地壳震动采集系统的制作方法

本发明涉及通讯领域，具体而言，涉及地壳震动采集系统。

背景技术：

我国有近一千支地球物理勘探队，在世界各地从事物理地质勘探工作。装备现代化可减少地震队人数和车辆数目、降低勘探成本、更好地保护当地环境。

有线数据传输地震仪器中的电缆在5000道的施工中长达250km之多，质量超过30t甚至50t，成千上万的电缆接头中的铜线连接故障也大大地影响了建立排列的顺利进程，每天收放电缆，需要2000余名状汉强劳力，几百辆汔车进行搬运，放排列。

石油地球物理勘探有线采集仪器与地壳震动采集系统施工车辆与人员对比表

技术实现要素：

本发明提供了地壳震动采集系统，以解决相关技术中有线传输地震仪中的数据所导致的劳动量比较大的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种地壳震动采集系统，包括：至少一个数据采集站，所述数据采集站为单点单道接收，每个点均以数字化输出地壳震动的信息；路由器，连接所述至少一个数据采集站，用于传输所述至少一个数据采集站所采集到数据；辅助数据中心，连接至所述路由器，用于通过所述路由器接收所述至少一个数据采集站所输出的 信息；所述辅助数据中心还包括电源模块，用于向所述至少一个数据采集站进行供电和/或所述路由器供电。

进一步地，所述电源模块包括：太阳能发电站，用于通过太阳能进行发电；发电机，用于通过燃料进行发电；至少一组畜电池组，用于存储所述太阳能发电站和/或所述发电机发出的电能。其中，所述太阳能发电站和所述发电机同时发电，或者，所述太阳能发电站和所述发电机互为冗余。

进一步地，所述辅助数据中心还包括：服务器，用于对所述采集数据站的参数进行配置，和/或对所述路由器的参数进行配置；所述服务器，还用于对接收到的来自所述至少一个数据采集站的信息进行分析。

进一步地，所述系统还包括：远程数据处理中心，用于与至少一个辅助数据中心连接，通过互联网云端存储将辅助数据中心的数据，和/或，该辅助数据中心连接的至少一个数据采集站的采集的信息进行存储；所述远程数据处理中心，还用于对存储的数据进行分析，并根据分析结果对所述辅助数据中心和/或所述辅助数据中心连接的至少一个数据采集站进行控制。

进一步地，所述辅助数据中心还包括：与基站进行通信的模块，用于通过基站与所述远程数据处理中心进行数据传输；卫星通信模块，用于通过卫星与所述远程数据处理中心进行数据传输；控制模块，用于控制使用所述与基站进行通信的模块和所述卫星通信模块中的至少之一与所述远程数据处理中心进行数据传输。

进一步地，所述采集站采用以下至少之一检波器：模拟检波器、微 机电传感器、力平衡式宽频震动检波器。

进一步地，所述力平衡式宽频震动检波器参数包括以下至少之一：工作频带：0.02-400Hz；总谐波失真：<0.001％(<-100dB)；动态范围：118dB；满量程：0.5g；噪声：2uV(或≤100dB)；功耗：20mW；工作温度：–40℃—+70℃。

进一步地，所述数据采集站中A/D采用集成式低噪声可编程增益放大器PGA)和双通道输入多路复用器的A/D。

进一步地，所述路由器还用于为所述至少一个数据采集站提供对GPS时钟倍频，以进行时钟同步。

通过本发明，采用至少一个数据采集站，所述数据采集站为单点单道接收，每个点均以数字化输出地壳震动的信息；路由器，连接所述至少一个数据采集站，用于传输所述至少一个数据采集站所采集到数据；辅助数据中心，连接至所述路由器，用于通过所述路由器接收所述至少一个数据采集站所输出的信息；所述辅助数据中心还包括电源模块，用于向所述至少一个数据采集站进行供电和/或所述路由器供电。通过本发明解决相关技术中有线传输地震仪中的数据所导致的劳动量比较大的问题，便于地震数据的传输。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对 本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的地壳微震数据采集基础单元(3-12道可选)的示意图；

