indem das Mikrobewegungserfassungsgerät gemäß festgelegten Abtastparametern eine Abtastung durchführt;
S3. in Abhängigkeit von einer mit der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts zugewiesenen Datendatei, Speichern der Abtastdaten in der zugewiesenen Datendatei;
S4. Feststellen, ob eine Zeitdauer der von der Datendatei empfangenen Abtastdaten einen vorgegebenen Subzeitdauer L unterschreitet; wenn nein, wird ein Schrift S5 durchgeführt;
S5. Lesen der Abtastdaten innerhalb der Subzeitdauer L, und Berechnen eines Leistungsspektrums der Abtastdaten innerhalb der Subzeitdauer L in Abhängigkeit von den gelesenen Abtastdaten;
S6. Wiederholen der vorangegangenen Schritte S3-S5, und Addieren und Durchschnittsberechnen von zumindest zwei Leistungsspektren, um einen mit dem Mikrobewegungserfassungsgerät korrespondierenden Mittelwert der Leistungsspektren zu erhalten;
S7. Darstellen der mit jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten korrespondierenden Mittelwerte der Leistungsspektren in Form eines Kurvenbilds, und Bewerten der Erfassungsqualität des Mikrobewegungserfassungsgeräts in Abhängigkeit vom Mittelwert der Leistungsspektren.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, ferner umfasst wird:

Zusammensetzen eines Array-Paars aus den Mikrobewegungserfassungsgeräten zu zweit;
Feststellen, ob ein Zeitabschnitt einer Überlagerung von Zeitdauern der von der Datendatei empfangenen Abtastdaten größer oder gleich einem festgelegten Zeitabschnitt M ist;
Falls ja, Berechnen eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M;
Vermaschen eines benutzerselbstdefinierten Effektivfrequenzbereichs und eines Phasengeschwindigkeitsbereichs von Mikrobewegungssignalen, um Effektivfrequenz-Maschendaten und Phasengeschwindigkeits-Maschendaten zu erhalten;
Verarbeiten eines Abstands zwischen zwei Mikrobewegungserfassungsgeräten im Array-Paar, der Effektivfrequenz-Maschendaten und der Phasengeschwindigkeits-Maschendaten mittels einer Standard-Bessel-Funktion der Null-Ordnung, um einen maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten zu erhalten;
Vergleichen des räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten;
Farbabbilden des Maschenfehlers, um ein Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild zu erhalten;
Bewerten der vom Mikrobewegungserfassungsgerät erfassten Datenqualität anhand des Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilds.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass nach dem Berechnen eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M ferner umfasst wird:

Berechnen eines Abstands zwischen jeweiligen Array-Paaren in Abhängigkeit von vorgegebenen Positionskoordinaten jeweiliger Mikrobewegungserforschungsgeräte;
in allen Array-Paaren, Klassifizieren von räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten der Array-Paaren mit einem gleichen Abstand, und Berechnen ihres Mittelwerts, sodass ein gemessener räumlicher Eigenkorrelationskoeffizient von unterschiedlichen Abständen erhältlich ist;
dementsprechend, Vergleichen des räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten, genau gesagt:
- Vergleichen des Mittelwerts von gemessenen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass ferner umfasst wird:

Durchschnittsberechnen der mit den jeweiligen Zeitabschnitten M korrespondierenden Maschenfehlern, um einen Durchschnittfehlerwert zu erhalten;
Farbabbilden des Durchschnittfehlerwerts, um das Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild in Realzeit zu aktualisieren.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass ferner umfasst:

dass der Client eine durch den Server weitergeleitete Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts empfängt, die die Temperatur, die Elektrizitätsmenge und den Speicherraum des Mikrobewegungserfassungsgeräts sowie die Abtastparameter umfasst;
dass der Client die Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts in Form eines Diagramms darstellt;
dass der Client die Abtastdaten gemäß dem Zeitstempel und der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts dynamisch darstellt.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass ferner umfasst:

dass der Client in Abhängigkeit von dem Zeitstempel feststellt, ob während der Übertragung des Datenpakets ein Paketverlust stattfindet;
dass, falls ja, der Client eine Paketverlustsuchanweisung an den Server sendet, die einen Paketverlustzeitstempel und die Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts beinhaltet;
dass der Server die Paketverlustsuchanweisung analysiert und den Paketverlustzeitstempel sowie die Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts ans korrespondierende Mikrobewegungserfassungsgerät sendet, sodass das Mikrobewegungserfassungsgerät gemäß dem Zeitstempel ein korrespondierendes Datenpaket liest und an den Server erneut sendet.

