阅读说明：本技术 具有4g远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统 (Local storage seismic exploration node instrument system with 4G remote monitoring function ) 是由 董恩清 韩利 张德敬 崔文韬 曹海 高翔 孙祺 钟倩文 李壮壮 李潮 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有4G远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统,包括A/D数据采集单元、授时同步单元、本地数据存储单元、4G远程监测单元和节点仪系统总控制单元,该地震勘探节点仪系统具有高精度、高采样率的地震反射波数据采集,高效的USB本地存储,高精度的授时同步和定位,快速、高效的远程监测,且节点仪系统总控制单元通过微控制器芯片及相应的外设接口,实现对系统整体功能的调度和任务分配。因此,本发明本地存储地震勘探节点仪系统能够实现地震波数据的高精度采集以及采集数据的高效、快速地存储。同时,可以对节点仪系统的状态和采集质量进行远程监测。(The invention provides a local storage seismic exploration node instrument system with 4G remote monitoring, which comprises an A/D data acquisition unit, a time service synchronization unit, a local data storage unit, a 4G remote monitoring unit and a node instrument system master control unit, wherein the seismic exploration node instrument system has the advantages of high-precision and high-sampling-rate seismic reflection wave data acquisition, high-efficiency USB local storage, high-precision time service synchronization and positioning, and quick and high-efficiency remote monitoring, and the node instrument system master control unit realizes the scheduling and task allocation of the whole functions of the system through a microcontroller chip and corresponding peripheral interfaces. Therefore, the local storage seismic exploration node instrument system can realize high-precision acquisition of seismic wave data and efficient and rapid storage of the acquired data. Meanwhile, the state and the acquisition quality of the node instrument system can be remotely monitored.)

具有4G远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统

技术领域

本发明属于地震勘探领域，涉及具有4G远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统。

背景技术

地震勘探是通过处理和解释人工震源产生的地震波在不同地层间的传播规律，来推断探测区域地质构造的地球物理探测法。随着三维可视化技术、弹性阻抗反演技术等相关技术的发展，地震勘探技术取得了跨越式的发展，在煤矿、天然气、石油等资源探测领域发挥着重要作用。地震勘探节点仪系统也成为地震勘探过程中不可或缺的探测设备，能够完成地震数据的采集、传输、数据采集质量监测等操作。目前虽然有几家单位已经开展地震勘探节点仪系统的研究多年，但到目前为止是，基本上没有完全实现产业化，而且大多数地震勘探节点仪系统采用本地存取的方式，无法对节点仪系统状态和采集质量进行远程监测。

发明内容

针对现有地震勘探节点仪系统的只有本地存取的数据回收方式，本发明提供一种具有4G远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统，包括A/D数据采集单元、授时同步单元、本地数据存储单元、4G远程监测单元和节点仪系统总控制单元。

所述A/D数据采集单元由ADS1282模数转换芯片、微控制器及其外围电路组成，主要负责地震反射波数据的采集，并将数据传输至节点仪系统总控制单元；

所述授时同步单元由数据接收天线、ATGM332D-5N模块以及低纹波稳压电路组成，主要采用GPS系统获取实时位置信息和时间信息；

所述本地数据存储单元由微控制器、读卡器控制电路以及开关电路组成，主要是以微控制器作为USB主机实现对大容量存储设备的识别和数据存储。

所述4G远程监测单元由4G模块WH-G405tf及其外围电路组成，主要负责将远程服务器发出的配置指令、采集指令、数据回收指令发送至节点仪系统总控制单元；

所述节点仪系统的总控制单元由微控制器及其外围电路组成，主要负责对配置指令、采集指令、数据回收指令进行解析并发送至相应功能单元进行处理。同时，获取授时同步单元的实时时间，读取定时器值，将时间信息保存到本地数据存储单元。

本发明具有4G远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统，其工作步骤如下：

步骤1：本地存储地震勘探节点仪系统上电，各功能单元初始化，上报系统的位置信息、初始存储容量信息等状态信息到4G远程监测单元，并最终传输到远程服务器；

步骤2：远程服务器通过4G远程监测单元发送配置指令到节点仪系统总控制单元，所述配置指令包括采样率配置、本地数据存储单元的访问权限、存储容量查询信息等；

步骤3：配置指令由节点仪系统总控制单元进行解析，并转发到相应的功能单元完成最终的配置；

步骤4：远程服务器通过4G远程监测单元发送采集指令到节点仪系统总控制单元；

步骤5：节点仪系统总控制单元解析采集指令并转发指令到A/D数据采集单元，同时，节点仪系统总控制单元获取授时同步单元的实时时间，并读取定时器值，进一步提升时间精度到微秒级，并将该时间信息保存到本地数据存储单元；

步骤6：A/D数据采集单元收到采集指令并开始采集，并对采集数据进行打包、转义等预处理，最终将数据传输至节点仪系统总控制单元；

步骤7：节点仪系统总控制单元接收地震数据包，完成对数据包解析和反转义之后，将地震数据保存到本地数据存储单元；

步骤8：远程服务器通过4G远程监测单元发送数据回收指令到节点仪系统总控制单元；

步骤9：节点仪系统总控制单元解析数据回收指令，采集的地震数据通过USB接口读取到PC机或通过4G远程监测单元上传到远程服务器进行质量监控。

本发明的有益效果是：该地震勘探节点仪系统具有高精度、高采样率的地震反射波数据采集，高效的USB本地存储，高精度的授时同步和定位，快速、高效的远程监测，且节点仪系统总控制单元通过微控制器芯片及相应的外设接口，实现对系统整体功能的调度和任务分配。因此，本发明设计的本地存储地震勘探节点仪系统能够实现地震波数据的高精度采集以及采集数据的高效、快速地存储。同时，可以对节点仪系统的状态和采集质量进行远程监测。