图2是根据本发明实施例的单支单道采集站车智能路由器联接结构框图；

图3是根据本发明实施例的FDU-485/以太网-智能路由器连接图；

图4是根据本发明实施例的GPS ADSL MODEM(基站)的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的野外施工流程的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例提供了一种地壳震动采集系统，包括：至少一个数据采集站(FDU简称数据采集站)，该数据采集站为单点单道接收，每个点均以数字化输出地壳震动的信息；路由器，连接该至少一个数据采集站，用于传输该至少一个数据采集站所采集到数据；辅助数据中心，连接至该路由器，用于通过该路由器接收该至少一个数据采集站所输出的信息；该辅助数据中心还包括电源模块，用于向该至少一个数据采集站进行供电和/或该路由器供电。

作为一个可选的实施方式，该电源模块包括：太阳能发电站，用于通过太阳能进行发电；发电机，用于通过燃料进行发电；至少一组畜电 池组，用于存储该太阳能发电站和/或该发电机发出的电能。其中，该太阳能发电站和该发电机同时发电，或者，该太阳能发电站和该发电机互为冗余。

作为一个可选的实施方式，该辅助数据中心还包括：服务器，用于对该采集数据站的参数进行配置，和/或对该路由器的参数进行配置；该服务器，还用于对接收到的来自该至少一个数据采集站的信息进行分析。

作为一个可选的实施方式，该系统还包括：远程数据处理中心，用于与至少一个辅助数据中心连接，通过互联网云端存储将辅助数据中心的数据，和/或，该辅助数据中心连接的至少一个数据采集站的采集的信息进行存储；该远程数据处理中心，还用于对存储的数据进行分析，并根据分析结果对该辅助数据中心和/或该辅助数据中心连接的至少一个数据采集站进行控制。

作为一个可选的实施方式，该辅助数据中心还包括：与基站进行通信的模块，用于通过基站与该远程数据处理中心进行数据传输；卫星通信模块，用于通过卫星与该远程数据处理中心进行数据传输；控制模块，用于控制使用该与基站进行通信的模块和该卫星通信模块中的至少之一与该远程数据处理中心进行数据传输。

作为一个可选的实施方式，该采集站采用以下至少之一检波器：模拟检波器、微机电传感器、力平衡式宽频震动检波器。

作为一个可选的实施方式，该力平衡式宽频震动检波器参数包括以下至少之一：工作频带：0.02-400Hz；总谐波失真：<0.001％(<-100dB)；动态范围：118dB；满量程：0.5g；噪声：2uV(或≤100dB)；功耗：20mW； 工作温度：–40℃—+70℃。

作为一个可选的实施方式，该数据采集站中A/D采用集成式低噪声可编程增益放大器PGA)和双通道输入多路复用器的A/D。

作为一个可选的实施方式，该路由器还用于为该至少一个数据采集站提供对GPS时钟倍频，以进行时钟同步。

下面结合一个优选实施例进行说明。

在本优选实施例中，将野外实时勘探中地壳微震数据采集实现本地存储和大数据云存储。本地存储为保数据安全，不丢失。远程云存储为使数据处理基地对野外实时勘探过程进行监控。

在本实施例中，将原来12串2并检波器串改为单支单道+AD+控制电路+adM485为单站单道，重量是原串的1/50。全排列数据485传输转为以太网传输，由智能路由器组成独立野外勘探采集系统，采集数据本地存储或进行云存储。多功能排列厢式货车，车顶装有2KW折叠式太阳能板，车内有2。2KW发电机，用网线对域内设备供电，四线网既是数传饯，也是电源线。车内装有服务器，对采集数据进行处理和显示，监控施工质量，也可将采集数据上传，由数据处理基地权威专家来对施工现场监控和管理。

