专利名称：地震数据获取系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震测量获取设备。更具体地说，本发明涉及地震测量设备配件组合、测量数据管理策略、用于执行管理策略的操作软件、设备配置的后勤、和设备的操作。
背景技术：
原则上，地震测量表现为包含可以被分析以描绘地球的分层地质的详细信息的大量数据集，所述地球的分层地质由层交界面处声阻抗不连续的地震波反射所指示。该分析受关于地层密度或弹性的差异的弹性波传播速度的影响。诸如由浅钻孔中埋藏的炸药的点燃或由地球表面放置的振动装置而导致的地震事件在精确已知的位置和时间被发射至地下。这种人造地震事件的地震波反射由多个在技术上特征如地震检波器的传感器(transducer)来检测。地震检波器布设在所关注区域上的有序的网格中。每个地震检波器阵列的位置相对于地震事件的位置而被精确映射。随着来自定时事件的地震波从源头发出，原始地震波的反射返回到表面，在此处它们被地震检波器检测到时。地震检波器以相应的模拟电子信号响应波的接收。这些模拟信号由数据获取模块接收，这些数据获取模块数字化模拟信号流，以再传输至中央记录单元。在由数据获取模块数字化的有意义数据当中，有所反射波的幅度或强度、及事件发生时刻与地震检波器阵列的模拟值被转换为数字值的时刻之间所经过的精确时间。
在单个测量中，可能有数千个地震检波器信号源。因此，数据流必须是有序且经过组织的。例如，数据获取模块传输按称为包(packet)的数字数据组的地震检波器信号值。每个包包含预确定数量的数字数据位，除了其它事情以外，所述数字数据位还代表当地震波或其增量被转换为数字值时模拟信号幅度的数字值。对获取模块进行编程，来以预确定位速率传输关于一系列地震检波器信道的数据包。数据包中的变量数据代表了来自每个地震检波器信道的模拟信号流的瞬时快照(snapshot)。可以有许多单独的地震检波器单元，在相同的地震检波器信号信道将各自的模拟信号分别传输至数据获取模块。
对这种大量数据有序流向中央记录单元的管理，经常在野外测量车上进行，需要多个数字信号处理器件。数据获取模块将地震检波器模拟数据转换为数字数据，并且将数字数据包沿接收器线(line)或无线发射信道发送。可以有许多数据获取模块沿单个接收器线发送各数据包。在每个数据获取模块的功能当中，有关于来自沿相同接收器线发送各数据包的其它数据获取模块的数据包的流的数据包传输时序。通常，两个或更多的接收器线与基线(base line)单元相连接，这些基线单元进一步将许多附加基线单元的数据包流调节(coordinate)为基准传输线(base transmission line)，用于中央记录单元的接收。
地震测量经常在极端恶劣的热或冷、热带或寒带、陆地或海洋、沙漠或沼泽的条件下进行。不论环境如何，地震检波器必须相对地震源事件精确定位。必要地，通常要求地震检波器的人工放置。
使用电缆连接的系统的地震地面工作人员面对的许多挑战之一是电缆配置的最初确定。地质学家和投资者的数据需求不总是可以预计的。地震测量承包人必须尝试选择这样的电缆配置，即在保持线路连接器的数目最小的同时，最小化他们的工作者在野外的负重。然而，现有技术的地震系统被不灵活地设计为集成单元。如果远程数据获取模块被设计为以8信道模式操作，则现有技术的系统不能够被容易地重新配置为以6信道模式操作，尽管具体的测量任务可能特别适合于6信道模式。现有技术的数据获取模块被制造为具有固定的位传输速率和不能调整的功率设置的典型配置。因此，位传输速率和传输功率是强制性的，仅仅对于单一类型的设备配置是最佳的。
现有技术的系统依赖于发自中央控制模块的询问(interrogate)命令，这些询问命令被同步发送到远程数据获取模块，仅依赖于中央系统时钟来控制采样时间。
发明内容
因此，本发明的一个目的是帮助野外观测者最大化对于任何具体任务其可用的记录资源的使用效率。本发明的另一个目的是对于给定的设备配置，提供最高可能的质量的数据的最大可能的数量。
本发明的另一个目的是，可以使其位传输速率调整为优化对于地震任务目标可用的电缆和其它设备的应用的地震系统。
本发明的再一个目的是，有意使用远程单元处的数据异步采样，以提高网络组件的使用效率。
此外，本发明的一个目的是，提供具有远程选择可用的多数据传输路径的可配置地震遥感勘测网络。本发明的再一个目的是，对于数据询问信号的远程促动(actuate)的终端点。
本发明的另外一个目的是，其中所有数据载波可以以相同位传输速率起作用的地震遥感勘测网络。
本发明的再一个目的是，这样的地震遥感勘测网络，其中，当有利于测量几何时，数据传输基线可以以大于或小于接收器线的传输速率的传输速率来操作。现有技术提供的基线以高于接收器线传输速率的固定传输速率操作。这些现有技术系统不提供容易地改变基线传输的位速率以利用地震测量的不同要求、或者匹配基线位速率至接收器线传输位速率的手段。
本发明其它的目的包括通过优化数据信号强度来延伸接收器线取出(take-out)距离。传输电功率影响可靠遥感勘测可以以更长距离所要求的更高功率进行的距离。现有技术不提供对于不同电缆上可变传输距离优化通信所要求的改变功率的能力，诸如可以用在一个工程(project)中或有不同要求的工程上的改变功率能力。在分布式地震数据获取系统中，能量储藏(powerconservation)是延长电池寿命中重要的考虑。通过把传输功率限制到可靠通信要求的最小量来在分布式遥感勘测单元中储藏电池能量是本发明的一个目的。
接收器线取出距离也通过增加数据传输效率来提高。通过针对给定的接收器线取出距离优化通信，减少给定的系统配置的设备重量。
本发明的再一个目的是，通过最小化数据包之间所浪费的时间来增加数据传输的时间密度。
本发明的另一个目的是，通过从数据包中排除识别创始(originated)数据的信号处理单元的信息及其数据的创建时间(其减少将被传输的数据量)、以及使用数据包在数据流中的位置来隐含地传递数据包标识、来提高数据遥感勘测的效率。
有选择地拆分接收器线的部分的数据报告路由的能力和选择也是本发明的一个目的。
本发明的另一个目的是，提供可相互连接并能执行多功能，从而最大化设备利用的灵活性和效率的网络元件。
本发明的上述目的和上面没有特别陈述的其它目的根据下面的本发明详细描述对于本领域普通技术人员是明显的。本发明的每个远程获取模块(RAM)受中央记录单元(CRU)控制，以循环地将模拟地震幅度值转换为数字值。对于一个循环的数字值与其它信息相组合作为数字数据包。在接收器线中交替的RAM沿着两条通信线之一将各数据包发送至线分接头单元(Line Tap Unit，LTU)，用于传输至CRU。应来自询问信号的命令而从各个RAM分别发送数据包。询问信号从CRU启始，从LTU再传输至最近的RAM，该最近的RAM立即开始传输从前一个传输循环开始集合的数据。然而，直到第一RAM的数据包可以由第一RAM和LTU之间的通信通道段容纳为止，询问信号至下一RAM的再传输被延迟。当第一RAM的最后的数据包的传输完成时，询问信号再传输定时接收来自下一RAM的第一数据包。对接收器线中的所有RAM重复这种模式。
例如，调整传输位速率至大约6到12兆位每秒(mbps)之间的合适的值，以容纳一个传输循环中沿给定的接收器线将被传输的数据包的数目。在传输位速率选择中还要考虑的是在接收器线序列中的RAM之间的电缆的特性和物理特征。然而，例如，RAM和基线单元具有1到2兆位的数据存储器，以容纳过多的数据生成。数据存储足以存储射出(shot)数据的整个序列，用于以后的传输。或者，数据存储可以用于记录时间段期间允许数据传输以低于数据创建速率的速率进行。
也可调整传输信号功率至适合的值，使得既提供临近RAM(和LTU)之间可靠的通信，又最小化功耗，从而延长分布式单元中的电池寿命。
基线传输速率可被选择为与接收器线传输速率相同，以匹配两种类型的通信的能力，或者，基线传输速率可被设置为高于或低于接收器线传输速率，以利用诸如不同的直插线(in-line)和交叉线(cross-line)间距和/或不同的直插线和交叉线数据量要求之类的测量的特征。
间接地，系统具有将所有接收器线与可选择的通信通道逻辑链接的能力，从而接收器线可以在从中央记录单元发布的命令要求的时候终止。来自沿一接收器线相互孤立的RAM的数据包可以传输至沿另一接收器线的另一基线，或者它们可以留下而不使用。