VORTEILE DER ERFINDUNG
Im Vergleich zum Stand der Technik besitzt die vorliegende Erfindung folgende technische Wirkung: Ein erfindungsgemäßes Mikrobewegungserfassungsgerät empfängt standardmäßige GPS-Satellit-Zeitsignale, indem ein GPS-Modul hinzugefügt wird. Durch standardmäßige GPS-Satellit-Zeitsignale werden innere Taktsignale automatisch und realzeitig derart korrigiert, dass ein Synchronisationsfehler kleiner als 15 ns ist, sodass während einer langzeitigen Datenerfassung die Synchronisierung der Datenerfassungen von jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten gewährleistet wird.
Beim drahtlosen Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion werden mittels einer Internetkommunikation eine Netzwerkverbindung zwischen einem Mikrobewegungserfassungsgerät und einem Server und eine Netzwerkverbindung zwischen einem Server und einem Client aufgebaut. Das ausgestaltete drahtlose Fernmesssystem wird nicht durch Gelände, Topographie sowie Übertragungsabstände eingeschränkt. Solange in der Reichweite des Kommunikationsnetzwerk liegt, kann die Datenerfassungsarbeit eines Mikrobewegungserfassungsgeräts fernüberwacht werden und die Arbeitssituation eines Feldgeräts kann rechtzeitig dargestellt werden.
Bei der Mikrobewegungsdetektion für eine Mikrobewegungssignalerfassung werden im Qualitätsüberwachungsvorgang die Leistungsspektren der jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräte in einem benutzerdefinierten effektiven Frequenzbereich berechnet. Wenn die Leistungsspektren zwar sich voneinander unterscheiden und jedoch im Wesentlichen eine ähnliche Gestalt haben und auch ähnlich in Energie sind, bedeutet es, dass die erfassten Mikrobewegungssignale sich zeitlich und räumlich in einem zufällig stabilen Zustand befinden und die von den Mikrobewegungserfassungsgeräten erfassten Mikrobewegungssignale die Anforderungen erfüllen. Wenn ein relativ großer Unterschied bei einem oder zwischen mehreren Mikrobewegungserfassungsgeräten vorliegt, bedeutet es, dass die erfassten Mikrobewegungssignale erheblich gestört sind. Daraufhin kann ein Personal eine Anleitung und Verarbeitung vor Ort vornehmen.
Figurenliste
Die folgenden spezifischen Ausführungsformen der Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische strukturelle Darstellung eines Mikrobewegungserfassungsgeräts;
2 eine schematische strukturelle Darstellung eines drahtlosen Fernmesssystems für eine Mikrobewegungsdetektion;
3 ein schematisches Flussdiagramm eines Datenqualitätsüberwachungsverfahrens eines Mikrobewegungserfassungsgeräts;
4 zeigt ein schematisches Flussdiagramm für eine Datenqualitätsbewertung eines einzelnen Mikrobewegungserfassungsgeräts;
5 ein Leistungsspektrum in Realzeit von zehn Mikrobewegungserfassungsgeräten;
6 ein Flussdiagramm für eine Datenqualitätsüberwachung eines Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung;
7 eine schematische strukturelle Darstellung eines von einem aus zehn Mikrobewegungserfassungsgeräten zusammengesetzten Beobachtungssystem berechneten Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilds in Realzeit.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Zur weiteren Veranschaulichung der Merkmale der Erfindung wird auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung und die begleitenden Zeichnungen verwiesen. Die beigefügten Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken.
Wie in 1 gezeigt, offenbart das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Mikrobewegungserfassungsgerät, das an einem Ausgang eines Geophons 10 angeschlossen und zum Erfassen eines vom Geophon 10 ausgegebenen Mikrobewegungssignals vorgesehen ist. Das Mikrobewegungserfassungsgerät umfasst ein Datenerfassungsmodul 1, ein Datenverarbeitungsmodul 2, ein Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul 3, ein GPS-Modul 4 und ein Datenspeichermodul 5. Der Ausgang des Geophons 10 ist mit dem Datenerfassungsmodul 1 verbunden, sowohl das Datenerfassungsmodul 1 als auch das GPS-Modul 4 sind mit dem Datenverarbeitungsmodul 2 verbunden, das Datenverarbeitungsmodul 2, das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul 3 und das Datenspeichermodul 5 sind allesamt mit einer eingebetteten Linux-Systemplattform verbunden.
Dabei sendet das Datenerfassungsmodul 1 ein vom Geophon 10 erfasstes Mikrobewegungssignal ans Datenverarbeitungsmodul 2. Das GPS-Modul dient dazu, dass durch Empfang eines Standardsignals aus einem GPS-Satellit und anhand desselben als Referenz seine inneren Taktsignale automatisch und realzeitig korrigiert werden, sodass mittels der korrigierten Taktsignale die vom Datenerfassungsmodul 1 erfassten Daten synchronisiert werden, wodurch während einer langzeitigen Datenerfassung die Synchronisierung der Datenerfassungen von jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten gewährleistet wird. Außerdem wird eine GPS-Zeitstempelinformation ins vom Datenerfassungsmodul 1 in Realzeit erfasste Datenpaket eingefügt.
Das Datenspeichermodul 5 ist zum Speichern einer für den Betrieb der eingebetteten Linux-Systemplattform 6 erforderten Linux-Systemdatei vorgesehen und speichert das vom Datenerfassungsmodul 1 erfasste Mikrobewegungssignal. Das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul 3 ist dazu vorgesehen, dass im Vorhandensein eines verfügbaren Netzwerks nach dem Hinzufügen einer Mikrobewegungserfassungszifferinformation in den Abtastdaten die Abtastdaten zu verpacken und an den Server zu senden.
Speziell gesagt, umfasst das Datenerfassungsmodul 1 mindestens einen Synchronerfassungskanal. Jeder Synchronerfassungskanal umfasst einen Bandpassfilter und einen ADC-Wandlerchip, die über einen variablen Gewinnverstärker verbunden sind.
Bevorzugter verwendet das vorliegende Ausführungsbeispiel drei Synchronerfassungskanäle, die allesamt einen 32-bit-ADC-Chip und Bauelemente mit identischer Frequenzcharakteristik verwenden, um apparateigene Quantisierungsrauschen zu reduzieren und das Signal-Rauschen-Verhältnis des Apparats zu erhöhen, sodass die erfassten Mikrobewegungssignale exakter sind, die Frequenzkennlinien der jeweiligen Synchronerfassungskanäle gleich sind und die jeweiligen Kanäle eine gute Übereinstimmung besitzen.
Speziell gesagt, umfasst das Datenspeichermodul 5 einen Flash-Chip und ein USB-Schnittstellen-Modul zum Einstecken eines USB-Sticks. Dabei ist der Flash-Chip ist zum Speichern einer für den Betrieb der eingebetteten Linux-Systemplattform 6 erforderten Linux-Systemdatei und zum Zwischenspeichern der Abtastdaten vorgesehen. Ein USB-Stick ist zum Einschreiben der Abtastdaten in Realzeit in den USB-Stick vorgesehen.
Speziell gesagt, betrifft der Arbeitsvorgang des Mikrobewegungserfassungsgeräts in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel:

Nach dem Einschalten des Mikrobewegungserfassungsgeräts wird die eingebettete Linux-Systemplattform 6 gestartet. Nach der Initiierung wird eine GPS-Anweisung ans GPS-Modul 4 gesendet. Nach Erhalten der Anweisung kommt das GPS-Modul 4 in einen Zustand zum Suchen nach einem GPS-Signal. Beim erfolgreichen Erhalten eines GPS-Zeitsignals wird ein Rückkopplungssignal an die eingebettete Linux-Systemplattform 6 gesendet und durch ein empfangenes Standardzeitsignal vom GPS-Satellit werden dessen innere Taktsignale automatisch und realzeitig korrigiert.

