DE112020000714T5

DE112020000714T5 - Verfahren und system zur detektion von erdbeben basierend auf drahtloser kommunikation

Info

Publication number: DE112020000714T5
Application number: DE112020000714.6T
Authority: DE
Inventors: Xiaolu YU; Yang Yang; Xin Hu; 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: 2021-11-04
Also published as: KR20210129196A; CN109856671A; WO2020177490A1

Abstract

Die Erfindung offenbart ein Verfahren und System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation und gehört zum technischen Gebiet der geophysikalischen Erforschungstechnologie, wobei die von einer Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation fern empfangen werden, die empfangenen Erdbebenwellendaten verarbeitet werden, um eine Erdbebenwellendatenqualität zu bewerten; anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität initiale Abtastparameter reguliert werden, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind; die regulierten Abtastparameter an die Array-Erfassungsstation gesendet werden, sodass die Array-Erfassungsstation gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst. Erfindungsgemäß werden die von Seismografen drahtlos übertragenen Erdbebenwellendaten mittels eines Hostcomputers verarbeitet, eine autonome Regulierung der initialen Abtastparameter erfolgt, bis die von den Seismografen erfassten Erdbebenwellendaten eine beste Qualität aufweisen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der geophysikalischen Erforschungstechnologie, insbesondere auf ein Verfahren und System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation.
STAND DER TECHNIK
Seismische Detektion aus natürlicher Quelle bezieht sich darauf, dass Knoten-Seismographen anhand einer bestimmten topologischen Struktur geordnet werden, die sich aus einer natürlichen seismischen Quelle ergebenden Erdbebenwellendaten erfasst werden, und in Abhängigkeit der aufgezeichneten Erdbebenwellendaten sowie der topologischen Struktur eine Berechnung gemäß einem gewissen Algorithmus durchgeführt und die geologische Struktur daraufhin deduziert wird.
Vorhandene Seismografen zur Detektion natürlicher Quelle führen überwiegend eine blinde Erfassung durch, d.h. während einer Mikrobewegungsarbeit speichern Seismografen die erfassten Erdbebenwellendaten lokal und führen eine globale Rücksammlung von Daten nach der Arbeit durch. Folglich wird nicht in Realzeit bestätigt, ob die Datenerfassung erfolgreich ist, zugleich ist die Datenqualität ebenfalls nicht bestätigbar in Realzeit. Somit steigt die Ungewissheit der Arbeit.
Ziemlich weniger Seismografen zur Detektion natürlicher Quelle unterstützen eine drahtlose Datenübertragung über 3G oder WiFi und können Daten jedoch lediglich drahtlos rücksammeln. Sie können kein Datenverarbeitungsergebnis in Realzeit abgeben und als Folge keinen Vor-Ort-Arbeitseffekt in Realzeit erhalten; sogar keine autonome Regulierung von Abtastparametern anhand einer Erdbebendatenqualität durchführen. Dabei müssen Bediener erfahrungsgemäß einstellen und die Arbeitsqualität sinkt.
TECHNISCHES PROBLEM
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Defekte im Stand der Technik auszuräumen, sodass eine Regulierung von Abtastparametern in Realzeit ermöglicht wird.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Zum obigen Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation bereit, umfassend:

Fernempfangen der von einer Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation, wobei die Array-Erfassungsstation gemäß initialen Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst;
Verarbeiten der empfangenen Erdbebenwellendaten, um eine Erdbebenwellendatenqualität zu bewerten;
Regulieren der initialen Abtastparameter anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind;
Senden der regulierten Abtastparameter an die Array-Erfassungsstation, sodass die Array-Erfassungsstation gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass die initialen Abtastparameter eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, einen Filterparameter und eine Position der Array-Erfassungsstation umfassen, wobei das Regulieren der initialen Abtastparameter anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind, umfasst:

Regulieren des Abtastgewinns in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Signalamplitude zu einer Vollskale;
Regulieren der Abtastrate in Abhängigkeit von einem Spektral-Aliasing;
Einstellen der Position der Array-Erfassungsstation in Abhängigkeit von einem realzeitigen Frequenzdispersionskurve-Energiekonzentrationseffekt;
Regulieren des Filterparameters in Abhängigkeit von einer Störsituation.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass nach dem Fernempfangen der von der Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation ferner umfasst wird:

Verarbeiten der Erdbebenwellendaten mittels eines Algorithmus, sodass eine Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve erhältlich ist und gezeigt wird, wobei der Algorithmus einen FK-Algorithmus bzw. einen SPAC-Algorithmus umfasst;
Automatische Umwandeln eines aktuellen Algorithmus in den FK-Algorithmus bzw. den SPAC-Algorithmus in Abhängigkeit von einer topologischen Struktur der Array-Erfassungsstation und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve.

Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist: Erstellen von seismischen Wellenformen in Abhängigkeit von den empfangenen Erdbebenwellendaten und Darstellen derselben.
Andererseits wird ein System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation bereitgestellt, umfassend einen Hostcomputer und eine Array-Erfassungsstation, wobei die Array-Erfassungsstation aus n Seismografen gemäß einer vorgesehenen Anordnung einer topologischen Struktur ausgebildet wird, die Seismografen drahtlos mit dem Hostcomputer verbunden sind, der Hostcomputer ein erstes drahtloses Kommunikationsmodul, ein Datenqualitätsbewertungsmodul und ein Abtastparameterreguliermodul umfasst;
das erste drahtlose Kommunikationsmodul zum Empfang der von Seismografen gemäß den initialen Abtastparametern erfassten Erdbebenwellendaten und zum Senden der Erdbebenwellendaten an das Datenqualitätsbewertungsmodul vorgesehen ist;
das Datenqualitätsbewertungsmodul zum Verarbeiten der empfangenen Erdbebenwellendaten vorgesehen ist, um ein Bewertungsergebnis der Erdbebenwellendatenqualität zu erhalten;
das Abtastparameterreguliermodul zum Regulieren der initialen Abtastparameter anhand des Bewertungsergebnisses des Datenqualitätsbewertungsmoduls vorgesehen ist, wodurch regulierte Abtastparameter erhältlich sind und die regulierten Abtastparameter an die Seismografen gesendet werden, damit die Seismografen gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfassen.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass der Hostcomputer ferner ein mit dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul verbundenes Datenverarbeitungsmodul umfasst, welches eine Entnahmeeinheit und eine Algorithmuswechseleinheit umfasst,
die Entnahmeeinheit zum Verarbeiten der Erdbebenwellendaten mittels eines Algorithmus und zum Entnehmen einer Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen ist, der Algorithmus einen FK-Algorithmus bzw. einen SPAC-Algorithmus umfasst;
die Algorithmuswechseleinheit zum automatischen Umwandeln eines aktuellen Algorithmus in den FK-Algorithmus bzw. den SPAC-Algorithmus in Abhängigkeit von einer topologischen Struktur der Array-Erfassungsstation und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen ist.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass der Hostcomputer ferner ein Erstellungsmodul und ein Anzeigemodul umfasst, wobei ein Eingang des Erstellungsmoduls mit einem Ausgang des ersten drahtlosen Kommunikationsmoduls verbunden wird, sowohl ein Ausgang des Erstellungsmoduls als auch ein Ausgang der Verarbeitungseinheit mit einem Eingang des Anzeigemoduls verbunden werden;
das Erstellungsmodul vorgesehen ist, um in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Auffrischungsfrequenz aus den von dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul gesendeten Erdbebenwellendaten seismische Wellenformen in Realzeit zu erstellen;
das Anzeigemodul zum Anzeigen der vom Erstellungsmodul erstellten seismischen Wellenformen und der von der Verarbeitungseinheit entnommenen Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen ist.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass die Seismografen ein zweites drahtloses Kommunikationsmodul, ein Datenerfassungsmodul, ein Datenorganisationsmodul und ein Abtastparameterkonfigurationsmodul umfasst;
das Datenerfassungsmodul vorgesehen ist, um Erdbebenwellendaten gemäß vom Abtastparameterkonfigurationsmodul konfigurierten Abtastparametern zu erfassen;
das Datenorganisationsmodul vorgesehen ist, um die vom Datenerfassungsmodul erfassten Erdbebenwellendaten zu verpacken und zu ordnen und ein Datenpaket ans zweite drahtlose Kommunikationsmodul zu senden;
das zweite drahtlose Kommunikationsmodul vorgesehen ist, um das Datenpaket durch eine drahtlose Kommunikation an den Hostcomputer zu senden.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass die Seismografen ferner ein Datenvorverarbeitungsmodul umfasst, dessen Eingang mit einem Ausgang des Datenerfassungsmoduls verbunden wird und dessen Ausgang mit dem Datenorganisationsmodul verbunden wird, wobei das Datenvorverarbeitungsmodul zur Filterung der vom Datenerfassungsmodul erfassten Erdbebenwellendaten vorgesehen ist.
Eine nähere Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist, dass die initialen Abtastparameter eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, eine Position der Array-Erfassungsstation und einen Filterparameter umfassen, das Abtastparameterreguliermodul eine Abtastgewinnreguliereinheit, eine Abtastratereguliereinheit, eine Positionsreguliereinheit für die Array-Erfassungsstation und eine Filterparameterreguliereinheit umfasst;
die Abtastgewinnreguliereinheit zum Regulieren des Abtastgewinns in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Signalamplitude zu einer Vollskale vorgesehen ist;
die Abtastratereguliereinheit zum Regulieren der Abtastrate in Abhängigkeit von einem Spektral-Aliasing vorgesehen ist;
die Positionsreguliereinheit für die Array-Erfassungsstation zum Einstellen der Position der Array-Erfassungsstation in Abhängigkeit von einem realzeitigen Frequenzdispersionskurve-Energiekonzentrationseffekt vorgesehen ist;
die Filterparameterreguliereinheit zum Regulieren des Filterparameters in Abhängigkeit von einer Störsituation vorgesehen ist.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Im Vergleich zum Stand der Technik besitzt die vorliegende Erfindung die folgende technische Wirkung: In der vorliegenden Erfindung werden mittels drahtlosen Seismografen Erdbebenwellendaten gemäß initialen Abtastparametern in Realzeit erfasst und die erfassten Erdbebenwellendaten werden auf eine drahtlose Übertragungsweise an einen Hostcomputer gesendet, der Hostcomputer verarbeitet die Erdbebenwellendaten, um eine Qualitätsbewertung für die erfassten Erdbebenwellendaten durchzuführen. Anschließend erfolgt eine autonome Regulierung der initialen Abtastparameter in Abhängigkeit von dem Bewertungsergebnis der Erdbebenwellendatenqualität, bis die von den Seismografen erfassten Erdbebenwellendaten eine beste Qualität aufweisen.
Figurenliste
Die folgenden spezifischen Ausführungsformen der Erfindung werden in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben. Es zeigen:

1 ein schematisches Flussdiagramm für ein Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation;
2 eine schematische strukturelle Darstellung eines Systems zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation;
3 eine schematische strukturelle Darstellung eines drahtlosen Seismografen;
4 eine schematische strukturelle Darstellung eines Hostcomputers.