系统的另一特征是RAM信道的灵活性，从而任意数量的信道可以被容纳，直至RAM的最大能力。结果，RAM不限于具有每RAM特定数目的信号信道的固定的通信方案。按照本发明实施例建构的RAM可以与例如2、4、6、和8信道电缆连接。
系统还提供灵活的、多路径的网络，用于连接RAM至CRU。通用电缆连接器使得接收器线、基线和跳线电缆被连接至网络中的任意类型设备，包括RAM、LTU和CRU。RAM可以用作中继器。接收器线电缆可以被用作具有减少的数目的通道的基线电缆。系统的操作者使用具有测量区域的基本上真实比例(true-scale)地图的图形用户界面来操作网络，该地图示意了物理障碍的位置和所有的地震测量设备项目及其它们的网络连接。当克服物理障碍和零星设备故障时，系统软件引导操作者优化设备和网络配置。
RAM的双向和LTU的多向，与接收器线电缆中的电缆回路(looping)和逻辑断裂(break)相结合，以及电缆和模块的相互连接，提供了现有技术中不可得的适应性。
因为RAM和LTU是从CRU可配置的，因此，当改变的环境要求配置的变更时，可以对网络配置进行必要的改变而无需物理访问远程线设备模块。接收器线和基线电缆中的多通信通道提供了优化传输能力的使用和避免在一些通道的干扰的情况下停工的机会。在基线拆分并再联结的过程中使用多通道基线电缆设计，以绕过障碍及在障碍两侧分配能力。
本发明包括一种操作地震网络的新方法，该方法有意异步以允许对于CRU有更有效率的地震数据的遥感勘测，并且使用RAM中独立的时钟，以更有效率地控制采样时序。通过由RAM和CRU实现的新颖的处理方法，将异步采样转换为同步采样。
本处理方法使能地震信号幅度值的精准的和精确的时序，并且克服单独RAM中时钟的不精准。本方法预计网络中固有的时间延迟，并且量测RAM时钟漂移。使用高精准的CRU时钟和采样的幅度值，可以确定在正确的时间的幅度值的估计。本发明的这个特点允许与常规间断记录相反的持续记录能够实施，这个特点在陆地和海洋地震系统的最新的技术发展水平中是有用且需要的。
本发明的另一独特特点包括通过指定包括RAM、LTU和CRU在内的所有系统元件的位置和状态，定义地震网络。网络定义还包括由所有网络中激活的元件进行的数据包的传输的精确顺序的规定，使能够隐含确定创始数据包的RAM及其创建时间的标识。这种信息的隐含传送的方法减少了将被物理传输的数据量，并改进了网络效率。另外提供了对丢失的或过多的数据包补偿的方法，以使数据包的隐含识别的方法更实用。
通过阅读下面优选实施例的说明，并参考附图，本发明的其它特点和优势将能被本领域技术人员认知和理解，其中，全部附图的数幅图中，相似的参考符号表示相似或近似的元件，其中图1a是配置以用于3D测量的本发明的半平面(half-plan)示意图；图1b是配置以用于3D测量的本发明的半平面示意图；图2是一对RAM和连接至该RAM的地震检波器之间的通信通道的详细示意图；图3是8信道接收器线电缆和通用连接器的横截面视图；图4是8信道基线电缆和通用连接器的横截面视图；图5是远程获取模块(RAM)的功能示意图；图6是模拟-数字转换模块的功能示意图；图7是RAM通信模块的功能示意图；图8是基线单元(BLU)的功能示意图；图9是线分接头单元(LTU)的功能示意图；图10是中央记录单元(CRU)的功能示意图；图11是用于CRU的通信模块的功能示意图；图12是基线拆分器的功能示意图；图13是针对两种类型的电缆的比较的与电缆长度及信号传输速率相关的数据表和相应的图形；图14是本发明可用的可能的测量布局(layout)参数表；图15是示出本发明的典型设备布局和信号流路由的图；图16是图15中由于接收器线断裂而修改的信号流路由的图；图17是典型基线拆分器应用的示意性图示；图18是叠置在地形图上的用于克服物理障碍的地震设备野外布局的典型地图显示；图19是询问命令时间倾斜(skew)的图形；图20是图示地震信号倾斜和信号幅度插值的地震波图形。
具体实施例方式
图1示意性地图示了按照本发明的模型地震测量矩阵，其中，以周期和间距的有序方式在所关注地形上分布地震检波器。对于这个例子，地震检波器排列在T1、T2、T3和T4四行中。行T3不连续地延伸穿过诸如河流或高速公路之类的物理障碍。沿每个地震检波器行分布三个(例如)RAM 10。RAM 10的结构将更全面地结合图5、6、和7描述。
RAM关于每个RAM的“A”侧和“B”侧分别由两个接收器线电缆12连接。见图5。如图3的横截面图所示，接收器线电缆12包括四对地震检波器信道通道32和两对通信通道30和31，环绕着压力运载芯(stress carrying core)元件28。六对接收器线通道在绝缘环24中排列，并被防护罩26包围。接收器线电缆以通用电缆连接器39终止于两端。如图1所示，这个电缆连接器使得接收器线电缆连接至任意RAM 10、LTU 14、BLU 38或连接至CRU 18。连接器管脚包括通信通道30的一对135、通信通道31的第二对136、地震检波器信道通道的四对137、和两个未用对138。保留未用对以使得能够对系统中包括接收器线电缆、基线电缆和跳线电缆类型在内的所有类型的电缆使用通用电缆连接器39。
参照图1，行T1中分别关于RAM R-1/RAM 1和R-1/RAM 2的两个接收器线电缆区间由背对背连接36相互联结(join)。行T2中R-2/RAM 2和R-2/RAM 3之间的接收器线电缆也是如此。行T4包括两个背对背连接器36。背对背连接器36提供连接的接收器线电缆12的通信通道30和31之间而不是地震检波器信道通道32的连续。单个电缆区间中的四个地震检波器信道通道32的每一个分别连接至仅一个RAM。因此，在本优选实施例中，每个RAM接收直至八个地震检波器信道。
在一般的工业实践中，每个地震检波器信道32将被连接以多个地震检波器。对于给定的信道32的每个地震检波器具有相对于地震扰动位置的预确定位置，从而那些普通连接的地震检波器全部基本上接收相同的地下反射信号，由此(通过合计)增强信号强度，但基本上接收不同的地震噪声，由此当合计时削弱噪声。
通常，但不总是，通过信道32的地震检波器信号是模拟的如下文更全面描述的由RAM进行模拟-数字转换。然而，单独地震检波器单元中的专用电路进行的A/D转换在某种环境下是可能且有利的。
再参照图1，LTU 141、142和143将行T1、T2和T3联结至基线电缆16。LTU将结合图9更全面的描述。
图4横截面中所示的基线电缆16包括绝缘环24和防护罩26中的八个通信通道对341-8。配件的芯可以是压力运载芯28。通用电缆连接器39终止基线电缆的区间的两端(end)，使得能够连接至系统中的任何模块。示出通信通道34的连接器管脚147。通用连接器39在物理上与用在接收器线中的连接器相同，跳线类型使得系统中所有设备能够全部相互可连接。
如图1所示，基线电缆16的一个区间联结LTU 144和145。使用基线电缆16而不是接收器线电缆12来连接在相同逻辑接收器线上的RAM，如在这个例子中，图示了系统的相互可连接性和适应性的一个方面。
八个通信通道341-8(图4)将地震检波器野外矩阵连接至CRU 18(图1)，CRU 18经常运载在车辆上以便于移动。取决于CRU 18的数据处理能力，一个或更多的基线16可以服务于CRU 18。在基线电缆16中有八个通信通道，在每个接收器线电缆12中有两个通信通道。地震检波器数据将沿四个接收器线R-1至R-4被报告至CRU 18。使基线的八个通信通道中的两个对于每个激活的接收器线是可用的，以确保在使用的接收器线和基线通道之间的一对一通讯。
特别地，接收器线R-1服务于RAM R-1/RAM 1和R-1/RAM 2。来自连接至RAM R-1/RAM 1的地震检波器信道1-8的数据首先由那个RAM处理，并沿接收器线通信通道301传输至基线通信通道345。行T1的地震检波器信道9-16生成的数据由RAM R-1/RAM 2处理，并沿接收器线通信通道301传输至基线通信通道341。
接收器线R-2服务于行T2中的R-2/RAM 1、R-2/RAM 2、R-2/RAM 3和行T3中的R-2/RAM 4。关于行T2和T3的电缆12端区间的通信通道302和312由跳线电缆17链接(link)。跳线电缆是仅包含两个通信通道且不包含地震检波器信道通道的电缆。它可用于连接两个接收器线的端以形成回路。行T2中的地震检波器信道9-16的数据由R-2/RAM 2及行T3中的信道17-24由R-2/RAM 3沿接收器线通信通道302传输至基线通信通道346。行T3中的地震检波器信道25-32的数据由R-2/RAM 4沿接收器线通信通道312传输至基线通信通道342。另外，来自行T2的信道1-8的地震检波器数据由R-2/RAM 1沿通信通道312传输至基线通信通道342。