Die eingebettete Linux-Systemplattform 6 führt eine Abtastparameterkonfiguration für das Datenverarbeitungsmodul 2 aus. Die Abtastparameter umfassen eine Abtast-Startzeit, eine Abtastdauer, eine Abtastrate und einen Abtastkanalgewinn. Nach der Abtastparameterkonfiguration beginnt das Datenerfassungsmodul 1 mit dem Erfassen von Daten aus dem Ausgang des Geophons 10 und sendet die erfassten Abtastdaten ans Datenverarbeitungsmodul 2. Das Datenverarbeitungsmodul 2 fügt anhand des Taktsignals des GPS-Moduls 4 eine GPS-Zeitstempelinformation in die Abtastdaten ein und integriert die Abtastdaten der drei Kanäle. Die eingebettete Linux-Systemplattform 6 liest dann die Abtastdaten im Datenverarbeitungsmodul 2 und sendet die Abtastdaten jeweils an das Datenspeichermodul 5 und das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul 3. Das Datenspeichermodul 5 schreibt die Daten anhand der Zeitstempelinformation in eine designierte Position der Datendatei ein und speichert die Datendatei im USB-Stick. Nachdem das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul 3 in die Abtastdaten die Zifferinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts eingefügt hat, wird ein Datenpaket verpackt und an den Server gesendet.
Es ist anzumerken, dass das Datenverarbeitungsmodul 2 einen FPGA-Chip verwendet. Ein FPGA-Chip hat die Vorteile von einer hohen Taktfrequenz, einer geringen inneren Verzögerung, einen schnellen Betriebsgeschwindigkeit usw. Mittels einer selbstdefinierten FPGA-Systemfunktion ist eine schnelle Reaktion vor Ort realisierbar. Und unter Verwendung der Ping-Pong-Caching-Technologie wird ein Einfluss der Speicherrate, der von der Schwankung der Systemleistung verursacht ist, überwunden. Weitergehend werden die Echtzeit und die Zuverlässigkeit des Mikrobewegungserfassungsgeräts sichergestellt.
Ausführungsformen der Erfindung
Ausführungsbeispiel I
Wie in 2 gezeigt offenbart das vorliegende Ausführungsbeispiel ein drahtloses Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion, umfassend einen Server 30, einen Benutzerclient 40 und ein aus sieben vorgenannten Mikrobewegungserfassungsgeräten 20 zusammengesetztes Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung in Form von zweifachen Kreisen. Ein Datenübertragungskanal zwischen einem der Mikrobewegungserfassungsgeräte 20 und dem Server 30 und ein Datenübertragungskanal zwischen dem Server 30 und dem Benutzerclient 40 sind beide mittels einer Internetkommunikation aufgebaut.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Client/Server (C/S)-Architektur verwendet. Ein Server führt während einer Systemdurchführung eine Zwischenkonversionsschichtfunktion aus. Der Client umfasst einen Benutzerclient und einen Erfassungsgerätclient. Der Benutzerclient besitzt eine Datenüberwachungsfunktion und dient zum Überwachen des Erfassungsgerätclients. Der Erfassungsgerätclient ist ein aus den Mikrobewegungserfassungsgeräten zusammengesetztes Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung. Unter Verwendung einer M2M-Internetkommunikation der 4G-Kommunikationstechnologie stellt der Client/der Server eine bequeme und schnelle socket-Kommunikationsweise her, die einem Datenübertragungskanal zwischen dem Erfassungsgerätclients und dem Server sowie einem Datenübertragungskanal zwischen dem Benutzerclient und dem Server zur Verfügung steht.
Es ist zu verstehen, dass das Internet-Netzwerk zwischen dem Server und dem Client in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner durch 3G-, 5G-Kommunikationstechnologie usw. aufgebaut werden kann.
Es ist anzumerken, dass das drahtlose Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Systemnetzwerkverbindung unter Verwendung der 3G-, 4G-, 5G-Kommunikationstechnologie usw. herstellt, und die mobile Kommunikationstechnik durch eine starke Störsicherheit, eine hohe Übertragungsrate, eine große Netzwerkreichweite, eine kurze Zugangszeit und einen niedrigen Baukosten usw. charakterisiert ist, daher das drahtlose Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion nicht durch Gelände, Topographie, Abstände usw. eingeschränkt wird. Solange es in der Reichweite von 4G-Signalen liegt, kann die Datenerfassungsarbeit eines Mikrobewegungserfassungsgeräts aus der Ferne überwacht werden. Somit ist die Arbeitssituation eines Feldgeräts rechtzeitig darzustellen. Für Abnormale bezüglich der Temperatur, der Elektrizitätsmenge und des Speicherraums eines Geräts ist eine Alarmierung vorsehbar, sodass eine rechtzeitige Wartung erfolgt und die Effizienz erhöht wird. Außerdem wird eine Abfrage von historischen Daten angeboten, und durch Diagramme wird dargestellt.
Speziell gesagt, betrifft der Arbeitsvorgang des drahtlosen Fernmesssystems für eine Mikrobewegungsdetektion:

Das Mikrobewegungserfassungsgerät verpackt und sendet die Zustandsinformation des Geräts, die einen Datenerfassungszustand, die Temperatur, die Elektrizitätsmenge und den Speicherraum des Erfassungsgeräts umfasst, an den Server, nachdem das Mikrobewegungserfassungsgerät mit Server-Socket verbunden worden ist. Nach dem Empfang der Zustandsinformation des Erfassungsgeräts zwischenspeichert der Server anhand der Erfassungsstationsziffer die Information. Der Datenerfassungszustand umfasst eine Abtast-Startzeit, eine Abtastdauer, eine Abtastrate und einen Kanalgewinn. Der Server prüft, ob es einen Benutzerclient, bei dem eine erfolgreiche Herstellung erfolgt, gibt. Falls ja, wird aktualisierte Zustandsinformation des Geräts an den Benutzerclient weitergeleitet.