附图说明

图1本发明结构示意图。

图2为本地存储地震勘探节点仪系统的初始化基础信息显示图。

图3为采集数据的本地存储文件显示图。

图4为实测地震波形恢复图。

具体实施方式

根据附图并结合本地存储地震勘探节点仪系统的具体操作实例对本发明展开更加详尽的阐述。

如图1所示，本发明具有4G远程监测的本地存储地震勘探节点仪系统，包括A/D数据采集单元、授时同步单元、本地数据存储单元、4G远程监测单元和节点仪系统总控制单元。A/D数据采集单元对地震反射波数据进行采集，将数据传输至节点仪系统总控制单元；本实施例中根据地震波频谱范围宽，动态范围大等特性，为保证采集数据的准确性和完整性，选取模数转换精度为32位、采样率最大可设置为每秒4000次的ADS1282芯片作为A/D数据采集单元的核心，并配备一个微控制器与之通信。授时同步单元可实现高精度的授时同步和定位，在地震数据采集过程中，需要高精度的时间信息来实现与采集数据的对齐；需要获取位置信息，作为后期数据处理时标记采集位置的依据。本实施例中授时同步单元选取GPS系统获取实时位置信息和时间信息，又结合微控制器的定时计数功能，进一步将时间精度提高到微秒级。本地数据存储单元采用高效的USB本地存储，在对本地存储地震勘探节点仪系统进行高精度和高采样率的设置下，每秒会采集大量的地震数据，因此为确保地震数据的高效、快速的存储，以微控制器作为USB主机，实现本地数据存储单元对大容量存储设备的识别和数据存储。4G远程监测单元利用4G通信方式对本地存储地震勘探节点仪系统的勘探工作进行远程的控制和监测，使勘探工作能够按照既定的流程进行，便于对地震数据的快速回收和高效质量监测。节点仪系统总控制单元通过微控制器芯片及相应的外设接口，实现对系统整体功能的调度和任务分配。

本发明本地存储地震勘探节点仪系统各功能单元之间协同工作的步骤如下：

步骤1：本地存储地震勘探节点仪系统上电，各功能单元初始化，上报系统的位置信息、初始存储容量信息等状态信息到4G远程监测单元，并最终传输到远程服务器。图2显示本地存储地震勘探节点仪系统的初始化基础信息，包括USB设备挂载情况、存储容量的显示、文件打开情况等。由图2可知本地存储地震勘探节点仪系统的USB设备挂载正常，初始的存储容量大约为29GB，且存储数据的文件已经打开，能够进行正常的数据采集和存储。

步骤2：远程服务器通过4G远程监测单元发送配置指令到节点仪系统总控制单元，包括采样率配置、本地数据存储单元的访问权限、存储容量查询信息等。

步骤3：配置指令由节点仪系统总控制单元进行解析，并转发到相应的功能单元完成最终的配置。

步骤4：远程服务器通过4G远程监测单元发送采集指令到节点仪系统总控制单元。

步骤5：节点仪系统总控制单元解析采集指令并转发指令到A/D数据采集单元。同时，节点仪系统总控制单元获取授时同步单元的实时时间，并读取定时器值，进一步提升时间精度到微秒级，并将该时间信息保存到本地数据存储单元。

步骤6：A/D数据采集单元收到采集指令并开始采集，并对采集数据进行打包、转义等预处理，最终将数据传输至节点仪系统总控制单元；

步骤7：节点仪系统总控制单元接收地震数据包，完成对数据包解析和反转义之后，将地震数据保存到本地数据存储单元。图3显示本地数据存储单元的地震数据的存储文件，地震数据以字节的形式存储到文件中，根据A/D数据采集单元32位转换精度可知，图3中每4个字节代表一个采样点，且能够在文件中进行有序的存储，由此可知采集的地震数据能够进行正常的存储操作。

步骤8：远程服务器通过4G远程监测单元发送数据回收指令到节点仪系统总控制单元；

步骤9：节点仪系统总控制单元解析数据回收指令，采集的地震数据通过USB接口读取到PC机或通过4G远程监测单元上传到远程服务器进行质量监控。

本实施例中以锤击模拟震源，对本地存储地震勘探节点仪系统进行数据采集和存储测试，首先远程服务器发送质量监测指令到4G远程监测单元，指令经转发最终到达节点仪系统总控制单元，该单元读取本地文件中的地震采集数据，并通过4G网络上传地震数据到远程服务器进行数据处理，最后绘制如图4所示的采集的波形。从图4中所示，可清晰的显示出锤击激励产生的较为平滑且连续性较高的反射波的振动波形，表明本发明设计的本地存储地震勘探节点仪系统不仅能够具备较高的采集精度，最大程度的保留地震波的有用信息，达到了对采集数据可靠存储的目的，而且可对采集的地震数据进行远程实时的质量监测。

最后应说明的是，以上实施实例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳的实施实例对本发明进行了详细的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。