接收器线R-3仅服务于作为由R-3/RAM 1处理的信号的行T3的地震检波器1-8。这些数据沿接收器线通信通道303传输至基线通信通道347。
接收器线R-4服务于行T1中的R-4/RAM 1和行T3中的R-4/RAM 2。在行T4中，接收器线R-4也服务于R-4/RAM 3、R-4/RAM 4和R-4/RAM5。行T4中的地震检波器信道25-32连接至R-4/RAM 4，用于沿接收器线通信通道304传输数据至基线通信通道348。
接收器线通信通道314接收行T1中的地震检波器信道1-8、行T4中的信道17-24和行T4中的信道33-40的数据，用于沿基线通信通道344传输至CRU。接收器线通信通道304接收行T3中的地震检波器信道9-16和行T4中的信道25-32的数据，用于沿基线通信通道348传输至CRU。
图2的本发明实施例图示了连接至基线16的两个接收器线R-1和R-2。接收器线R-1的通信通道301和311分别将R-1/RAM 1、R-1/RAM 2和R-1/RAM 3连接至基线通信通道341和345。接收器线R-2的通信通道302和312分别将R-2/RAM 1、R-2/RAM 2和R-2/RAM 3连接至基线通信通道342和346。
RAM 10、LTU 14、和CRU 18通过数种类型的数字数据包通信。CRU 18使用“命令”来与包括RAM 10、LTU 14、BLU 38和中继器在内的线设备通信。线设备将线数据(Line Data)发送回CRU。矩阵系统中的每部设备知道它的相对CRU的方位。RAM和LTU仅认知在它们的CRU侧的命令和在它们的线侧的线数据。
每个RAM和LTU本身固有逻辑上的“命令侧”和“线侧”。在两侧之间没有物理上的差别，任何一个物理上的侧可以起任何一种功能作用。然而，确定的是，命令侧是更靠近CRU的侧，通常，在两个物理侧是自CRU的直接路径可达到的情况下(要求使用跳线电缆17的接收器线的回路)，有可能的例外。在本优选实施例中，在图2所示的多路径环境中，每个设备的命令侧由操作者控制下的CRU确定。CRU可以随测量的过程而在具体RAM或LTU的各侧切换。这是被期待的，例如，响应于具体电缆段中的通信故障。这种配置RAM和LTU的方向性的能力的另一个优点是当CRU在测量过程中移动到另一位置时，这些模块可以容易地适应由操作者作出的新的网络配置(不需要如在现有技术中那样物理访问将被再配置的每个RAM和LTU的位置)。
图2中的跳线电缆17使RAM能够从任何一侧与CRU通信，这样，通过命令侧的简单再分配，另外的绞合的(stranded)RAM可以由CRU访问。通过将“上电”电压发送至设备，CRU在系统初始化时控制命令侧的分配。
数字数据包每包包括204位。在这总的位中，8个数据位对包识别首部(header)保留，192位对数据使用可用，4位对数据完整性校验(校验和)保留。
命令可以包括，例如，用于指令一个(或全部)线设备模块以执行给定任务的32位数据。例如，软件可以指令具体的LTU来在所有的RAM的“B”侧“断电”。在另一种情况下，软件程序可以指令所有的RAM切换到低功率模式。通常，命令数据包的数据位结构将序列中的起首5位用以识别包类型，例如命令、询问命令或线数据。命令包中的第六和第七位识别命令将发送至的设备的类型(RAM、LTU等等)。命令报头中的第八位是“全局(global)”位，该位定义了哪些设备将在命令中起作用。全局位的一种设置寻址所选类型的所有设备。另一种设置包括随后的16个位，以特别指定哪些设备将在命令中起作用(寻址的命令)。命令包中的最后8位定义了发送的命令。当LTU从野外测量车接收命令时，它同时在三个方向发送命令向“A”侧、“B”侧、和“线侧”外(除非命令是询问命令的特殊情况，该情况要不同对待)。当延展上的每个RAM接收命令时，它决定(基于报头和地址位)是否在其上起作用，然后发送它至线上的下一设备。
询问命令是特殊类型的命令，仅由8位组成。如果前面的命令准备好这样做，则询问命令通知所有的设备将线数据传输回CRU。在识别询问命令的过程中，设备仅看数据的起首5位，而不顾其余。当接收询问命令时，LTU将它同时传递到RAM的“A”侧和它的“B”侧，然后，开始向CRU传输它已经存储在存储器中的先前采样“A”和“B”数据。当先前采样数据已经对“A”和“B”侧发送时，已经有意延迟将询问命令发送出“线”侧以便在向CRU发送数据过程中最小化间隙的LTU，开始向CRU传输新接收到的“线”侧数据(从当前的采样)。
如果在编程的时间长度之内LTU没有接收足够的响应，则它对于缺失的RAM插入仿真(simulated)的数据。如果LTU接收过多的响应，则它忽略超过限定的数量的那些响应。这种方法使得CRU能够识别数据包的来源，而无需借助数据包之内明确的识别位的使用。一旦以“A”侧结束，则LTU重复“B”侧的处理。后面，LTU将询问命令发送出“线侧”一侧。
LTU必须以这种“A”、“B”和“线”侧的顺序向CRU传输数据。如果它已经实际上按次序询问了“A”侧、“B”侧和“线”侧，则所传输的顺序与已经发生的顺序相同。这种对向CRU传输数据包的正确顺序的严格遵守对于通过省略识别信息来减小数据包尺寸从而改进遥感勘测效率是需要的。
RAM或LTU可以用于中继器模式。在这种模式中，它的功能仅仅是接收来自CRU的命令，并在“线”侧上将命令传输至下一RAM或LTU。在中继器模式中，RAM或LTU也接收来自“线”侧的数据，将该数据解码，并再传输该数据至CRU。
当激活的RAM(由前面命令激活)接收询问命令时，它开始向CRU发送它的数据。恰在结束传输它的数据包之前，(例如，在为了最小化传输中的时间间隙而计算出的时间)RAM向线上的下一RAM或LTU传递8位询问命令。
例如，线数据包由204个数据位组成。这些包包括由线设备发送至记录系统的模拟-数字(例如，地震检波器脉冲或地震检波器噪声)或状态(例如，电池电压、序列号等)信息。线数据包的起首8位是报头。位1-5将信息块识别为前面描述的来自线的数据。随后3位识别哪些类型的信息包含在包中以及它如何创始。例如，信息可以是真实或仿真的射出的数据，或设备状态。
线数据包的数据字部分有192位长，可以包括射出数据(来自RAM的八信道的每一个的24位)或者状态信息。线数据包的余下四位是校验和计数。在RAM将数据发送至记录系统之前，它在数据字中计数“高”位(或“1”)的数目，并以二进制格式在此处写入总和。RAM以16(从0至15)的循环计数，重复循环直至它完成数据字中所有高位的计数。例如，如果在数据字中总共20位设置为“高”，则RAM将计数至15，然后重复循环，计数16作为0、17作为1、18作为2、19作为3及20作为4。这种情况下的校验和计数将是4(在二进制格式中写为“0-1-0-0”)。
在RAM向CRU发送线数据之后，每个沿路的设备核实它。当设备接收线数据时，它计数数据字中的高位，并将该数字与数据包的校验和计数做比较。如果这些数目不匹配，则设备记下它检测出传输问题的事实。然后，设备向CRU发送数据并等待来自线或CRU的更多数据。
在采集数据之后，系统轮询线上的所有设备，以便确定，例如，那些设备检测出了传输问题以及在CRU监视器显示中在哪放置出错标志。
如图5所示意，RAM 10的结构中，包括通信模块40和模拟-数字转换模块42。通信模块40由时钟电路44和中央处理单元(CPU)46支持。CPU包括随机访问存储器电路48。通信模块由电源电路45提供能量，该电源电路45在内部电池47和外部电池49上管理功率需求。
图6更扩展地示出了模拟-数字模块42的示意图，该模拟-数字模块42包括对于每个模拟信号信道32，线电涌(surge)隔离器50用于限制杂散(stray)电压电涌；模拟信号放大器52；模拟-数字转换器54。当从通信模块40(图5)接收到询问信号(称为询问命令)时，每个模拟-数字转换器54将它的当前地震检波器信号值传输至通信模块40，用于集成入各自的数据包。