Nachdem der Benutzerclient mit dem Server erfolgreich verbunden worden ist, werden zunächst Zustandsinformationen unterschiedlicher Erfassungsgeräte empfangen, durch den Benutzerclient werden Zustandsinformationen der jeweiligen Erfassungsgeräte in Form von einem Diagramm dargestellt. Anschließend leitet der Server realzeitige Abtastdaten der jeweiligen Erfassungsgeräte weiter. Wenn der Benutzerclient die Abtastdateninformation empfängt, werden die Abtastdaten, der Zeitstempel und die Erfassungsstationsziffer zuerst getrennt, dann werden anhand des Zeitstempels und der Erfassungsgerätzifferinformation die Abtastdaten dynamisch in Realzeit dargestellt. Zugleich werden die Abtastdaten in Abhängigkeit davon, dass unterschiedliche Erfassungsstationen mit unterschiedlichen Datendateien korrespondieren in die Datendatei eingeschrieben. Die Position der Datei für das Einschreiben wird anhand des Zeitstempels berechnet.
Wenn das Einschreiben der Abtastdaten des Benutzerclients in die Datei gefertigt ist, wird ein Schreibabschlusssignal als Dateninterpretationsanweisung für das nachfolgende Qualitätsüberwachungsverfahren gesendet. Der Benutzerclient analysiert die Abtastdaten, wobei der Benutzerclient ein Gerätzustandsüberwachungsmodul, ein Ferndatenrückgewinnungsmodul, ein Datenverwaltungsmodul und ein Qualitätsüberwachungsmodul umfasst.
Das Gerätzustandsüberwachungsmodul ist zum Überwachen der Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts vorgesehen. Die Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts umfasst Informationen über Abtastparameter, Temperatur, Elektrizitätsmenge und Speicherraum des Mikrobewegungserfassungsgeräts.
Das Femdatenrückgewinnungsmodul ist zum Empfangen und zum Speichern der durch den Server weitergeleiteten, vom Mikrobewegungserfassungsgerät erfassten Abtastdaten vorgesehen.
Das Datenverwaltungsmodul ist zum Verwalten und zum Integrieren der vom Femdatenrückgewinnungsmodul gespeicherten Abtastdaten vorgesehen, und berechnet und erhält aus der in den durch eine Integration erhaltenen Daten getragenen Zeitstempelinformation die Position, wo die Daten in der Datendatei eingeschrieben sind, um die von unterschiedlichen Mikrobewegungserfassungsgeräten erfassten Abtastdaten gemäß der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts in designierte Position der korrespondierenden Datendatei einzuschreiben.
Nachdem das Datenverwaltungsmodul die Abtastdaten in die Datendatei eingeschrieben hat, sendet eine Schreibabschlusssanweisung an das Qualitätsüberwachungsmodul.
Das Qualitätsüberwachungsmodul vorgesehen ist, um die Abtastdaten zu analysieren und eine Qualitätsbewertung für das Mikrobewegungserfassungsgerät zu machen.
Speziell gesagt, umfasst das Qualitätsüberwachungsmodul eine Qualitätsüberwachungseinheit für Gerät und eine Qualitätsüberwachungseinheit für Mikrobewegungssignal, wobei:

(1) Die Qualitätsüberwachungseinheit für Gerät ist dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von den Abtastdaten ein Leistungsspektrum im benutzerselbstdefinierten Effektivfrequenzbereichs zu berechnen und anhand des Leistungsspektrums die Qualität des Mikrobewegungserfassungsgeräts zu überwachen. Genau gesagt, umfassend:
- Vor allem wird eine Subzeitdauer L vorgesehen. Wenn die Zeitdauer der von der Datendatei empfangenen Abtastdaten größer oder gleich L ist, werden Zeitsequenzdaten vom Subzeitdauer L gelesen, und das Leistungsspektrum der Zeitsequenzdaten in der Subzeitdauer L wird berechnet und als W_i bezeichnet. Wenn eine nächste Subzeitdauer L die Anforderung erfüllt, wird der obige Schritt wiederholt. Schließlich werden Leistungsspektren der jeweiligen Zeitabschnitte addiert und gemittelt, wodurch W_avj erhältlich ist. Leistungsspektren W_avj jeweiliger Erfassungsgeräte werden in Form eines Kurvenbilds dynamisch in Realzeit aktualisiert und dargestellt.

Anhand der Leistungsspektren der von den jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten erfassten Mikrobewegungssignalen im effektiven Frequenzbereich, wenn die Leistungsspektren zwar sich voneinander unterscheiden und jedoch im Wesentlichen eine ähnliche Gestalt haben und auch ähnlich in Energie sind, bedeutet es, dass die erfassten Mikrobewegungssignale sich zeitlich und räumlich in einem zufällig stabilen Zustand befinden und die von dem bzw. den Mikrobewegungserfassungsgeräten erfassten Mikrobewegungssignale die Anforderungen erfüllen. Wenn ein relativ großer Unterschied in den Leistungsspektren einer oder mehreren Mikrobewegungserfassungsgeräten vorliegt, bedeutet es, dass die von dem bzw. den Mikrobewegungserfassungsgeräten erfassten Mikrobewegungssignale erheblich gestört sind. Anhand dieser Information kann ein Personal vor Ort eine Anleitung und Verarbeitung vor Ort für die Mikrobewegungserfassungsgeräte vor Ort vornehmen.

(2) Die Qualitätsüberwachungseinheit für Mikrobewegungssignal ist dazu vorgesehen, ein Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild zu erstellen und die Qualität der Abtastdaten eines Mikrobewegungserfassungsgeräts anhand eines Frequenzdispersionsspektrums zu bewerten. Genau gesagt, umfassend:
- Positionskoordinaten der jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräte sind vorgesehen, und ein Array-Paar wird aus den Mikrobewegungserfassungsgeräten zu zweit zusammengesetzt. Wenn Abtastzeit-Überlagerungszeitabschnitte aller Array-Paare größer oder gleich M sind, werden räumliche Eigenkorrelationskoeffizienten zwischen verschiedenen Array-Paaren jeweils berechnet. Und dann werden räumliche Eigenkorrelationskoeffizienten von Array-Paaren in einem gleichen Abstand gemittelt, um einen Mittelwert von räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten zu erhalten. Es ist anzumerken, dass der gleiche Abstand sich auf einen gleichen Abstand zwischen zwei Mikrobewegungserfassungsgeräten in einem Array-Paar bezieht.