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 Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation, bei dem die von Seismografen erfassten Erdbebenwellendaten drahtlos auf einen Hostcomputer übertragen werden. Der Vorgang vom Verarbeiten der Erdbebenwellendaten durch den Hostcomputer umfasst folgende Schritte S1 bis S4:

S1. Fernempfangen der von einer Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation, wobei die Array-Erfassungsstation gemäß initialen Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst; wobei die Array-Erfassungsstation aus n Seismografen gemäß einer vorgesehenen Anordnung einer topologischen Struktur ausgebildet wird, die topologische Struktur L-förmig oder kreisförmig ausbildbar ist. Bei den initialen Abtastparametern geht es um Standard-Abtastparameter nach dem Einschalten der Seismografen, z.B. die initiale Abtastrate beträgt 500bps, der Gewinn beträgt 0db, der Filtertyp ist sine.
S2. Verarbeiten der empfangenen Erdbebenwellendaten, um eine Erdbebenwellendatenqualität zu bewerten;
S3. Regulieren der initialen Abtastparameter anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind;
S4. Senden der regulierten Abtastparameter an die Array-Erfassungsstation, sodass die Array-Erfassungsstation gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst.

Hierbei werden mittels drahtlosen Seismografen Erdbebenwellendaten gemäß initialen Abtastparametern in Realzeit erfasst und die erfassten Erdbebenwellendaten werden auf eine drahtlose Übertragungsweise an einen Hostcomputer gesendet, der Hostcomputer verarbeitet die Erdbebenwellendaten, eine Signalamplitude, ein Spektral-Aliasing, eine Frequenzdispersionskurve und dergleichen sind erhältlich, sodass eine Qualitätsbewertung für die erfassten Erdbebenwellendaten durchgeführt wird. Anschließend erfolgt eine autonome Regulierung der initialen Abtastparameter in Abhängigkeit von dem Bewertungsergebnis der Erdbebenwellendatenqualität, bis die von den Seismografen erfassten Erdbebenwellendaten eine beste Qualität aufweisen, wodurch die Arbeitsqualität erhöht wird.
Vorzugsweise umfassen die initialen Abtastparameter eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, einen Filterparameter und eine Position der Array-Erfassungsstation; Regulieren der initialen Abtastparameter anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind, umfasst:

(1) Regulieren des Abtastgewinns in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Signalamplitude zu einer Vollskale. Besonders beträgt die Vollskale in diesem Ausführungsbeispiel 2500mv; falls ein Signal-Maximum kleiner als 100mv beträgt, wird der Gewinn verdoppelt; falls ein Signal-Maximum größer als 1000mv beträgt, wird der Gewinn um die Hälfte reduziert.
(2) Regulieren der Abtastrate in Abhängigkeit von einem Spektral-Aliasing. Besonders in der Praxis, je größer die Abtastrate ist, desto lauter ist weißes Rauschen (desto größere Störung), desto größer ist die Signalfrequenz (desto größere Bandbreite), in der ein Spektral-Aliasing auftritt, desto größer ist die Datenmenge (desto größerer Datenverarbeitungsdruck). Unter der Bedingung, dass die maximale Signalabtastung bei der interessierenden Frequenz nicht verzerrt wird, je kleiner die Abtastrate ist, desto besser ist es.
(3) Einstellen der Position der Array-Erfassungsstation in Abhängigkeit von einem realzeitigen Frequenzdispersionskurve-Energiekonzentrationseffekt. Besonders, wenn die Energie eines hochfrequenten Teils der Frequenzdispersionskurve nicht stark ist, wird der Radius der Array-Erfassungsstation verringert; wenn die Energie eines niederfrequenten Teils der Frequenzdispersionskurve nicht stark ist, wird der Radius der Array-Erfassungsstation vergrößert.
(4) Regulieren des Filterparameters in Abhängigkeit von einer Störsituation.

Besonders wird anhand eines Spektrogramms eine Frequenz, die zu einer relativ großen Störung führt, berechnet. Als Filtertyp werden Hochpass, Tiefpass und Bandpass vorgesehen. In Abhängigkeit von einer Störfrequenz wird eine Sperrfrequenz vorgesehen.
Es ist noch zu bemerken: Wenn nach der Regulierung der Abtastparameter die Abtastparameter sich nach Ablauf einer festgelegten Zeitdauer nicht mehr ändern, werden die derzeitigen Parameter aufgezeichnet. Während dieses Arbeitsvorgangs wird keine Parameterregulierung durchgeführt, um die Übereinstimmung der Abtastparameter zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird nach dem Fernempfangen der von der Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation ferner umfasst:

Verarbeiten der Erdbebenwellendaten mittels eines Algorithmus, sodass eine Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve erhältlich ist und gezeigt wird, wobei der Algorithmus einen FK-Algorithmus bzw. einen SPAC-Algorithmus umfasst;
Automatische Umwandeln eines aktuellen Algorithmus in den FK-Algorithmus bzw. den SPAC-Algorithmus in Abhängigkeit von der topologischen Struktur der Array-Erfassungsstation und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve.