下面对此进行说明。

地壳微震数据采集系统：由数据采集站，由双工485串口转以太网服务站，通讯基站，太阳能电源站，辅助数据管理中心组成。

图1是根据本发明实施例的地壳微震数据采集基础单元(3-12道可选)的示意图，图2是根据本发明实施例的单支单道采集站车智能路由器 联接结构框图，如图1，2所示，数据采集站为Q-Land单点单道接收，每点都以数字量地震信息输出，由3-12支组成地震采集基础单元，用智能路由器组成独立系统，进行数据本地存储，或上传。

图3是根据本发明实施例的FDU-485/以太网-智能路由器连接图，通过以太网级连进行联网，形成千道，万道，十万道，百万道，数据采集系统，再由辅助数据管理中心进行现场管理。

图4是根据本发明实施例的GPS ADSL MODEM(基站)的结构示意图，如图4所示，辅助数据管理中心可以采用具有越野功能厢式货车为施工车辆，车顶装有2kw太阳能发电站，配备2。2kw汽油机发电机，两组48v畜电池组，小型通讯基站。施工车内装有小型服务器，及相关设备，具有高精度gps接口，adsl接口，四线以太网络接口。

在实施时，附近可以有通讯基站，图4是根据本发明实施例的GPS ADSL MODEM(基站)的结构示意图。

通过互联网云端存储技术将本域内采集数据发送到远程数据处理中心，由数据处理中心实时对本域施工期间的数据抽样检查，在远程数据处理中心实时将采样结果进行地质结构作简要分析，远程实时指挥现场施工，有效地进行质量控制，达到更好地质效果。

如果周围10KM内没有通讯基站。就通过卫星通讯对大数据进行云端存储。数据处理基地通过云端对施工现场数据提取，分析，将分析结果通告现场。

在本实施例中，将移动太阳能发电系统用到野外地质勘探行业，解决长期依赖笨重畜电池搬上搬下困难，在传统的大规模地球物理勘探数 据采集系统中，每个电池组都非常笨重，几乎天天搬回驻地进行充电，太劳民伤财。本实施例是通过网络线，向在场的数据采集设备和通讯设备供电，网络线既是数据传输线，也是供电线。供电电瓶置放在厢式车内，在野外由太阳能电池(或发电机)充电。在驻地可由市电充电。

全双工485转以太接口,采集站，网络线常规情况下以12道为一组，通过4芯网线插头联接，单支单道虽然可以自成体系，完成数据存储和上传，但是在野外占有空间太小，易丢失，不利于重复使用，所以用6-12支数据采集站组成野外独立单元，通过485总线将本单元内各站连接起来，再通过485总线转以太网接口上传到智能路由器进行本域存储或远程云存储。

采集站是系统的最小单元，但由于采集站采用超低功耗设计，功能不完备，无法脱离上级站体工作，在可扩展的大规模地球物理勘探数据采集系统中，采集站采用单道单支检波器被封装在一起，成为新系统的最小单元。在这个最小单元中，以太网线为采集站，智能路由器提供了数据采集命令和电源所必须条件，采集使单元具有良好的独立性。改变传统的检波器串并概念，重量减到原组合大线重量1/40，摆放排列更自如。

采集站(FDU)包括:模拟传感器，AD，FPGA，DC/DC，RS485，被集中封装为一个壳体内，成为单站单道数据采集站，这一技术缩短模拟传输线，屏蔽了电磁干扰，有效提高地震资料的分辨率和信噪比，对于勘探开发中，对深储层预测和油藏描述是极为有利。

该技术有两个显著特点，一是小尺度方形面元，二是接收道数多。单道单支接收时最小道距可达到5m，提高了空间采样率，有效消除了 采集足迹现象。接收数据在数据处理基地由资料处理员经过分析，根据不同点的噪音发育情况确定不同的组合形式，或组合、或不组合、或小组合、或大组合，以压制这个物理点的噪音，这种组合方式称之为数字组合方式。