Beispielsweise ist der Abtastzeitabschnitt eines Array-Paars 1 von 1:00 bis 5:00 und der Abtastzeitabschnitt eines Array-Paars 2 ist von 2:00 bis 6:00. Daher betrifft die Abtastüberlagerungszeit von dem Array-Paar 1 und dem Array-Paar 2 den Bereich von 2:00 bis 5:00. Es ist zu verstehen, dass der Zeitabschnitt M in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Konstante ist, die der Fachmann auf dem Gebiet durch eine große Anzahl von Experimenten erhält und die zum Vergleich mit der Abtastüberlagerungszeit eines Array-Paars verwendet wird.
In Abhängigkeit von einem benutzerselbstdefinierten Effektivfrequenzbereich und einem Phasengeschwindigkeitsbereich wird ein theoretischer räumlicher Eigenkorrelationskoeffizientenwert mittels einer Standard-Bessel-Funktion der Null-Ordnung und mittels einem Array-Paar-Abstand berechnet. Anschließend wird ein Fehler anhand des theoretischen räumlichen Eigenkorrelationswerts und eines Mittelwerts von gemessenen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten des Array-Paars berechnet. Dann erfolgt eine Farbabbildung für den berechneten Fehler und ein Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild wird erstellt.
In der Praxis kann ein Personal vor Ort anhand der Kontinuität und der Stabilität eines Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilds den Effekt einer Rayleigh-Wellen-Frequenzdispersionskurve bewerten sowie auch anhand der Frequenzdispersionskurve bewerten, ob eine Explorationstiefe die Anforderungen erfüllt. Bei einem kontinuierlichen und stabilen Frequenzdispersionsspektrum darf die Datenerfassungsarbeit von Mikrobewegungserfassungsgeräten sich beenden lassen. Somit wird eine unnötige, redundante Datenerfassung vermieden, die Datenerfassungseffizienz der Mikrobewegungserfassungsgeräte wird erhöht, eine Nacharbeit wird verhindert.
Des Weiteren stellt der Benutzerclient ferner fest, ob während der Übertragung eine Diskontinuität des Zeitstempels stattfindet. Wenn ja, bedeutet es, dass ein Netzwerkpaketverlust stattfindet. Beim Verfahren zum Feststellen für einen Netzwerkpaketverlust handelt es sich um einen Vergleich, ob die Sequenznummern von dem letzten und dem aktuellen Zeitstempel kontinuierlich sind. Falls nein, wird ein designierter Paketverlustzeitstempel an den Server gesendet. Der Server erhält aufgrund einer Analyse der Anweisung eine Erfassungsgerätziffer, und leitet dann den Paketverlustzeitstempel gemäß der Erfassungsstationsziffer an entsprechendes Erfassungsgerät weiter. Das Erfassungsgerät liest ein entsprechendes Datenpaket aus der Datendatei gemäß der Zeitstempelinformation und sendet das Datenpaket über das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul an den Server.
Ausführungsbeispiel II
Wie in 3 gezeigt, offenbart das vorliegende Ausführungsbeispiel ein Datenqualitätsüberwachungsverfahren, zum Verarbeiten eines von einem Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung gesendeten Datenpakets für einen Benutzerclient, welches folgende Schritte S1-S7 umfasst:

S1. Empfangen des vom Server weitergeleiteten Datenpakets durch den Benutzerclient, in dem eine GPS-Zeitstempelinformation und eine Zifferinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts eingefügt sind;
S2. Trennen von Zeitstempel, Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts und vom Mikrobewegungserfassungsgerät in Realzeit erfassten Abtastdaten aus dem Datenpaket, wobei die Abtastdaten sich ergeben, indem das Mikrobewegungserfassungsgerät gemäß festgelegten Abtastparametern eine Abtastung durchführt; es ist anzumerken, dass die Abtastparameter eine Abtast-Startzeit, eine Abtastdauer und einen Abtastkanalgewinn jeweiliger Kanäle umfassen und vor einer Datenerfassung durch das Datenerfassungsmodul 1 die Abtastparameter durch die eingebettete Linux-Systemplattform 6 vorgesehen sind.
S3. in Abhängigkeit von einer mit der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts zugewiesenen Datendatei, Speichern der Abtastdaten in der zugewiesenen Datendatei; es ist anzumerken, dass die konkrete Position in der Datendatei, wo die Abtastdaten gespeichert sind, durch Berechnen in Abhängigkeit von der Zeitstempelinformation erhalten wird.
S4. Feststellen, ob eine Zeitdauer der von der Datendatei empfangenen Abtastdaten einen vorgegebenen Subzeitdauer L unterschreitet; wenn nein, wird ein Schrift S5 durchgeführt;
S5. Lesen der Abtastdaten innerhalb der Subzeitdauer L, und Berechnen eines Leistungsspektrums der Abtastdaten innerhalb der Subzeitdauer L in Abhängigkeit von den gelesenen Abtastdaten; Wiederholen der vorangegangenen Schritte S3-S4;
S6. Addieren und Durchschnittsberechnen von zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Leistungsspektren, um einen mit dem Mikrobewegungserfassungsgerät korrespondierenden Mittelwert der Leistungsspektren zu erhalten;
S7. Darstellen der mit jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten korrespondierenden Mittelwerte der Leistungsspektren in Form eines Kurvenbilds, und Bewerten der Erfassungsqualität des Mikrobewegungserfassungsgeräts in Abhängigkeit vom Mittelwert der Leistungsspektren.