RAM的通信模块40由图7示意性地表示，包括线电涌隔离器56以限制由通信通道30和31运载(carry)的电压电涌。地震检波器信号的数字值从模拟-数字转换器42接收。数字信号的传送由CPU 46调节，来将数据包编码到通信通道30或31中的一个或另一个。在接收器线12中的两个通信通道30和31之中，选择一个来接收数据包传输。由控制器60中的中继器电路解码并再传输另一个通信通道。通常，每个通信通道30或31被逻辑连接，用于从沿单个接收器线的交替的(alternate)RAM单元输入的数据包。关于图2，例如，通信通道301可以被连接，以从R-1/RAM 1和R-1/RAM 3接收数据包，而R-1/RAM2可以沿通信通道311报告数据包。
图5，在CPU 46的软件程序控制下，由时钟电路44确定步调(paced)，控制器60(图7)从模拟-数字转换模块42接收数字信号值，并将该数据与其它首部以及校验和数据相结合，以创建数据包。例如，地震采样率在从大约每毫秒0.125次采样至大约4毫秒/采样的范围内是可编程的。幅度值存储在RAM存储器中，直至接收到询问命令，在此之后，它将幅度值以数据包的形式沿接收器线传输至CRU。
沿接收器线12，包括一系列数据包的信号流被LTU 14或BLU 38再引导(redirect)至基线16信号流。两个信号传输单元之间的唯一差异是用于BLU 38的扩展的数据存储能力。LTU和BLU两者均潜在地具有信号处理能力。
例如，关于LTU 14的图9示意图，本发明的优选实施例包括关于一对接收器线12a和12b的通信通道以及关于一对基线16a和16b的通信通道。由远程控制的线隔离器电路64服务于这些端口的每一个。在通常的操作模式中，关于接收器线12a的通信通道30a和31a和关于接收器线12b的通信通道30b和31b连接至通信模块70。与RAM 10相似，LTU 14的通信模块70由CPU 72指导，并由时钟电路74确定步调。CPU 72的存储能力由随机访问存储器76扩展。由内部电池68和/或外部电池67供应单元功率分布电路66。
除了巨大数据存储能力78之外，图8的BLU 38实质上与图9的LTU 14相同。BLU可以代替LTU而被使用，但是反之不需要。在不要求BLU的巨大数据存储的情况下，在本优选实施例的描述中以及随后的权利要求中，术语“LTU”14和“BLU”38可以相互交换地使用。
图10表示的CRU 18的优选实施例包括两个由各自的通信模块80服务的基线16的通信通道。通信模块80由时钟82确定步调，并由诸如电池或发生器之类的源84从外部供电。功率管理电路86包括滤波和分配。CPU 88控制通信模块80。CPU 88由随机访问存储器85和巨大数据存储电路87在功能上支持。整个系统由键盘90、监视器92、鼠标94、绘图机96、和打印机98人工地在界面交互。
关于CRU 18的通信模块80由图11示意性地示出，包括针对八个通信通道341-8的每一个的线隔离器1001-8和数据控制器102。
控制本发明操作的软件程序有几种独特的特征。这些独特的特征相互协作以克服现有技术系统中本身固有的几个存在障碍或效率低下之处。这些效率低下之一是发生数据包之间的大量时间流逝，从而导致在给定的时间段可以访问的线设备的数量减少。另一种效率低下由如下各项之间的复杂关系产生(1)数据电缆长度，(2)数据传输位速率，和(3)数据生成速率。
为了解决现有技术数据速率传输的效率低下，并且为了减少数据包之间的间隔，本发明的操作过程包括信号协议，通过该信号协议数字数据包进行装配和排队，用于从许多RAM至CRU 18的传输。这一过程通常包括询问命令从CRU至LTU 14的传输。LTU沿接收器线通信通道30和31的每一个向RAM单元中继询问命令。对单个接收器线12中的那对通信通道30和31，两个询问命令独立地定时。它们可以同时发送，也可以不同时发送。虽然单个接收器线12中的两个通信通道30和31均可以在各自的接收器线中连接到每个RAM，每个RAM将作出的对连接的响应通常不同。
参照图2，例如，询问命令A0起源于CRU 18，沿基线16的通信通道341运载(carry)至LTU 141。LTU 141沿通道301中继询问命令A0至R-1/RAM 1。一旦接收到，R-1/RAM 1立即开始沿通信通道301将包含连接至R-1/RAM 1的所有地震检波器系统信道32(图5)的数据的数据包按顺序传输回LTU 141。重要的是，信号A0不再沿通信通道301被R-1/RAM 1之外的设备运载。当R-1/RAM 1接收信号A0时，RAM通信模块40针对沿通信通道301从R-1/RAM 1经由R-1/RAM 2中的中继器电路至R-1/RAM 3的询问命令A1的中继传输启始定时延迟。这个时间延迟的长度是作为许多系统和工程参数的函数的变量。具体上，连接至具体RAM的地震检波器系统信道的数目(即，4、6、或8)、电缆类型和长度、中继器RAM的数目和RAM之间的传输位速率对时间延迟有最强的影响。询问命令A0的再传输延迟的设计哲学是调节来自R-1/RAM 1的最后数据包的传输与在R-1/RAM 1处来自R-1/RAM 3的第一数据包的到达，并最小化连续信号流之间的包流之间的间隙。虽然询问命令A1由R-1/RAM2接收，但是信号仅仅重复至R-1/RAM 3。
当R-1/RAM 1接收到询问命令A0时，关于报告至R-1/RAM 1(例如，直至8)的地震检波器系统信道的数据包的传输立即开始。然而，数据包信号的执行要求有限的时间段。该有限时间段的一部分是关于由R-1/RAM 1进行的询问命令A1的中继传输延迟间隔。当来自R-1/RAM 1的数据包被传输回LTU141时，询问命令A1进至R-1/RAM 3以启始来自该RAM的相应的数据包传输。马上，R-1/RAM 3数据包的传输沿着已经运载了询问命令A1的R-1/RAM 3和R-1/RAM 1之间的通信通道301段开始。询问命令A1的创建被定时为使来自R-1/RAM 3的数据包的第一元素恰好在传输了最后的R-1/RAM 1数据包之后到达R-1/RAM 1。
独立于询问命令A0从CRU 18传输的询问命令B0，由LTU 14沿线通信通道311中继至R-1/RAM 1。一旦接收到询问命令B0，R-1/RAM 1仅将信号中继至R-1/RAM 2。R-1/RAM 2开始将各自的数据包沿着R-1/RAM 2和R-1/RAM 1之间的通信通道311段传输至LTU 141。一旦接收到数据包，R-1/RAM1仅重复数据包信号至LTU 141。
在每个RAM处的询问命令延迟不是固定值，而是取决于报告至各自的RAM的模拟信道数目、激活的RAM之间的中继器RAM的数目、和影响传输时间的其它因素的关于每个RAM潜在可变。虽然本发明优选实施例对每个RAM提供8个地震检波器系统信道32，但是也可以对各自的CPU46编程，以容纳少于8个的任意数量的信道。此外，没有将模拟信道的最大数目设置为8的自然的规则。这仅是设备设计和工程实践的事情。
应当注意的是，关于具体的RAM，通信通道30或31可以从一个改变为另一个。可以在有意图的通信通道中的断裂的连接或连续性的事件中要求这样的步骤。然而，在这样的改变的事件中，在受影响的RAM处的询问命令延迟时间可以被改变。
值得特别注意的是对于终止(termination)而非询问命令至下一RAM的再传输被编程的每个RAM的逻辑断裂功能。这种功能使接收机线成为回路，从而具有至两个LTU 14的电缆连接。然而，功能上，在给定的编程的配置中，每个RAM将仅以一对关于单个的、指定的LTU 14的通信通道30/31来操作。如图1所示，在一个例子中，地震检波器行T3的连续性在RAM R-3/RAM 1和R-2/RAM 4之间被诸如河流或陡峭的悬崖之类的不可克服的障碍物打断。结果，来自基线通信通道343的、通常从LTU 143传输至R-2/RAM 4的询问命令改为由LTU终止。相应地，来自LTU 142的、通常终止于R-2/RAM 3的询问命令进一步经由跳线电缆17传输至地震检波器行T3中的R-2/RAM 4。
在图2所示的近似的例子中，由穿越R-2/RAM 2和R-2/RAM 3之间的通道302和312的逻辑断裂线P-P代表障碍。来自CRU 18的询问命令C0和D0由LTU 142中继。询问命令C0由R-2/RAM 1接收，并被延迟以作为询问命令C1再传输至R-2/RAM 3。由于存在至R-2/RAM 2的逻辑断裂命令，因此询问命令C1没有发布。同时，询问命令D1通过R-2/RAM 1被中继至R-2/RAM 2，用于R-2/RAM 2地震检波器数据。然而，R-2/RAM 2没有发布再传输信号D1。响应于来自R-1/RAM 3的询问命令A2的延迟，R-2/RAM 3地震检波器数据沿通道301经由跳线电缆17被报告。