采集站中可采用模拟检波器，也可采用MEMES微机电传感器。

本实施例使用力平衡式宽频震动检波器，这种检波器有频带宽，灵敏度高，动态范围大等优点，适合地壳深层数据采集。

力平衡式宽频震动检波器技术指标：

工作频带：0.02-400Hz；

总谐波失真：<0.001％(<-100dB)；

动态范围：118dB；

满量程：0.5g；

噪声：2uV(或≤100dB)；

功耗：20mW；

工作温度：–40℃—+70℃；

机芯尺寸：25.4x34mm(直径x高)。

与传统动圈式检波器相比，力平衡式宽频检波器具有更低的谐波失真和更低的制造成本.

数据采集站中A/D采用ADS1282-HT器件，ADS1282-HT器件是一款超高性能的单芯片模数转换器(ADC)，具有集成式低噪声可编程增益放 大器(PGA)和双通道输入多路复用器(MUX)。ADS1282-HT器件适用于能量勘探和地震监测等应用的苛刻环境。与现有采集站相比，该方法设计具有低噪声、大动态范围、低功耗和多通道等优势。经实验室和野外测试，系统工作稳定，采集到的数据质量高，并解决了现有设备连续数据采集的不足。

数据采集站中A/D采用ADS1282-HT器件，ADS1282-HT器件是一款超高性能的单芯片模数转换器(ADC)，具有集成式低噪声可编程增益放大器(PGA)和双通道输入多路复用器(MUX)。ADS1282-HT器件适用于能量勘探和地震监测等应用的苛刻环境。与现有采集站相比，该方法设计具有低噪声、大动态范围、低功耗和多通道等优势。经实验室和野外测试，系统工作稳定，采集到的数据质量高，并解决了现有设备连续数据采集的不足。由spi口与配套iCEblink40-LP1K，连接。

ADS1282-HT

高分辨率：124dB信噪比(SNR)(1000SPS)；

高精度：总谐波失真(THD)：–102dB；积分非线性(INL)：0。5ppm

低噪声可编程增益放大器(PGA)；

双通道输入多路复用器(MUX)；

超低功耗的iCE40LP1K FPGA可编程控制器通过SPI口对ADS1282-HT转换器进行W/R同步控制，数据流通过iCE40LP1K中的ram上位机通过全双工485接口中一类)接口对超低功耗的iCE40LP1K FPGA全功能数据传输。全双工485四线既是数据传输线，也是路由器向数据采集站(FDU)供电线。

采集站电源供电，其中的T+与T-是传输电缆低速通道的本地数据发送差分信号线，R+与R-是传输电缆低速数据通道的本地数据接收差分信号线。以太网通过传输电缆的低速数据发送接口向域内的采集站供电，供电电压为48V，即T+和T一差分信号的共模电压为+24V，而数据接收接口R+和R-的共模电压为-24v。利用变压器的中心抽头，采集站可以获 得供电电压为48V的电源。具体的做法是，利用变压器的中心抽头，改变传输电缆低速数据通道的数据收发差分信号的共模电压，使供电电流同时通过差分对的两根信号线在站体之间来往。将采集站上游数据接收接口的变压器中心抽头与下游数据发送接口的变压器中心抽头相连，上游数据发送接口的变压器中心抽头与下游数据接收接口的变压器中心抽头相连，就能完成采集站内电源向下一级的传输。

由于采集站在野外铺设，受到静电及雷电的影响，为了保护采集站的电路安全，采集站在使用网线电缆上提供的电源时，首先，需要采取过压保护措施，保证供电电源的电压在可接受范围内。考虑到采集站的两个传输电缆接口在硬件上并没有做出区分，电源可能是由左边的接口提供，也可能是由右边的接口提供，因此，电源的“+”级与“一”极之间的电压差可能是+48V，也可能是一48V，需要经过桥式电路，使输入到后端整流与电压转换电路的电源VDD为确定的正极性。整流与电压转换电路的功能，一方面，是将传输电缆上提供的直流高电压电源转换为本地电路工作所需要的电压，另一方面，在本地电路与传输电缆上其它采集站之间进行了电源隔离。