Es ist anzumerken: Wie in 4 gezeigt, wird der Qualitätsüberwachungsvorgang eines einzelnen Mikrobewegungserfassungsgeräts als Beispiel genannt: Vor allem wird eine Subzeitdauer L vorgesehen. Wenn die Zeitdauer der neuesten Speicherung der Datendatei des Erfassungsgeräts größer oder gleich L ist, werden LxSampleRate Datenpunkte gelesen, wobei SampleRate eine Abtastrate ist. Das Leistungsspektrum der Zeitsequenzdaten in diesem Abschnitt wird berechnet und als W_i aufgezeichnet, anschließend erfolgt eine lineare Überlagerung mit dem letzten Leistungsspektrum und ein Mittelwert wird berechnet. Die Formel ist wie folgt angegeben: $W_{a v j} = {\frac{W_{p r e A v j} + W_{i}}{2}}_{,}$
Wobei W_preAvj ein Mittelwert des letzten Leistungsspektrums ist, W_i das Leistungsspektrum der aktuellen Subzeitdauer L ist, W_avj ein Mittelwert des aktuellen Leistungsspektrums ist.
Zum Schluss werden W_avj -Leistungsspektren der jeweiligen Erfassungsgeräte in Form eines Kurvenbilds dargestellt. Die vorgenannten Abläufe werden der Reihe nach wiederholt, sodass aktualisierte Leistungsspektren der jeweiligen Erfassungsgeräte dynamisch in Realzeit dargestellt werden können.
Wie in 5 gezeigt, ist aus einem durch Berechnen erhältlichen Leistungsspektrum in Realzeit von zehn Mikrobewegungserfassungsgeräten zu ersehen: Im effektiven Frequenzbereich unterscheiden sich die Leistungsspektren zwar voneinander und haben jedoch im Wesentlichen eine ähnliche Gestalt, die Energie aller Erfassungsgeräte liegt in dem Bereich von 3-5 Hz und dem Bereich von 8-22 Hz, was bedeutet, dass die erfassten Mikrobewegungssignale sich zeitlich und räumlich in einem zufällig stabilen Zustand befinden und die von Geräten erfassten Mikrobewegungssignale die Anforderungen erfüllen. Wenn ein relativ großer Unterschied von dem(den) Spektrum (Spektren) eins oder mehrerer Mikrobewegungserfassungsgeräte vorliegt, sind die erfassten Mikrobewegungssignale erheblich gestört. Daraufhin kann ein Personal vor Ort aufgrund dieser Information eine Anleitung und Verarbeitung vor Ort vornehmen.
Wie in 6 gezeigt, wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Überwachung von Leistungsspektren noch die vom Array-Beobachtungssystem erfasste Datenqualität bewertet, umfassend folgende Schritte:

a) Zusammensetzen eines Array-Paars aus den Mikrobewegungserfassungsgeräten zu zweit; speziell gesagt, wird der Vorgang von Gruppierung der Mikrobewegungserfassungsgeräte beispielhaft vorgestellt: Wenn es ein Mikrobewegungserfassungsgerät 1, ein Mikrobewegungserfassungsgerät 2 und ein Mikrobewegungserfassungsgerät 3 gibt, werden sie zu zweit zusammengefügt und als Ergebnis sind (Mikrobewegungserfassungsgerät 1, Mikrobewegungserfassungsgerät 2), (Mikrobewegungserfassungsgerät 1, Mikrobewegungserfassungsgerät 3) und (Mikrobewegungserfassungsgerät 2, Mikrobewegungserfassungsgerät 3) zu nennen.
b) Feststellen, ob ein Zeitabschnitt einer Überlagerung von Zeitdauern der von der jeweiligen Datendatei empfangenen Abtastdaten, größer oder gleich einem festgelegten Zeitabschnitt M ist;
c) Falls ja, Berechnen eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M;
d) Vermaschen eines benutzerselbstdefinierten Effektivfrequenzbereichs und eines Phasengeschwindigkeitsbereichs von Mikrobewegungssignalen, um Effektivfrequenz-Maschendaten und Phasengeschwindigkeits-Maschendaten zu erhalten;
e) Verarbeiten eines Abstands zwischen zwei Mikrobewegungserfassungsgeräten im Array-Paar, der Effektivfrequenz-Maschendaten und der Phasengeschwindigkeits-Maschendaten mittels einer Standard-Bessel-Funktion der Null-Ordnung, um einen maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten zu erhalten;
f) Vergleichen des räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten;
g) Farbabbilden des Maschenfehlers, um ein Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild zu erhalten;
h) Bewerten der vom Mikrobewegungserfassungsgerät erfassten Datenqualität anhand des Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilds.

Genau gesagt, im Schritt c): nach dem Berechnen eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M wird ferner umfasst:

Berechnen eines Abstands zwischen jeweiligen Array-Paaren in Abhängigkeit von vorgegebenen Positionskoordinaten jeweiliger Mikrobewegungserforschungsgeräte; in allen Array-Paaren, Klassifizieren von räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten der Array-Paaren mit einem gleichen Abstand, und Berechnen ihrer Mittelwerts, um einen Mittelwert von gemessenen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten von unterschiedlichen Abständen zu erhalten,
dementsprechend, f) Vergleichen des räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten, genau gesagt:
- Vergleichen des Mittelwerts von gemessenen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten.

Des Weiteren lautet die Formel für Berechnung eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M wie folgt: $ρ_{c} (ω, r) = \frac{1}{2 π} \int_{0}^{2 π} {\frac{Re a l (S_{A} (r, ω) S_{O}^{*} (ω))}{\sqrt{[S_{A} (r, ω) S_{A}^{*} S_{O} (ω) S_{O}^{*} (ω)]}}}_{,}$

wobei * komplex Konjugierte repräsentiert, S_A und S_O jeweils eine Fourier-Transformation von Mikrobewegungssignalen repräsentieren, r einen Abstand zwischen zwei Mikrobewegungserfassungsgeräten im Array-Paar bezeichnet, ω=27πf,
f eine effektive Frequenz ist. Anschließt wird ein Mittelwert aus den räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten von Array-Paaren im gleichen Abstand berechnet.

Des Weiteren werden der Effektivfrequenzbereich und der Phasengeschwindigkeitsbereich initiiert, Frequenzen und Phasengeschwindigkeiten werden vermascht, wodurch Effektivfrequenz-Maschendaten und Phasengeschwindigkeits-Maschendaten erhalten werden. In Abhängigkeit von dem Abstand r der jeweiligen Array-Paare sowie den Effektivfrequenz-Maschendaten und den Phasengeschwindigkeits-Maschendaten werden jeweilige maschentheoretische räumliche Eigenkorrelationskoeffizienten berechnet, für deren Berechnung eine Formel mittels der Bessel-Funktion erster Art der Null-Ordnung verwendet wird, wie folgt angegeben: $ρ (r, ω) = J_{0} {(\frac{2 π ƒ r}{v_{r} (ƒ)})}_{,}$
wobei f eine Effekteffizienz ist, V_r(f) eine Phasengeschwindigkeit ist, r einen Abstand zwischen zwei Mikrobewegungserfassungsgeräten im Array-Paar bezeichnet, und J₀ (2πfr/v_r(f)) die Bessel-Funktion erster Art der Null-Ordnung ist.
Des Weiteren wird in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine dynamische Aktualisierung des Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilds in Realzeit durchgeführt, speziell umfassend:

Pseudofrequenzdispersionsspektrum-Fehlerwerte der jeweiligen Subzeitdauer werden jeweils linear überlagert, dann wird ein Mittelwert berechnet, welches als endgültiges Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild verwendet wird.