虽然，通过沿R-2/RAM 2和R-2/RAM 3之间的线P-P的通信通道的物理不连接显然可以实现这个结果，但是在分布RAM的时刻，对于这样的报告再分配的需要不总是明显的。此外，在分布和要求替换、修理或忽略之后，某些RAM可能会出故障。与现有技术要求物理返回各自的RAM位置的修理或替换的选择相比较，根据本发明，可以从CRU 18实行忽略和修改连接的选择。
本发明的逻辑断裂能力可以通过对于RAM的至CPU 46的直接命令(由CRU创始)来完成。CPU 46对各自的RAM编程，以使它们有选择地阻止询问命令的再传输。
通过基于网络配置严格限定数据包排序(sequencing)，序列内任何数据包的位置可以用于确定哪个RAM创建了那个数据包。并且因为响应于一个询问命令而发送的数据包包含大约在询问命令到达创建RAM的时刻所创建的数据采样，因此在数据包之内不需要明确陈述数据包创建时间。通过它的在起因于询问命令的整个数据流之内的位置，创建时间是隐含可知的。
这样，初始的RAM和任何数据包的创建时间两者均能够隐含地确定。这减少了必须明确地写在数据包中的数据量。因此，传输的数据总量相应减少。这有助于地震遥感勘测的优化并使系统更有效率及成本效率。
使多基线通信通道，例如，通道341至348，以及它们各自的接收器线的每一个均独立地按照上面描述的方法，用于通过基线单元和RAM的作用而对数据包排序。这样，多个数据队列(trains)，其中每个基线通信通道对应一个，同时存在并且可以并行操作，优化总传输能力。
沿通信通道的数据包完整性受传输速率、传输功率、电缆类型和电缆长度影响。随着电缆长度增加衰减也增加。随传输速率的增加衰减变大。为了优化传输的信号定义值(definition)，传输位速率和传输功率必须针对通信通道的长度调整。
数据位定义值涉及接收工具在接收的信号连续谱(continuum)中区分数据位的功能。由于传输线损耗，数据位定义值将在传输线的长度上衰落(decay)。在沿线长度的某点，传输的数据位脉冲衰落到不能与随机噪声异常(anomaly)区分开来。使用更低的传输位速率，可以延伸可靠通信可以发生的距离。另外，在传输中使用更大的功率可以延伸这种传输距离。
控制传输功率的功能是本发明优选实施例的特点。这种控制根据CRU实行，并确定RAM和LTU所使用的传输的功率电平。功率电平按照更长的传输距离的要求而增加，对更短的距离而减少。由于不同的电缆长度和类型可以用在一个工程上，因此可以对网络中的不同RAM而调用不同的传输功率设置，RAM所用的功率电平可以与LTU所用的功率电平不同。可以针对向CRU的前向传输和反向传输(离开CRU)而设置不同的信号传输的功率。功率设置取决于电缆的通信通道的传输特征，长度作为基本特征，但是诸如导体的性质之类的其它特征也影响所要求的功率，并因此影响最佳的设置。仅通过使用够用的能量以确保可靠的通信而不是过量的能量，通常对储藏能量是有益的。这延长了在远程分布的RAM和LTU中的电池寿命。
在本优选实施例中，对不同类型和长度的电缆实验性地确定最佳功率设置，对CRU编程以对于给定的电缆使用这些设置。功率设置独立于传输频率可控。然而，最佳功率设置对于不同的传输频率而不同，从而对CRU编程以识别对于不同的传输频率、以及对于不同类型和长度的通信通道的不同最佳设置。
通过储藏电池能量，系统的产出和成本效率提高到超过从现有技术可得的程度。
图13的图形和相关表格图示了上文所描述的具有两种不同导体(conductor)尺寸和结构的电缆的本询问信号策略的操作。图13的图形描绘了在信号定义值的限制下，传输位速率和电缆长度的关系。从这个比较应注意的是电缆结构具有的对数据传输能力的影响。
例如，结构“A”的28AWG导体将在288米的电缆长度上以7.5兆位每秒可靠传输可辨别的数据。比较之下，结构“B”的26AWG导体将在342米的电缆长度上以相同的传输速率可靠传输数据；54米的延长代表15％的优势。
本发明的优势还通过图14的列表数据图示。此处，系统的能力针对连接至阵列中的每个RAM的地震检波器信道的数目被组织为3个组。具体上，组I的数据对应于将8个地震检波器模拟信道32连接至单个RAM的设备分布矩阵。组II数据对应于具有连接至单个RAM的6个地震检波器模拟信道32的设备矩阵。组III数据对应于4信道连接。
参照图1的示意图，图14表的TO/电缆(每电缆取出数)列示出了至接收器线电缆的模拟地震检波器信道的连接的优选的最大数目。TO间隔(取出间隔)是沿电缆长度在相邻模拟连接之间的以米为单位的距离。重量列是以磅为单位的表中所列的长度的相应的电缆的重量。距离/RAM列是接收器线中相邻RAM之间以米为单位的空间距离。电缆长度列是以米为单位的相应电缆的长度。
对于8个采样频率值(即，询问频率)500Hz、400Hz等等的8列数据，对应于可以连接至表中所列长度的单个接收器线的模拟信道32的最大数目。XMIT 率列对应于对各自接收器线施加(charging)的传输位速率。图14列出的每接收器线的特定数量的模拟信道32涉及相应的采样频率列和XMIT率行。
图1描绘了具有接收器线和垂直于接收器线的基线的典型陆地3D地震测量。在一些类型的3D测量中，接收器线之间的距离可以显著短于沿接收器线的RAM之间的距离。在这种情况下，在优化基线遥感勘测方面能够选择比被选择用来优化接收器线遥感勘测的速率更高的传输位速率是有利的，因为连接LTU的电缆段可以比连接RAM的电缆段短得多。因此，CRU对基线选择使用适当更高的传输速率，独立于接收器线传输速率设置它。通过使用更高的传输速率，提高了基线能力，并且在一个基线通信通道上可以容纳更多的信道。在接收器线通信通道上使用更低的传输速率在具体测量工程中是有益的，因为它允许RAM之间的更大的距离，从而使总数更少的RAM覆盖给定区域。
这样，在本优选实施例中，基线的传输速率可以设置得与接收器线传输速率相比更高、更低或相同。系统设置将在CRU处的操作者的控制下被使用的传输速率，CRU相应地对网络中的每个设备编程。
地震测量具有空间和时间的采样要求，这些要求是局部地质、地球物理学目标、地震噪声和信号特征以及其它因素的函数。在时间和空间上的采样密度要求均受影响并且以相似的方式。具有非常浅的地质目标的地震测量通常具有以相对高的频率，例如250Hz，保持信号的潜能。然而，为了能够以直至250Hz成功地对浅目标成像，要求相对密的空间采样以及密的时间采样。相反，深地质目标具有仅保持更低频率的信号，例如直至50Hz，的潜能。这样，对深目标成像要求更低密度的时间采样(以限定直至50Hz)，但是也有益地要求更低密度的空间采样。
作为例子，目标在非常浅的地质层位的第一地震测量要求以500Hz的高采样率(为了保真地保持250Hz信号)的非常密的时间采样。为了维持可靠的信号定义值，相邻的RAM之间的短分离距离是合适的。根据图14的表，极端的布局是将单个接收器线中的1984个模拟信道连接至LTU的一侧。相应地，信号传输速率(XMIT率)应设置为大约16.25兆位每秒。这些模拟信道沿着136米的最大单个电缆长度能够具有17米的最大取出间隔。仅一个电缆也能够在分离也是最大达136米的相邻RAM之间跨越(span)。在每个取出点，电缆信道断裂，地震检波器组从取出点连接至模拟通道线。单个模拟通道两次断裂，并在相反方向报告至各自的RAM，从而阵列中的每个RAM连接到8个模拟信道。
在前面的例子中，虽然仅1984个信道可以沿接收器线连接至LTU的一侧，如果它连接至LTU的相反一侧，则另1984个信道可以沿接收器线的延伸连接。这样，如果操作者这样操作，他可以实际上使用关于表中所示的信道数目的两倍的每接收器线的信道数目。
具有相同设备的随后的目标在深的地质层的测量可以要求分布在大面积上的非常稀疏的地下采样。地震检波器组之间的长距离和相应的RAM之间的宽间距对于这样的测量可能合适。参照图14，通过将RAM采样率调整至大约100Hz并且设置传输速率为大约3.5兆位每秒；这种低密度测量能够在每个接收器线容纳416个模拟信道(或者如果接收器线连接在LTU的两侧则为932)。RAM能够沿线以528米的间隔间隔开，并连接以便每个RAM仅接收4个模拟信道。在这种情况下，沿数据电缆的地震检波器取出间隔可以是最大大约132米。