Besonders, wenn die topologische Struktur L-förmig ausgebildet wird, wird der FK-Algorithmus bevorzugt ausgewählt; wenn die topologische Struktur kreisförmig ausgebildet wird, wird der SPAC-Algorithmus bevorzugt ausgewählt. Wenn ein Tiefeffekt der Frequenzdispersionskurve nicht gut ist, wird der FK-Algorithmus verwendet; wenn der niederfrequente Teil der Frequenzdispersionskurve diskontinuierlich ist oder keine niederfrequente Frequenzdispersionskurve vorliegt, bedeutet es, dass die Qualität der flachen Frequenzdispersionskurve nicht gut ist und somit der SPAC-Algorithmus verwendet wird.
Vorzugsweise wird ferner umfasst:

Erstellen von seismischen Wellenformen in Realzeit in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Auffrischungsfrequenz aus den von dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul gesendeten Erdbebenwellendaten. Wenn während der konkreten Verarbeitung dabei die Datenmenge zu groß ist und eine vom Nutzer vorgesehene Auffrischungsfrequenz überschreitet, werden die Daten teilweise verworfen, wie z.B. beabstandet verworfen (ungeradezahlige Datenpunkte verworfen).

Vorzugsweise wird ferner umfasst: Anzeigen der erstellten seismischen Wellenformen und der entnommenen Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve, um dem Client den Arbeitseffekt darzustellen.
Vorzugsweise wird ferner umfasst: Speichern der von den Seismografen drahtlos übertragenen Erdbebenwellendaten in einem festgelegten Format, sodass der Client die Daten rücksammelt. In diesem Ausführungsbeispiel umfassen Daten, die von einer Station hochgeladen werden, eine Rahmenkopfinformation und Abtastdaten aus zehn Abtaststellen von drei Geophonen. Datenformat wird gemäß einem vorgesehenen Formatprotokoll während einer Datenverarbeitung vom Hostcomputer festgelegt.
Des Weiteren umfasst in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Vorgang, im dem die Erdbebenwellendaten durch Seismografen erfasst und drahtlos auf den Hostcomputer übertragen werden:

Erfassen der Erdbebenwellendaten durch Seismografen gemäß den initialen Abtastparametern;
Filtern der erfassten Erdbebenwellendaten, wodurch gefilterte Erdbebenwellendaten erhältlich sind;
Verpacken und Organisieren der gefilterten Erdbebenwellendaten zum Ausbilden eines Datenpakets, und drahtloses Übertragen des Datenpakets auf den Hostcomputer.

Wie in 2 gezeigt, offenbart das vorliegende Ausführungsbeispiel ein System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation, umfassend einen Hostcomputer 10 und eine Array-Erfassungsstation, wobei die Array-Erfassungsstation aus n Seismografen 20 gemäß einer vorgesehenen Anordnung einer topologischen Struktur ausgebildet wird, die Seismografen 20 drahtlos mit dem Hostcomputer 10 verbunden sind.
Dabei sind die Seismografen 20 drahtlose Seismografen. In den Seismografen 20 wird ein drahtloses Kommunikationsmodul integriert, um die von den Seismografen 20 in Realzeit erfassten Erdbebenwellendaten drahtlos auf den Hostcomputer 10 zu übertragen. Wie in 3 gezeigt, umfassen die Seismografen 20 ein zweites drahtloses Kommunikationsmodul 21, ein Datenerfassungsmodul 22, ein Datenvorverarbeitungsmodul 23, ein Datenorganisationsmodul 24 und ein Abtastparameterkonfigurationsmodul 25;
das Datenerfassungsmodul 22 ist vorgesehen, um Erdbebenwellendaten gemäß vom Abtastparameterkonfigurationsmodul 25 konfigurierten Abtastparametern zu erfassen;
das Datenvorverarbeitungsmodul 23 ist zur Filterung der vom Datenerfassungsmodul 22 erfassten Erdbebenwellendaten vorgesehen, um gefilterte Erdbebenwellendaten zu erhalten;
das Datenorganisationsmodul 24 ist vorgesehen, um die vom Datenerfassungsmodul 22 erfassten Erdbebenwellendaten zu verpacken und zu ordnen und ein Datenpaket ans zweite drahtlose Kommunikationsmodul 21 zu senden; oder um die gefilterten Erdbebenwellendaten, die das Datenvorverarbeitungsmodul 23 erhielt, zu verpacken und zu ordnen;
das zweite drahtlose Kommunikationsmodul 21 ist vorgesehen, um das Datenpaket durch eine drahtlose Kommunikation an den Hostcomputer 10 zu senden.
Dabei, wie in 4 gezeigt, umfasst der Hostcomputer 10 ein erstes drahtloses Kommunikationsmodul 11, ein Datenqualitätsbewertungsmodul 12 und ein Abtastparameterreguliermodul 13. Der Hostcomputer 10 ist zum Verarbeiten der von den drahtlosen Seismografen 20 gesendeten Erdbebenwellendaten vorgesehen, dessen Verarbeitungsvorgang umfasst:

dass das erste drahtlose Kommunikationsmodul 11 zum Empfang der von den Seismografen 20 gemäß den initialen Abtastparametern erfassten Erdbebenwellendaten und zum Senden der Erdbebenwellendaten an das Datenqualitätsbewertungsmodul 12 vorgesehen ist;
dass das Datenqualitätsbewertungsmodul 12 zum Verarbeiten der empfangenen Erdbebenwellendaten vorgesehen ist, um ein Bewertungsergebnis der Erdbebenwellendatenqualität zu erhalten;
dass das Abtastparameterreguliermodul 13 zum Regulieren der initialen Abtastparameter anhand des Bewertungsergebnisses des Datenqualitätsbewertungsmoduls 12 vorgesehen ist, wodurch regulierte Abtastparameter erhältlich sind und die regulierten Abtastparameter an die Seismografen 20 gesendet werden, damit die Seismografen 20 gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfassen.

Es ist noch zu bemerken, dass in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine Qualitätsbewertung für die erfassten Erdbebenwellendaten und durch eine Regulierung der Abtastparameter der Seismografen 20 in Abhängigkeit von einem Qualitätsbewertungsergebnis ermöglicht wird, dass die Qualität der erfassten Erdbebenwellendaten am besten sind und im Vergleich zum geläufigen manuellen Vorsehen von Abtastparametern aufgrund der Erfahrungen die Arbeitsqualität von Seismografen 20 erheblich verbessert wird.
Des Weiteren umfassen die initialen Abtastparameter eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, eine Position der Array-Erfassungsstation und einen Filterparameter, das Abtastparameterreguliermodul 13 umfasst eine Abtastgewinnreguliereinheit, eine Abtastratereguliereinheit, eine Positionsreguliereinheit für die Array-Erfassungsstation und eine Filterparameterreguliereinheit;
die Abtastgewinnreguliereinheit ist zum Regulieren des Abtastgewinns in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Signalamplitude zu einer Vollskale vorgesehen;
die Abtastratereguliereinheit ist zum Regulieren der Abtastrate in Abhängigkeit von einem Spektral-Aliasing vorgesehen;
die Positionsreguliereinheit für die Array-Erfassungsstation ist zum Einstellen der Position der Array-Erfassungsstation in Abhängigkeit von einem realzeitigen Frequenzdispersionskurve-Energiekonzentrationseffekt vorgesehen;
die Filterparameterreguliereinheit ist zum Regulieren des Filterparameters in Abhängigkeit von einer Störsituation vorgesehen.
Besonders umfasst der Hostcomputer 10 ferner ein mit dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul 11 verbundenes Datenverarbeitungsmodul 14, welches eine Entnahmeeinheit und eine Algorithmuswechseleinheit umfasst,
die Entnahmeeinheit ist zum Verarbeiten der Erdbebenwellendaten mittels eines Algorithmus und zum Entnehmen einer Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen, der Algorithmus umfasst einen FK-Algorithmus bzw. einen SPAC-Algorithmus;
die Algorithmuswechseleinheit ist zum automatischen Umwandeln eines aktuellen Algorithmus in den FK-Algorithmus bzw. den SPAC-Algorithmus in Abhängigkeit von einer topologischen Struktur der Array-Erfassungsstation und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen.
Es ist noch zu bemerken: Wenn die topologische Struktur L-förmig ausgebildet wird, wird bevorzugt der FK-Algorithmus ausgewählt; wenn die topologische Struktur kreisförmig ausgebildet wird, wird bevorzugt der SPAC-Algorithmus ausgewählt. Wenn ein Tiefeffekt der Frequenzdispersionskurve nicht gut ist, wird der FK-Algorithmus verwendet; wenn der niederfrequente Teil der Frequenzdispersionskurve diskontinuierlich ist oder keine niederfrequente Frequenzdispersionskurve vorliegt, bedeutet es, dass die Qualität der flachen Frequenzdispersionskurve nicht gut ist und somit der SPAC-Algorithmus verwendet wird. Durch eine umfassende Analyse vom Effekt der Frequenzdispersionskurve sowie der topologischen Struktur wird ein angemessener Algorithmus ausgewählt, um die Frequenzdispersionskurve zu entnehmen, sodass die Genauigkeit des Datenverarbeitungsergebnisses gewährleistet wird.
Besonders umfasst der Hostcomputer 10 ferner ein Erstellungsmodul 15 und ein Anzeigemodul 16, wobei ein Eingang des Erstellungsmoduls 15 mit einem Ausgang des ersten drahtlosen Kommunikationsmoduls 11 verbunden wird, sowohl ein Ausgang des Erstellungsmoduls 15 als auch ein Ausgang der Verarbeitungseinheit mit einem Eingang des Anzeigemoduls 16 verbunden werden;
das Erstellungsmodul 15 ist vorgesehen, um seismische Wellenformen in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Auffrischungsfrequenz aus den von dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul gesendeten Erdbebenwellendaten in Realzeit zu erstellen;
das Anzeigemodul 16 ist zum Anzeigen der vom Erstellungsmodul erstellten seismischen Wellenformen und der von der Verarbeitungseinheit entnommenen Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen.
Durch das Anzeigen eines Erdbebenwellendatenverarbeitungsergebnisses, der erstellten seismischen Wellenformen und dergleichen wird dem Nutzer eine anschauliche Beobachtung der Arbeitsqualität erleichtert.
Des Weiteren umfasst der Hostcomputer 10 ferner ein Datenspeichermodul zum Speichern der von den Seismografen 20 gesendeten Erdbebenwellendaten in einem festgelegten Format, das gemäß einem vorgesehenen Formatprotokoll während einer Datenverarbeitung vom Hostcomputer 10 festgelegt wird, sodass der Hostcomputer 10 leicht verarbeitet und der Client die Daten rücksammeln kann.
Es ist noch zu bemerken: Die topologische Struktur in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist kreisförmig oder L-förmige ausbildbar, wobei im kreisförmigen Fall eine kreisförmige Anordnung von drei Ringen sowie eine kreisförmige Anordnung von vier Ringen anzusehen sind und die kreisförmige Anordnung von vier Ringen über eine größere Detektionstiefe verfügt; während im L-förmigen Fall ein einfaches Layout vorgesehen ist und eine schlechter Detektionseffekt erzielt wird. In diesem Ausführungsbeispiel wird die kreisförmige Anordnung von drei Ringen als Beispiel genannt, wie in 2 gezeigt: 1-10 sind zehn drahtlose Seismografen, der Radius eines Kreises wird nach Projektbedarf sowie Arbeitsumgebung eingestellt, die zehn Seismografen 20 sind drahtlos kommunikativ mit dem Hostcomputer 10 zum Kommunizieren verbinden. Dabei ist der Arbeitsverlauf der Seismografen 20 wie folgt angesehen:

a. nach dem Einschalten der drahtlosen Seismografen 20 verbindet das zweite drahtlose Kommunikationsmodul aktiv mit einer Datenverarbeitungssoftware des Hostcomputers 10, ein Link wird aufgebaut. Der konkrete Vorgang ist:
- Nach dem Einschalten eines der drahtlosen Seismografen 20 sendet er stets eine Kommunikationsverbindungsanforderung an den Hostcomputer 10, bis die Anforderung bestanden ist. Somit wird eine Verbindung hergestellt. Nach der Herstellung einer Kommunikationsverbindung sendet der drahtlose Seismograf 20 Testdaten an die Software des Hostcomputers 10, um eine drahtlose Kommunikationsbandbreite zu testen. Während des Empfangs der Testdaten berechnet die Software des Hostcomputers 10 eine Bandbreite in Realzeit. Wenn innerhalb eines bestimmten Zeitraums (z.B. 10s) eine innere Durchschnitt-Bandbreite den Arbeitsbedarf (z.B. 50kB/s) erreicht, ist die Herstellung der drahtlosen Kommunikation vollendet, wobei die Anforderung an drahtloses Empfangen und Versenden von Datenmenge im Arbeitsvorgang erfüllt wird. Falls die Projektarbeitsanforderung nicht erreicht werden kann, wird eine Warnung abgegeben, um den Bediener aufmerksam zu machen, dass die aktuelle drahtlose Kommunikationsbandbreite zu niedrig ist.
b. Nach dem Aufbau des Links konfiguriert das Abtastparameterkonfigurationsmodul nach dem Empfang eines vom Hostcomputer 10 abgegebenen Befehls anhand des Inhalts des Befehls die Abtastparameter wie z.B. eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, einen Filtertyp sowie einen Filterumfang.
c. Nach der Implementierung der Parameter beginnt das Datenerfassungsmodul 22 mit dem Abtasten der von Geophonen erfassten Erdbebenwellen.
d. Das Datenvorverarbeitungsmodul 13 filtert in Abhängigkeit von dem Abtastparameterkonfigurationsmodul analysierten Filterparameter (Filtertyp und Filterumfang) die erfassten Daten.
e. Das Datenorganisationsmodul 24 verpackt die vorverarbeiteten Daten und sendet über das zweite drahtlose Kommunikationsmodul an den Hostcomputer 10. Falls während der Erfassung das Abtastparameterkonfigurationsmodul einen Befehl bezüglich einer Parameteränderung empfängt, wird zuerst mit der Erfassung aufgehört und dann mit dem Verlauf wieder vom Schritt b. an beginnt.

Der Arbeitsverlauf des Hostcomputers 10 ist folgendermaßen angesehen:

a. Nach einer erfolgreichen Herstellung einer drahtlosen Kommunikation von dem ersten und dem zweiten Kommunikationsmodul sendet das Abtastparameterreguliermodul initiale Erfassungsparameter an die drahtlosen Seismografen 20.
b. Das drahtlose Kommunikationsmodul wartet auf dem Empfang eines Datenpakets nach dem Versenden von Erfassungsparametern. Nach dem Empfang des Datenpakets wird das Datenpaket an das Datenspeichermodul, das Datenverarbeitungsmodul, das Datenqualitätsbewertungsmodul 12 und das Erstellungsmodul gesendet.
d. Das Erstellungsmodul erstellt seismische Wellenformen in Realzeit in Abhängigkeit von einer vom Client vorgegebenen Auffrischungsfrequenz aus den empfangenen Daten und stellt diese dem Client als Referenz zur Verfügung, um Arbeitszustände der jeweiligen drahtlosen Seismografen 20 festzustellen.
c. Das Datenspeichermodul speichert die Daten im Datenpaket in einem gewissen Format als initiale Daten, sodass der Client die Daten rücksammelt.
d. Das Datenverarbeitungsmodul wandelt den Algorithmus in Abhängigkeit von der topologischen Struktur der drahtlosen Seismografen 20 und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve automatisch um.
e. Das Datenqualitätsbewertungsmodul 12 führt eine Reihe von Bewertungen und Berechnungen der im Datenpaket übertragenen Daten, sodass ein Datenqualitätsbewertungsergebnis erhältlich ist.
d. Das Abtastparameterreguliermodul 13 ist zum Regulieren der initialen Abtastparameter anhand des Bewertungsergebnisses des Datenqualitätsbewertungsmoduls 12 vorgesehen, wodurch regulierte Abtastparameter erhältlich sind und die regulierten Abtastparameter durch das erste drahtlose Kommunikationsmodul an die Seismografen 20 gesendet werden.
e. Das Anzeigemodul zeigt die seismischen Wellenformen, das Datenqualitätsbewertungsergebnis und die Frequenzdispersionskurve an.

Es ist zu bemerken, dass in diesem Ausführungsbeispiel nach der Vollendung der Regulierung von Abtastparametern die von den drahtlosen Seismografen hochgeladenen Daten allesamt als gültige Daten angesehen sind, das Anzeigen sowie das Verarbeiten der Daten in Realzeit erfolgen. Nach dem Empfang der Daten durch die Software des Hostcomputers 10 berechnet ein Modul zum realzeitigen Anzeigen von Daten die Erdbebenwellendaten in Abhängigkeit vom Abtastgewinn; ein seismisches Wellenformdiagramm wird in Realzeit erstellt, sodass der Bediener den Arbeitszustand der drahtlosen Seismografen 20 leicht in Realzeit überwachen kann. Zugleich erfolgen eine Datenverarbeitung und eine Aktualisierung der Frequenzdispersionskurve in Realzeit, ein Arbeitsergebnis wird anschaulich dargestellt, die Arbeitsqualität wird überwacht. Dadurch wird dem Bediener ein anschaulicher Hinweis darauf gegeben, wann die Arbeit zu beenden ist.
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
In der vorliegenden Erfindung werden Erdbebenwellendaten mittels drahtlosen Seismografen gemäß initialen Abtastparametern in Realzeit erfasst und die erfassten Erdbebenwellendaten werden auf eine drahtlose Übertragungsweise an einen Hostcomputer gesendet, der Hostcomputer verarbeitet die Erdbebenwellendaten, um eine Qualitätsbewertung für die erfassten Erdbebenwellendaten durchzuführen. Anschließend erfolgt eine autonome Regulierung der initialen Abtastparameter in Abhängigkeit von dem Bewertungsergebnis der Erdbebenwellendatenqualität, bis die von den Seismografen erfassten Erdbebenwellendaten eine beste Qualität aufweisen. Somit ist die Erfindung industriell anwendbar.