Personal vor Ort kann anhand des in Realzeit aktualisierten Frequenzdispersionsspektrums der Datenqualität der Mikrobewegungserforschung bewerten. Wie in 7 gezeigt, geht es um ein aus zehn Mikrobewegungserfassungsgeräten zusammengesetztes Beobachtungssystem für eine Mikrobewegungsdetektion, wobei die gemäß dem vorgenannten Verfahren erhaltenden Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilder jeweils ein 1-Minute-Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild in Realzeit (siehe 7(a)), ein 5-Minuten-Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild in Realzeit (siehe 7(b)), ein 15-Minute-Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild in Realzeit (siehe 7(c)) und ein 20-Minuten-Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild in Realzeit (siehe 7(d)) betreffen. In 7 repräsentieren die Graufarbewerte die Fehlerwerte mit unterschiedlicher Größe. Je größer der Grauwert ist, desto größer ist der Fehler; hingegen, je kleiner der Grauwert ist, desto kleiner ist der Fehler. Eine die hohlen Kreise verbindende Linie bezieht sich auf eine Frequenzdispersionskurve, die sich aus Fehlerminima in unterschiedlichen Frequenzen ergibt.
Aus einem Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild ist zu erfahren, dass, wenn die Gesamtabtastzeit weniger als 5 Minuten ist, das Frequenzdispersionsspektrum und die Frequenzdispersionskurve sich unterscheiden und instabil sind, was bedeutet, dass die Abtastzeit die Anforderungen nicht erfüllt und die Erfassung noch für bestimmte Zeit fortgeführt werden muss. Wenn die Abtastzeit 15 Minuten überschreitet, sind das Frequenzdispersionsspektrum und die Frequenzdispersionskurve bereits stabil, somit wird so betrachtet, dass die Abtastzeit die Anforderungen schon erfüllt. Gleichzeitig besitzt das Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild eine gute Kontinuität, daher ist die Mikrobewegungsdatenqualität vor Ort gut. Dieses Qualitätsbewertungsverfahren stellt eine Grundlage für die folgende Datenverarbeitung bereit und verhindert zugleich auch eine Nacharbeit.
Des Weiteren führt der Benutzerclient noch folgende Behandlung für die vom Server weitergeleiteten Abtastdaten aus:

Der Client empfängt eine durch den Server weitergeleitete Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts, die die Temperatur, die Elektrizitätsmenge und den Speicherraum des Mikrobewegungserfassungsgeräts sowie die Abtastparameter umfasst;
der Client stellt die Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts in Form eines Diagramms dar;
der Client stellt die Abtastdaten gemäß dem Zeitstempel und der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts dynamisch dar.

Es ist anzumerken, dass eine anschauliche Beobachtung des Benutzers erleichtert wird, indem die Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts und die Abtastdaten dynamisch dargestellt werden.
Des Weiteren führt der Benutzerclient vor der Qualitätsüberwachung der Mikrobewegungserfassungsgeräte sowie der Überwachung der Qualität der Abtastdaten noch folgende Behandlung für die vom Server weitergeleiteten Abtastdaten aus:

Der Client stellt in Abhängigkeit von dem Zeitstempel fest, ob während der Übertragung des Datenpakets ein Paketverlust stattfindet;
falls ja, sendet der Client eine Paketverlustsuchanweisung an den Server, die einen Paketverlustzeitstempel und die Zifferinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts mitnimmt;
der Server analysiert die Paketverlustsuchanweisung und sendet den Paketverlustzeitstempel sowie die Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts ans korrespondierende Mikrobewegungserfassungsgerät, sodass das Mikrobewegungserfassungsgerät gemäß dem Zeitstempel ein korrespondierendes Datenpaket liest und an den Server erneut sendet.

Es ist noch anzumerken, dass in Abhängigkeit von einer Zeitstempelinformation festgestellt wird, ob während der Übertragung des Datenpakets ein Paketverlust stattfindet, sodass die Integrität der Übertragung von Abtastdaten gewährleistet wird und somit die Exaktheit der Gerätqualitätsüberwachung sowie der Abtastdatenqualitätsüberwachung sichergestellt wird.
Das Vorstehende stellt nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dar und soll die Erfindung nicht einschränken, und alle Modifikationen, gleichwertige Ersetzungen, Verbesserungen, die im Rahmen des Geistes und der Grundsätze der Erfindung vorgenommen wird, fällt in den Schutzumfang der Erfindung.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Ein erfindungsgemäßes Mikrobewegungserfassungsgerät empfängt standardmäßige GPS-Satellit-Zeitsignale, indem ein GPS-Modul hinzugefügt wird. Durch standardmäßige GPS-Satellit-Zeitsignale werden innere Taktsignale automatisch und realzeitig derart korrigiert, dass ein Synchronisationsfehler kleiner als 15 ns ist, sodass während einer langzeitigen Datenerfassung die Synchronisierung der Datenerfassungen von jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten gewährleistet wird. Somit ist die Erfindung industriell anwendbar.