这样，本发明的可调整的采样率和信号传输速率，以及每个RAM的信道数目的可变性，使得能够对于改变的测量要求实现设备投资的优化。可变的位速率直接转化为野外的操作的和后勤的优势。本发明的传输功率控制特点是当优化功耗时用户具有的另一个在改变测量条件的情况下使数据传输更有鲁棒性(robust)的工具。按照用在网络中的电缆类型和长度，数据包传输控制使数据包组之间的时间间隙最小化。这个益处为测量人员提供接近100％的电缆的时间利用，以及对于将被加入线中的更多信道可用的额外时间，从而导致更高的通信通道限制。
在系统的优选实施例中，对CRU 18软件编程，以便理解3维地球表面和地理特点位置，其中既包括自然的也包括人工的，以及地震数据获取设备的所有项目的位置和操作状态。CRU软件理解RAM、接收器线电缆、LTU、基线电缆和CRU网络的配置和相互连接。向系统操作者提供了如图18所举例的所有的这些信息的基本上真实比例地图视图。网络连接可以由操作者在任何时间或应操作者的要求由软件自动来建立和修改。以这种方式，当操作者要求这样做时，所配置的RAM的全集的所希望的子集可以被激活，以便记录并传输地震数据。包括键盘、鼠标、触垫(touchpad)和触摸屏在内的标准计算机工具可以作为工具提供给操作者，以帮助他操纵网络，来实现地球物理目标。操作者可以要求系统软件优化网络配置，以最好地利用单独设备项目的通信能力，来将所要求的传输时间减少至最小。
在优选实施例中，接收器线的回路(通过使用跳线电缆17联结接收器线的相邻对的端)是推荐实施的，以便在任何RAM的故障或接收器线电缆中的断裂的事件中，至CRU的连接可以通过利用RAM的双向通信功能来重新建立。在地图屏幕上向操作者通知故障，操作者仅需要再引导另外标准化的RAM在相反的方向通信到达CRU。这通过再定位在接收器线中的逻辑断裂来完成。这由图15和16的示意示。
图15示出最初期望的数据传输路由，其中，沿接收器线R-1将RAM 1-6的数据传输至LTU 141。沿接收器线R-2将RAM 7-12的数据传输至LTU 142。虽然RAM 6在物理上通过回路17连接至RAM 12，但是对于来自RAM 6和12的各自的R-1和R-2询问命令传输，该回路是断线(off-line)的。
在设备阵列已经定位并连接后，没有预料到的情况导致沿RAM 3和RAM 4之间的接收器线R-1的信号连续性中断，如图16的×所示。作为响应，本发明的操作者在RAM 3终止R-1询问命令再传输(通过插入逻辑断裂)，激活来自RAM 12的R-2询问命令，并终止来自RAM 4的R-2询问命令。
由于系统的如下两个关键方面(1)数据存储在RAM的存储器中，直至CRU确认收到数据，以及(2)系统具有在余下的接收器线通信通道上传输所有数据的能力，因此传输期间接收器线电缆中两个通信通道中一个的故障将不会导致数据的丢失。虽然电缆的吞吐能力减半，但是没有数据丢失。
近似地，如果基线损失它的通信通道的一部分，例如由于操作期间物理损坏，则所有数据可以引导(direct)通过余下的通道。灵活性网络设计允许这种对于未预料的条件的适应性。
数据可存储在LTU(如在RAM那样)中，该LTU允许当等待再传输至CRU时保存数据。
由八个(8)独立的通信通道提供基线传送地震数据的能力。除了在克服上面刚刚描述的一些通道的故障中提供有用的冗余之外，这个设计还便利于物理障碍两侧周围基线能力的分布。这在图17中图示。基线需要被连接至障碍两侧的接收器线。在现有技术系统中，这将不可避免地要求提供分布在从CRU至最大程度的将被覆盖区域的整条路的两条完整基线，这是本优选实施例中的不需要的负担。如图12所示，使用基线拆分器设备19，来自CRU的单个基线的能力可以被定位在障碍的两侧。在障碍的远侧，基线可以通过使用另一个基线拆分器设备19而被再联结。八个所选择的通信通道可以被均匀地展开，每侧四个，或者在总数为八的情况下任意组合。在拆分处没有被选择的通道没有被连接、并且在障碍周围没有被使用。当然，在不改变这个方法的原则的情况下，基线能够被设计为具有不同于八个的通信通道数目。
取代要求从CRU至记录区域的边缘的两条完整基线，除了在障碍本身处之外，一个就足够了，这将导致人力和设备上的巨大节约。为基线提供可再分(sub-dividable)的能力的基本概念使其可以实现。使用高能力基线的现有技术系统不能实现这种节约，并且更易遭受由于设备故障造成的传输能力的总损失。
本优选实施例还提供了网络设备的相互可连接性，以便使整个网络更灵活且可适应不同的布局要求。或者基线电缆，或者接收器线电缆可以被连接至LTU的任意端口。LTU可以连接至任何RAM对之间的接收器线。物理接收器线可以在两端被连接到基线，或者在不同的LTU被连接至相同基线。基线可以被拆分以及被再联结。接收器线可以用于运载基线遥感勘测。
图18图示了本优选实施例的相互连接性对地震数据获取操作的益处。操作者在系统软件的指引下，在给定了障碍的性质的条件下，使用区域的真比例地图和地震设备，以优化的方式建构网络。
在这个例子中，有三种阻碍地震接收器线的所希望的理想网格的布局的物理障碍。有一条河流流过这个区域，高速公路阻断通路以及一系列沙岩悬崖阻断通路。在CRU处的操作者观察图18所描绘的地图。每当需要描绘当前设备配置时，这幅地图就改变。由于操作者建构网络，因此他具有观察设备项目关于地形的物理特点的确切位置的优势。他也看到设备项目的操作性状态，例如是否具体基线和具有RAM的连接到它的接收器线正在指定规范之内操作。他决定哪个最好地利用了可用的设备以建构网络。
操作者已经选择在高速公路之南建立分离的基线，以便通过限制高速公路上的工人和电缆的数量来降低安全方面的担忧。他也选择建立向北的基线，并且将它多次拆分，一部分停在悬崖下，另一部分在最容易的点爬上悬崖，其中它一次又一次地划分以利用地形学。
在区域的NE角，操作者选择使用具有单独作为中继器使用的RAM的、以及没有地震检波器连接至这些RAM的接收器线电缆。此处，接收器线电缆已经用于运载基线遥感勘测，因而起着仅具有两个通信通道的基线的作用。在电缆的这个区间的末端的LTU在该区域的最NE端处将接收器线与RAM相联结。这说明了RAM可以起的双重作用，即，纯粹作为中继器以克服距离限制，以及作为关于地震检波器阵列的数据获取设备。另外，虽然具有的通信通道数目减少，但是接收器线电缆的代替基线电缆的能力是增加系统灵活性从而提高生产力的另一个特点。现有技术系统不具备这些功能。
跳线电缆17用于连接接收器线电缆的段以便在接收器线对的端创建回路。这不仅使接收器线延长，而且可以提供替代的传输路径，该替代的传输路径可以用于克服电缆断裂及接收器线对中RAM的一个的故障。
这样，在软件提供的地图视图和布局工具的帮助下，操作者可以设计出用来获取地震数据的最实用且有成本效率的方式。由于从每个RAM至CRU有多条路径可用，这使得在设备损坏或故障的情况下不需要重新配置就可以连续作业，因此网络的灵活性改进了配置的方便与安全，而且提高了配置后的生产力。
图18描绘了CRU和网络中典型的RAM，该RAM与CRU分离，并且通过具有一系列LTU的基线电缆、以及具有数个介入(intervening)RAM的接收器线来连接到CRU。所有地震数据获取系统的希望的目标是由网络中所有RAM记录幅度采样，所有这些都在精确相同时刻有效。然而，如果可以得到一种得知关于每个RAM的变化的实际采样时间的手段，并且提供在理想的采样时间计算幅度的可能值的手段，则不需要实际上同时对幅度采样。本发明的优选实施例包括实现上面陈述的采样目标的独特手段。
本发明的方法认识到有两种类型的误差会导致幅度采样的时间不同于所意图的理想时间。第一种类型的误差包括随着询问命令从CRU经介入网络元素系列至RAM的行程，由网络中的连续延迟导致的那些。第二种类型的误差发生在RAM之内。
基线电缆、LTU、接收器线电缆、和介入RAM中的传输延迟都促使(contribute)了第一种类型的误差。这些延迟或者可以在地震测量之前在实验室中物理量测，并且针对每种类型的网络元素在CRU系统软件中以表格列出，或者在有意施加询问命令再传输的延迟的情况下，可以通过系统软件计算。对CRU编程，以便对于给定的网络配置简单相加这些可以预计的延迟，从而对于网络中的每个RAM计算总的可以预计的传输延迟。这个预计的值等同于从询问命令自CRU发送的时间直至给定的RAM在记录时间段的开始针对它的信道进行相应的启始幅度采样的时间之间的总延迟。