从上游接口传输到采集站的差分信号，经过变压器后，由驱动电路变换为单端信号，输入采集站的iCE40LP1K FPGA以及数据时钟恢复电路中，数据时钟恢复电路从数据中恢复处接收时钟信号，并输入到FPGA中。iCE40LP1K FPGA的接收模块利用同步数据接收时钟，接收数据，首先进行解码及串并转换，将接收到的数据转换成以字节为单位的数据流。之后，接收模块将根据数据帧结构，获取该数据帧的目标地址，并判断目标地址是否是本采集站地址，是否是广播地址，或是其他地址。如果目 标地址是本站地址，iCE40LP1K FPGA将会把数据写入MCU_RD_FIFO中，并产生“接收到数据”这一中断，等待MCU读取该数据帧；如果目标地址是其他站地址，FPGA将会把数据写入数据转发FIFO中，等待下游传输电缆接口的转发；如果目标地址是广播地址，iCE40LP1K FPGA将会把数据同时写入转发FIFO和MCU RD FIFO中，并产生“接收到数据”这一中断，在MCU的读FIFO中的数据帧会等待MCU读取，而在转发FIFO中的数据帧则会等待下游传输电缆接口的转发。当MCU需要发送数据时，MCU首先将数据帧写入FPGA的MCU—WR_FIFO中，数据帧写入完成后，MCU修改iCE40LP1K FPGA中控制寄存器的值，通知FPGA数据帧写入完成，等待发送。由于采集站下游站体距离供电站更远，由下游站体发送到本采集站需要进行转发的数据帧可能已经经过多级采集站的转发，

智能路由器

支持QoS功能：QoS支持基于IP和服务类型的带宽限制，可依需要据对指定IP或者端口的上传下载带宽进行管理可针对在线数据扫描软件等进行一键封闭最小带宽保证功能，网络使用率，不卡不掉线；

采用MIMO技术使无线信号扩大到原IEEE802。11g标准的3倍以上；支持PPPOE、动态IP、静态IP等宽带接入方式；支持TCP/IP、PPPOE、DHCP、ICMP、NAT等协议；支持无线漫游(roaming)功能；内建DHCP服务器，同时进行静态地址分配；支持虚拟服务器、DMZ主机；内建防火墙，支持IP地址、MAC地址、域名地址过滤，可灵活控制上网权限与时间；支持Upnp、静态路由；提供64/128位WEP加密，支持WPA、802。1X等高级加密及安全机制支持远程Web管理，全中文配置界面；支持软件升级；支持MAC地址修改与克隆；提供简单的配置与监控程序。

智能路由器为域内采集通道提供完备的工作条件。对电池进行管理的同时，为域内各采集站体提供电源；通过对GPS时钟倍频，实现了全勘探区域同步的时钟，是同步采样的保证。

智能路由器实现命令执行过程的封装。本域的采集站配置，管理，控制等命令，网络变换服务器接收命令后解析，并负责将命令通过485总线可靠的发送到一个或多个域内采集站体，并对命令响应情况进行统计，向上级站体通过以太网进行汇报

辅助数据管理中心

辅助数据管理中心由服务器，2000W太阳能发电站，备用小型2。2KW汽油机发电机，电源变换块，以太网总线，GPS，大数据存储设备(或usb盘)，20寸显示器，大功率收发机，组成。