Claims

Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation, dadurch gekennzeichnet, umfassend: Fernempfangen der von einer Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation, wobei die Array-Erfassungsstation gemäß initialen Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst; Verarbeiten der empfangenen Erdbebenwellendaten, um eine Erdbebenwellendatenqualität zu bewerten; Regulieren der initialen Abtastparameter anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind; Senden der regulierten Abtastparameter an die Array-Erfassungsstation, sodass die Array-Erfassungsstation gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfasst.
Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die initialen Abtastparameter eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, einen Filterparameter und eine Position der Array-Erfassungsstation umfassen, wobei das Regulieren der initialen Abtastparameter anhand eines Bewertungsergebnisses der Erdbebenwellendatenqualität, sodass regulierte Abtastparameter erhältlich sind, umfasst: Regulieren des Abtastgewinns in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Signalamplitude zu einer Vollskale; Regulieren der Abtastrate in Abhängigkeit von einem Spektral-Aliasing; Einstellen der Position der Array-Erfassungsstation in Abhängigkeit von einem realzeitigen Frequenzdispersionskurve-Energiekonzentrationseffekt; Regulieren des Filterparameters in Abhängigkeit von einer Störsituation.
Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, nach dem Fernempfangen der von der Array-Erfassungsstation erfassten Erdbebenwellendaten durch eine drahtlose Kommunikation, ferner umfassend: Verarbeiten der Erdbebenwellendaten mittels eines Algorithmus, sodass eine Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve erhältlich ist und gezeigt wird, wobei der Algorithmus einen FK-Algorithmus bzw. einen SPAC-Algorithmus umfasst; Automatische Umwandeln eines aktuellen Algorithmus in den FK-Algorithmus bzw. den SPAC-Algorithmus in Abhängigkeit von einer topologischen Struktur der Array-Erfassungsstation und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve.
Verfahren zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ferner umfassend: Erstellen von seismischen Wellenformen in Abhängigkeit von den empfangenen Erdbebenwellendaten und Darstellen derselben.
System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation, dadurch gekennzeichnet, umfassend einen Hostcomputer und eine Array-Erfassungsstation, wobei die Array-Erfassungsstation aus n Seismografen gemäß einer vorgesehenen Anordnung einer topologischen Struktur ausgebildet wird, die Seismografen drahtlos mit dem Hostcomputer verbunden sind, der Hostcomputer ein erstes drahtloses Kommunikationsmodul, ein Datenqualitätsbewertungsmodul und ein Abtastparameterreguliermodul umfasst; das erste drahtlose Kommunikationsmodul zum Empfang der von Seismografen gemäß den initialen Abtastparametern erfassten Erdbebenwellendaten und zum Senden der Erdbebenwellendaten an das Datenqualitätsbewertungsmodul vorgesehen ist; das Datenqualitätsbewertungsmodul zum Verarbeiten der empfangenen Erdbebenwellendaten vorgesehen ist, um ein Bewertungsergebnis der Erdbebenwellendatenqualität zu erhalten; das Abtastparameterreguliermodul zum Regulieren der initialen Abtastparameter anhand des Bewertungsergebnisses des Datenqualitätsbewertungsmoduls vorgesehen ist, wodurch regulierte Abtastparameter erhältlich sind und die regulierten Abtastparameter an die Seismografen gesendet werden, damit die Seismografen gemäß den regulierten Abtastparametern die Erdbebenwellendaten erfassen.
System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hostcomputer ferner ein mit dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul verbundenes Datenverarbeitungsmodul umfasst, welches eine Entnahmeeinheit und eine Algorithmuswechseleinheit umfasst, wobei die Entnahmeeinheit zum Verarbeiten der Erdbebenwellendaten mittels eines Algorithmus und zum Entnehmen einer Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen ist, der Algorithmus einen FK-Algorithmus bzw. einen SPAC-Algorithmus umfasst; die Algorithmuswechseleinheit zum automatischen Umwandeln eines aktuellen Algorithmus in den FK-Algorithmus bzw. den SPAC-Algorithmus in Abhängigkeit von einer topologischen Struktur der Array-Erfassungsstation und der Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen ist.
System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hostcomputer ferner ein Erstellungsmodul und ein Anzeigemodul umfasst, wobei ein Eingang des Erstellungsmoduls mit einem Ausgang des ersten drahtlosen Kommunikationsmoduls verbunden wird, sowohl ein Ausgang des Erstellungsmoduls als auch ein Ausgang der Verarbeitungseinheit mit einem Eingang des Anzeigemoduls verbunden werden; das Erstellungsmodul vorgesehen ist, um in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Auffrischungsfrequenz aus den von dem ersten drahtlosen Kommunikationsmodul gesendeten Erdbebenwellendaten seismische Wellenformen in Realzeit zu erstellen; das Anzeigemodul zum Anzeigen der vom Erstellungsmodul erstellten seismischen Wellenformen und der von der Verarbeitungseinheit entnommenen Oberflächenwellenfrequenzdispersionskurve vorgesehen ist.
System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seismografen ein zweites drahtloses Kommunikationsmodul, ein Datenerfassungsmodul, ein Datenorganisationsmodul und ein Abtastparameterkonfigurationsmodul umfasst; das Datenerfassungsmodul vorgesehen ist, um Erdbebenwellendaten gemäß vom Abtastparameterkonfigurationsmodul konfigurierten Abtastparametern zu erfassen; das Datenorganisationsmodul vorgesehen ist, um die vom Datenerfassungsmodul erfassten Erdbebenwellendaten zu verpacken und zu ordnen und ein Datenpaket ans zweite drahtlose Kommunikationsmodul zu senden; das zweite drahtlose Kommunikationsmodul vorgesehen ist, um das Datenpaket durch eine drahtlose Kommunikation an den Hostcomputer zu senden.
System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Seismografen ferner ein Datenvorverarbeitungsmodul umfasst, dessen Eingang mit einem Ausgang des Datenerfassungsmoduls verbunden wird und dessen Ausgang mit dem Datenorganisationsmodul verbunden wird, wobei das Datenvorverarbeitungsmodul zur Filterung der vom Datenerfassungsmodul erfassten Erdbebenwellendaten vorgesehen ist.
System zur Detektion von Erdbeben basierend auf drahtloser Kommunikation nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die initialen Abtastparameter eine Abtastrate, einen Abtastgewinn, eine Position der Array-Erfassungsstation und einen Filterparameter umfassen, das Abtastparameterreguliermodul eine Abtastgewinnreguliereinheit, eine Abtastratereguliereinheit, eine Positionsreguliereinheit für die Array-Erfassungsstation und eine Filterparameterreguliereinheit umfasst; die Abtastgewinnreguliereinheit zum Regulieren des Abtastgewinns in Abhängigkeit von einem Verhältnis einer Signalamplitude zu einer Vollskale vorgesehen ist; die Abtastratereguliereinheit zum Regulieren der Abtastrate in Abhängigkeit von einem Spektral-Aliasing vorgesehen ist; die Positionsreguliereinheit für die Array-Erfassungsstation zum Einstellen der Position der Array-Erfassungsstation in Abhängigkeit von einem realzeitigen Frequenzdispersionskurve-Energiekonzentrationseffekt vorgesehen ist; die Filterparameterreguliereinheit zum Regulieren des Filterparameters in Abhängigkeit von einer Störsituation vorgesehen ist.