在本优选实施例中，在进行了地震记录的第一次采样之后，按照RAM自身的内部时钟，RAM继续以等同于编程的采样时间段，例如每2ms，的时间增量来进行采样。RAM内部时钟可以是相对低功率并且易于漂移(drift-prone)的时钟，诸如具有例如2.5份(parts)每百万(PPM)的漂移的温度补偿晶体振荡器(TCXO)。然而，CRU中的系统主时钟更精确得多、消耗功率也大得多。通常它可以具有诸如0.02PPM的漂移率。系统主时钟可以使用诸如来自GPS时钟的外部时间源来周期性地校正。
在进行下一次采样之前，免除RAM对接收来自CRU的各个和每个询问命令的依赖，具有在系统效率方面的优势，以及在从CRU至RAM的传输中零星误差的情况下防止误差的优势，这也是本发明的新特点。
随着RAM在记录时间段，按照它的时钟比如每2ms，在启始采样之后进行幅度采样，由于在它的时钟中增加积累误差因此采样会逐渐从意图的采样时间漂离。如果不使用本优选实施例的方法，当记录时间段的长度很大时，误差会变得很大，以至于无效及返回无用的幅度数据。图19示意了启始采样时间和后来的采样时间之间的时钟漂移误差的积累。
以作为本优选实施例的方法的下面所述的方式，可以监视这个RAM时钟漂移。
1.按照预确定的询问命令的接收进度，例如每100次接收，在记录时间段开始时以第一询问命令开始，RAM周期性地存储它的时钟时间。
2.在记录时间段结束时，或当CRU请求时，RAM将它的存储的时钟时间的表发送回CRU。
3.CRU知道相应于包含RAM时钟时间的表中的时间的它的内部时钟的时间，并且知道关于RAM的总的可预计延迟，建构了关于由RAM时钟时间比(versus)主时钟时间的值组成的RAM时钟的漂移曲线。
任何在传输中出问题并因而没有被RAM接收的询问命令将把它的计数减一并引起漂移曲线中的诊断位移(diagnostic shift)。除非传输误差极大，本方法包括了这样的询问命令传输误差的检测和校正。
使用关于每个RAM的每个信道的漂移曲线和总预计延迟，CRU计算每个RAM进行它的幅度采样的实际时间。图20示意了两组时间，在代表性的模拟地震波形上标记出的希望的时间和实际时间。实际采样提供了按照主时钟估算在意图的采样时间的幅度的基础。简单回归或曲线拟合方法可被用于计算在意图的时间的估算的幅度值。或者，可以使用在本领域众所周知的更精致的方法，诸如(sin X)/X或最佳最小均方误差(LSME)插值滤波。这样，CRU针对每个所记录信道计算对于理想意图的采样时间的幅度值，有效地实现目标。
如果记录时间段的持续很短，例如10秒，则计算RAM时钟的漂移可能是最不重要的。对于很长的记录时间段，诸如300秒或更长，则这是重要的，因此在诸如震动源滑扫(Vibroseis Slip-Sweep)之类的方法要求的连续或准连续记录的实施中，这是无价的。
如果在窗口(例如＜0.2ms)之内RAM时钟的相对漂移量是不明显的，则在相对短的持续时间，例如10秒，的时间窗口上计算的关于信道的平均时间误差可以用于时移(time-shift)这个窗口之内的所有幅度采样。
对于记录系统中许多RAM的每一个，RAM时钟漂移是不同的，这些不同的RAM时钟漂移表明要在不同时间进行的对于不同RAM的原始幅度采样。在这方面本发明中记录系统是异步系统，而不是现有技术中的同步系统。另外，询问命令传输中有意施加的延迟也对系统的异步性质有所贡献(同时允许沿基线和接收器线的数据吞吐量最大化)。
校正时间采样的新方法使异步系统能够实现在效果上是同步的所希望的采样。因为系统起初是异步的，因此它能够实现同步系统不可能实现的网络和系统效率。
虽然我们的发明已经根据详细说明的实施例进行了描述，但应意识到，这仅仅作为示例，本发明不限于此。根据本发明所公开的内容，替代的实施例和操作技术对本领域普通技术人员是显而易见的。因此，在不背离本发明权利要求的精神的情况下，可以对本发明进行修改。
权利要求
1.一种记录地震测量数据的方法，包括如下步骤a.生成陆地传输的地震测量事件；b.由多个物理上间隔开的传感器检测所述事件的地震反射；c.由所述传感器生成对应于所述地震反射的各传感器信号；d.将所述传感器信号沿多个第一和第二信号信道传输至相应的第一和第二信号处理模块；以及e.由所述第一和第二信号处理模块将相应于所述地震反射的第一和第二数字信号传输至信号记录系统，所述包由所述第一和第二信号处理模块以从作为在所述第一和第二信号处理模块之间的数字信号载波的物理特性的函数的变量的频谱中选择的频率进行传输。
2.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述数字信号以数据包进行传输，每个包包括有限数目的数字数据位，所述包由所述第一和第二信号处理模块传输。
3.根据权利要求1中所述的方法，其中，可以针对所述数字信号载波选择各种特征的电缆。
4.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述数字信号载波是经调制的无线电波。
5.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述数字信号载波是经调制的光波。
6.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述第一信号信道由在所述第一和第二信号处理模块之间的信号载波电缆传输。
7.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述数字信号沿接收器线传输至数字信号处理模块，用于沿基线再传输至所述信号记录系统。
8.根据权利要求7中所述的方法，其中，沿接收器线传输的数字信号以与沿所述基线的传输速率基本上相同的速率的传输速率传输。
9.根据权利要求7中所述的方法，其中，沿接收器线传输的数字信号以与沿所述基线传输的数字信号的传输速率基本上不同的传输速率传输。
10.根据权利要求2中所述的方法，其中，所述包中有限数目的数据位是可变的。
11.根据权利要求1中所述的方法，其中，所述多个第一信号信道是可变的。
12.一种记录地震测量数据的装置，包括a.多个地震检波器，用于接收地震事件反射，并用于响应这样的反射而传输第一信号；b.多个信号处理模块，具有询问信号处理器；c.多个信号传输信道，在所述地震检波器和所述信号处理模块之间；以及d.数字通信通道，将多个所述处理模块沿信号接收器线连接至具有询问信号发送器的数据记录单元。
13.一种处理由多个远程获取终端沿共用接收器线传输的地震数据信号的方法，由此当接收到第一询问信号时，启始第一数据信号从第一获取终端的传输；在由所述第一获取终端接收到所述第一询问信号之后的时间间隔，启始第二询问信号从所述第一获取终端至第二获取终端的传输；当接收到所述第二询问信号时，启始第二数据信号从所述第二获取终端的传输；协调所述时间间隔，以最小化在所述第一和第二数据信号之间的时间延迟。
14.根据权利要求13中所述的处理地震数据信号的方法，其中，所述第一数据信号由与运载所述第一询问信号的通道相同的通道运载。
15.根据权利要求14中所述的处理地震数据信号的方法，其中，所述第二数据信号由与运载所述第二询问信号的通道相同的通道运载。
16.根据权利要求13中所述的处理地震数据信号的方法，其中，第一和第二远程获取终端分离预确定的距离，并且每个从预确定的多个地震传感器信道接收地震信号，所述时间间隔是关于所述第一和第二数据信号的传输位速率的函数。
17.根据权利要求13中所述的处理地震数据信号的方法，其中，所述时间间隔也是连接至每个远程获取终端的地震传感器信道的数目的函数。
18.一种处理由多个远程获取终端关于多个共用接收器线传输的地震数据信号的方法，所述接收器线从共用基线发出，由此当接收到第一询问信号时，启始第一数据信号从第一获取终端沿第一接收器线的传输；在由所述第一获取终端接收到所述第一询问信号之后的时间间隔，启始第二询问信号从所述第一获取终端沿所述第一接收器线至第二获取终端的传输；当接收到所述第二询问信号时，启始第二数据信号从所述第二获取终端的传输；协调所述时间间隔，以最小化在所述第一和第二数据信号之间的时间延迟。
19.根据权利要求18中所述的处理地震数据信号的方法，其中，在所述第一接收器线的第三数据获取终端向在第二接收器线的获取终端传输第三数据信号。