其主要功能如下：

1.辅助数据管理中心为域内采集通道提供完备的工作条件。对电池进行管理的同时，为域内各采集站体提供电源；具有两个电池接口，当使用太阳能电池为系统供电时，由于太阳能电池的负载能力与日光强度，温度等因素相关，输出电压不稳定，因此，需要对太阳能电池进行管理。在电源站的两个接口中，分别插入太阳能电池和备用电池。当太阳能电池的输出电压下降时，电源站将电源输入无缝切换到备用电池。电池的电源输出接入后端的供电电压转换电路，后端的供电电压转换电路分为两个部分，一个部分电路将电池输出的24V直流电源转换为3.3V，2.5V以及1.8V，供本路由器站各部分电路使用，另一部分电路将电池输出的24V直流电源组成48V直流电源，并通过纵缆低速数据通道供给采集站使 用。

2.辅助数据管理中心实现命令执行过程的封装。对网口服务器域的采集站配置，管理，控制等命令，总线数据管理中心接收命令后解析，并负责将命令通过485总线可靠的发送到一个或多个域内采集站体，并对命令响应情况进行统计，向上级站体通过以太网进行汇报

3.数传电缆的高速数据传输通道采用百兆以太网，由于百兆以太网的数据传输距离有限，因此在数传电缆中需要智能路由器进行百兆以太网数据传输的中继，以延长数传电缆高速数据传输通道的数据传输距离。

4.辅助数据管理中心是整个智能路由器管理域内站体与上级站体之间的数据通信进出口，负责中转来往于本智能路由器管理域内采集站与上级站体之间的通信数据。

5.辅助数据管理中心利用高空卫星对域内数据可发送到数据处理基地，也可以通过通讯基站对域内数据上传。接收到GPS模块输出的秒脉冲，或从通讯网中得到的秒脉冲通过倍频，为智能路由器管理域内的所有站体提供系统同步采样时钟。

6。辅助数据管理中心能够存储智能路由器管理域内48道采集站连续采集所产生的采样数据。

通道数增加时，对于上级站体的性能要求提高不明显，另一方面，使辅助数据管理中心站及本数据管理中心站域内的采集站在脱离上级站体控制或上级站体发生故障的情况下，仍然能够正常工作，提高了系统工作的稳定性和灵活性。

地壳微震数据采集系统特性:

1:频带宽1-400HZ

2:震级范围:-4。0至2。5

3:系统通道数:可扩展2000道以上

4采样率:10-4K

5:A/D转换位数:32位

6:防水深度:100米

7:动态范围:120DB@4KHZ

150DB@10HZ

图5是根据本发明实施例的野外施工流程的示意图，如图5所示，首先对采集站的硬件以及连接情况进行检查，如果检查有问题的话，需要排除故障，然后重新进行检查。在硬件检测以及与采集站的连接均没有问题的情况下，可以根据实际测量的需要首先对该采集站或者其他系统进行系统参数的设置，在系统参数设置成功之后，开始进行监测，记录数据文件，进行数据处理分析之后汇总到辅助数据中心，辅助数据中心可以根据得到的数据对采集站或者其他系统设备重新进行参数设置，然后再次进行监测。辅助数据中心可以将数据发送到云存储，或者采集站直接采集之后也可以发送到云存储。数据基地可以对采集来的数据进行详细的大数据分析。上述的数据处理分析，可以包括但不限于计算触发时间、计算空间方位、进行数字滤波，然后进行波形分析。波形分析可以由人工来完成，也可以由机器采用一定的学习算法自己来完成。

本优选实施例中，在地球物理勘探数据采集系统中引入数据域的概 念，将整个采集系统采用单站单道横缆域，将横缆域进一步细分多个485传输协议和以太网协议网络域。在各个层次的域中，实现了域的分布式管理，分布式存储以及分布式的同步采样时钟授时，使得各个域自成一体，能够独立的可靠的完成域的数据采集工作，设备重量是传统有线数据采集的1/30，省了人力，又减少设备，把劳动者从繁重的体力劳动解放出来。

本优选实施例中的种地壳微震数据采集方案、存储与远程监控方案，可以应用于石油，地质，矿产，工程勘探，油田开采压裂监测，水库，城市大型建筑，环境保护等领域，也开劈了野外采集数据云存储之路。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。