Claims

Mikrobewegungserfassungsgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es an einem Ausgang eines Geophons (10) angeschlossen ist, umfassend ein Datenerfassungsmodul (1), ein Datenverarbeitungsmodul (2), ein Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul (3), ein GPS-Modul (4) und ein Datenspeichermodul (5), wobei der Ausgang des Geophons (10) mit dem Datenerfassungsmodul (1) verbunden ist, sowohl das Datenerfassungsmodul (1) als auch das GPS-Modul (4) mit dem Datenverarbeitungsmodul (2) verbunden sind, wobei das Datenverarbeitungsmodul (2), das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul (3) und das Datenspeichermodul (5) allesamt mit einer eingebetteten Linux-Systemplattform (6) verbunden sind.
Mikrobewegungserfassungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenerfassungsmodul (1) mindestens einen Synchronerfassungskanal umfasst, wobei jeder Synchronerfassungskanal einen Bandpassfilter und einen ADC-Wandlerchip umfasst, die über einen variablen Gewinnverstärker verbunden sind.
Mikrobewegungserfassungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Datenspeichermodul (5) ein Flash-Modul und ein USB-Schnittstellen-Modul zum Einstecken eines USB-Sticks umfasst.
Mikrobewegungserfassungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerkschnittstellenweiterleitungsmodul (3) mit einem Server verbunden ist.
Drahtloses Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion, dadurch gekennzeichnet, umfassend einen Server, einen Benutzerclient und ein aus Mikrobewegungserfassungsgeräten nach einem der Ansprüche 1-4 zusammengesetztes Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung, wobei ein Datenübertragungskanal zwischen dem Mikrobewegungserfassungsgerät und dem Server und ein Datenübertragungskanal zwischen dem Server und dem Benutzerclient beide mittels einer Internetkommunikation aufgebaut werden.
Drahtloses Fernmesssystem für eine Mikrobewegungsdetektion nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenübertragungskanal ein Socket-Kommunikationsübertragungskanal ist.
Datenqualitätsüberwachungsverfahren, dadurch gekennzeichnet, zum Verarbeiten eines von einem Array-Beobachtungssystem für Mikrobewegung nach einem der Ansprüche 5-6 gesendeten Datenpakets, umfassend folgende Schritte: S1. Empfangen des vom Server weitergeleiteten Datenpakets durch den Benutzerclient, in dem eine GPS-Zeitstempelinformation und eine Zifferinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts eingefügt sind; S2. Trennen von Zeitstempel, Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts und vom Mikrobewegungserfassungsgerät in Realzeit erfassten Abtastdaten aus dem Datenpaket, wobei die Abtastdaten sich ergeben, indem das Mikrobewegungserfassungsgerät gemäß festgelegten Abtastparametern eine Abtastung durchführt; S3. in Abhängigkeit von einer mit der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts zugewiesenen Datendatei, Speichern der Abtastdaten in der zugewiesenen Datendatei; S4. Feststellen, ob eine Zeitdauer der von der Datendatei empfangenen Abtastdaten einen vorgegebenen Subzeitdauer L unterschreitet; wenn nein, wird ein Schrift S5 durchgeführt; S5. Lesen der Abtastdaten innerhalb der Subzeitdauer L, und Berechnen eines Leistungsspektrums der Abtastdaten innerhalb der Subzeitdauer L in Abhängigkeit von den gelesenen Abtastdaten; S6. Wiederholen der vorangegangenen Schritte S3-S5, und Addieren und Durchschnittsberechnen von zumindest zwei Leistungsspektren, um einen mit dem Mikrobewegungserfassungsgerät korrespondierenden Mittelwert der Leistungsspektren zu erhalten; S7. Darstellen der mit jeweiligen Mikrobewegungserfassungsgeräten korrespondierenden Mittelwerte der Leistungsspektren in Form eines Kurvenbilds, und Bewerten der Erfassungsqualität des Mikrobewegungserfassungsgeräts in Abhängigkeit vom Mittelwert der Leistungsspektren.
Datenqualitätsüberwachungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend: Zusammensetzen eines Array-Paars aus den Mikrobewegungserfassungsgeräten zu zweit; Feststellen, ob ein Zeitabschnitt einer Überlagerung von Zeitdauern der von der Datendatei empfangenen Abtastdaten größer oder gleich einem festgelegten Zeitabschnitt M ist; Falls ja, Berechnen eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M; Vermaschen eines benutzerselbstdefinierten Effektivfrequenzbereichs und eines Phasengeschwindigkeitsbereichs von Mikrobewegungssignalen, um Effektivfrequenz-Maschendaten und Phasengeschwindigkeits-Maschendaten zu erhalten; Verarbeiten eines Abstands zwischen zwei Mikrobewegungserfassungsgeräten im Array-Paar, der Effektivfrequenz-Maschendaten und der Phasengeschwindigkeits-Maschendaten mittels einer Standard-Bessel-Funktion der Null-Ordnung, um einen maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten zu erhalten; Vergleichen des räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten; Farbabbilden des Maschenfehlers, um ein Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild zu erhalten; Bewerten der vom Mikrobewegungserfassungsgerät erfassten Datenqualität anhand des Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbilds.
Datenqualitätsüberwachungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, nach dem Berechnen eines räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten eines jeweiligen Array-Paars innerhalb des Zeitabschnitts M ferner umfassend: Berechnen eines Abstands zwischen jeweiligen Array-Paaren in Abhängigkeit von vorgegebenen Positionskoordinaten jeweiliger Mikrobewegungserforschungsgeräte; in allen Array-Paaren, Klassifizieren von räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten der Array-Paaren mit einem gleichen Abstand, und Berechnen ihrer Mittelwerts, um einen Mittelwert von gemessenen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten von unterschiedlichen Abständen zu erhalten, dementsprechend, Vergleichen des räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten, genau gesagt: Vergleichen des Mittelwerts von gemessenen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten mit dem maschentheoretischen räumlichen Eigenkorrelationskoeffizienten, um einen Maschenfehler zu erhalten.
Datenqualitätsüberwachungsverfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend: Durchschnittsberechnen der mit den jeweiligen Zeitabschnitten M korrespondierenden Maschenfehlern, um einen Durchschnittfehlerwert zu erhalten; Farbabbilden des Durchschnittfehlerwerts, um das Frequenzdispersionsspektrum-Pseudofarbbild in Realzeit zu aktualisieren.
Datenqualitätsüberwachungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend: dass der Client eine durch den Server weitergeleitete Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts empfängt, die die Temperatur, die Elektrizitätsmenge und den Speicherraum des Mikrobewegungserfassungsgeräts sowie die Abtastparameter umfasst; dass der Client die Zustandsinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts in Form eines Diagramms darstellt; dass der Client die Abtastdaten gemäß dem Zeitstempel und der Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts dynamisch darstellt.
Datenqualitätsüberwachungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend: dass der Client in Abhängigkeit von dem Zeitstempel feststellt, ob während der Übertragung des Datenpakets ein Paketverlust stattfindet; dass, falls ja, der Client eine Paketverlustsuchanweisung an den Server sendet, die einen Paketverlustzeitstempel und die Zifferinformation des Mikrobewegungserfassungsgeräts mitnimmt; dass der Server die Paketverlustsuchanweisung analysiert und den Paketverlustzeitstempel sowie die Ziffer des Mikrobewegungserfassungsgeräts ans korrespondierende Mikrobewegungserfassungsgerät sendet, sodass das Mikrobewegungserfassungsgerät gemäß dem Zeitstempel ein korrespondierendes Datenpaket liest und an den Server erneut sendet.