20.根据权利要求19中所述的处理地震数据信号的方法，其中，响应于来自在所述第二接收器线的该获取终端的第三询问信号，传输所述第三数据信号。
21.一种远程配置地震测量设备的网络的方法，该地震测量设备的网络包括第一多个地震信号处理和通信模块，沿多个接收器线的每一个连接，所述接收器线分别连接至基线模块，所述基线模块沿基线连接，所述基线分别连接至中央记录单元，在一个接收器线中的第二多个地震模块，连接至另一接收器线中的地震信号处理和通信模块，从而从每个所述地震信号处理和通信模块至所述中央记录单元路由的数据信号传输由来自所述中央记录单元的命令信号引导。
22.根据权利要求21中所述的远程配置地震测量设备的网络的方法，其中，在相同接收器线的地震模块之间的信号传输连接由所述中央记录单元发出的命令信号有选择地接通与断开。
23.一种记录地震测量数据的方法，包括如下步骤a.生成陆地传输的地震测量事件；b.由多个物理上间隔开的传感器检测所述事件的地震反射；c.由所述传感器生成对应于所述地震反射的各传感器信号；d.由通过信号载波电缆连接的相应的第一和第二信号处理模块接收所述传感器信号；e.由所述第一和第二信号处理模块将相应于所述地震反射的数字信号沿第一和第二信号信道传输至信号记录系统，所述数字信号以这样的信号功率传输该信号功率作为所述信号处理模块之间的空间距离的函数，也作为模块之间的所述信号载波电缆的传输特征的函数而被选择，所述功率选择被确定为合适而不过度提供可靠的数据通信。
24.一种记录地震测量数据的方法，包括如下步骤a.生成陆地传输的地震测量事件；b.由多个物理上间隔开的传感器检测所述事件的地震反射；c.由所述传感器生成对应于所述地震反射的各传感器信号；d.由相应的第一和第二信号处理模块接收所述传感器信号；以及e.由所述第一和第二信号处理模块将相应于所述地震反射的数字信号传输至信号记录系统，所述数字信号以数据包传输，每个包包括有限数目的数字数据位，所述包以顺序的次序传输，使得所述信号记录系统能够确定特定数据包的信号处理模块起源，而无需在数字数据位当中有明确的识别数据。
25.一种远程配置地震测量设备的网络的方法，该地震测量设备的网络包括地震信号处理和通信模块，接收器线电缆，基线信号处理和通信模块，以及连接至中央记录单元的基线电缆，在存在对于设备放置的自然和人为的障碍和阻碍的情况下使用给定的地震测量设备，通过可选择的多信号通道的提供，最好地克服一些所述模块、接收器线和基线的部分或全部故障，以优化至所述模块的命令的传输，并且优化至地震信号的中央记录单元的传输。
26.根据权利要求25中所述的方法，其中，所述网络的配置通过操作者使用连接至该网络的控制计算机完成，该网络带有投射到计算机监视器并且示意测量区域的物理特点以及地震测量设备项目的真实比例地图；也通过使用计算机交互工具以及了解测量设备通信能力、状态和要求并且在过程中指导该操作者的合适的系统软件来完成。
27.根据权利要求25中所述的方法，其中，由操作者所选择的网络配置还定义了对每个时间采样、包括了由所述地震信号处理和通信模块创始的地震幅度的数据包到达每个连续的接收器线信号处理和通信模块、每个基线信号处理和通信模块及该中央记录单元的顺序的次序。
28.根据权利要求25中所述的方法，其中，自所述接收器线和基线信号处理和通信模块的数据传输不包括有关于数据起源的任何明确识别信息，而是依赖于从所述数据包的顺序次序所隐含的信息，识别起源的信号处理和通信模块以及大约的起源时间。
29.一种记录地震测量数据的方法，包括如下步骤a.生成陆地传输的地震测量事件；b.由多个物理上间隔开的传感器检测所述事件的地震反射；c.由所述传感器生成对应于所述地震反射的各传感器信号；d.将所述传感器信号沿多个第一和第二信号信道传输至相应的第一和第二信号处理模块；e.由所述第一和第二信号处理模块沿包括第一多个通信通道的接收器线传输相应于所述传感器信号的数字信号，所述接收器线连接至沿基线定位的信号处理和通信基线模块，所述基线包括第二多个通信通道，所述数字信号还沿所述基线传输至信号记录系统；以及f.用与把所述第二多个通信通道联结至所述基线模块并且联结至所述信号记录系统的连接器物理形式上和可连接性上相同的连接器把所述第一多个通信通道连接至所述第一和第二信号处理模块。
30.根据权利要求29中所述的方法，其中，每个第一和第二接收器线经由各自的第一和第二基线模块连接至基线，并且其中所述第一和第二接收器线的各端通过连接通信通道而联结，使得向所述信号记录系统提供两个从所述中央记录系统可选择的信号路径。
31.根据权利要求29中所述的方法，其中，通过结合与所述接收器线中的通信通道相同类型和信号运载能力的多个通信通道来建构所述基线。
32.根据权利要求30中所述的方法，其中，所述基线的所述多个通信通道可以物理上分离，以便允许基线通信能力在沿从初始的基线路径派生的两个路径的两部分分配，并且允许这样的方法在沿该路径的所述分支路径再联结的更远处的点，再联结基线通信能力的两部分。
33.根据权利要求29中所述的方法，其中，所述接收器线的结构允许用接收器线组件代替基线组件，以形成用于传输所述数字信号的功能基线。
34.根据权利要求29中所述的方法，其中，多个基本上相同且实质上平行的通信通道包含在所述接收器线中。
35.根据权利要求33中所述的方法，其中，至所述中央记录系统的信号的接收器和基线路由通过来自该中央记录系统的命令选择。
36.根据权利要求29中所述的方法，其中，多个基本上相同且实质上平行的通信通道包含在所述基线中。
37.根据权利要求35中所述的方法，其中，至所述中央记录系统的信号的接收器和基线路由根据该中央记录系统选择。
38.根据权利要求29中所述的方法，其中，所述第一和第二信号处理模块响应于来自所述中央记录系统的信号命令，从接收器线功能的性能改变到基线模块功能的性能。
39.一种记录地震测量数据的方法，包括如下步骤a.生成陆地传输的地震测量事件；b.由多个物理上间隔开的传感器检测所述事件的地震反射；c.由所述传感器生成对应于所述地震反射的各传感器信号；d.将所述传感器信号沿多个第一和第二信号信道传输至相应的第一和第二信号处理模块；e.由所述第一和第二信号处理模块将相应于所述地震反射的数字信号传输至信号记录系统，所述数字信号经由接收器线中的多个通信通道传输，所述接收器线连接至沿基线定位的信号处理和通信模块，所述数字信号还沿所述基线传输，所述基线包含第二多个通信通道并且还连接至信号记录系统；f.当接收到来自控制系统的数字命令信号时，开始数字采样，以在所述第一和第二信号处理模块中形成所述数字信号；g.在每个所述第一和第二信号处理模块中，使用独立的时钟设备来控制包含所述数字信号的随后的数字采样的顺序时序；h.根据所述独立的时钟设备，周期地记录时间；以及i.使用所述周期地记录的时间和主时钟，以按照所述主时钟在正确的时间对所述数字信号重采样，从而实现所述数字信号的同步采样，并校正所述独立时钟的漂移。
40.一种记录地震测量数据的方法，包括如下步骤a.生成陆地传输的地震测量事件；b.由多个物理上间隔开的传感器检测所述事件的地震反射；c.由所述传感器生成对应于所述地震反射的各传感器信号；d.将所述传感器信号沿多个第一和第二信号信道传输至相应的第一和第二信号处理模块；e.由所述第一和第二信号处理模块将相应于所述地震反射的数字信号传输至信号记录系统，所述数字信号经由接收器线中的多个通信通道传输，所述接收器线连接至沿基线定位的信号处理和通信模块，所述数字信号还沿所述基线传输，所述基线包含第二多个通信通道并且还连接至信号记录系统；f.当接收到来自控制系统的数字命令信号时，开始数字采样，以在所述第一和第二信号处理模块中形成所述数字信号；g.在每个所述第一和第二信号处理模块中，使用独立的时钟设备来控制包含所述数字信号的随后的数字采样的顺序时序；h.通过把先前量测的网络元件延迟与在连接所述控制系统和所述第一和第二信号处理模块的网络的其它元件中的可预计的有意施加的延迟相加，确定在由所述控制系统发布所述数字命令信号和由每个所述第一和第二信号处理模块执行所述数字采样之间的总延迟；以及i.使用所述总延迟和按照主时钟的采样时间的所希望的时间表，以按照所述时间表和所述主时钟在正确的时间对所述数字信号重采样，从而实现所述数字信号的同步采样。
全文摘要
一种地震测量系统，具有用来获取地震信号并经由排列在接收器线和基线矩阵中的电缆、其它RAM、和线分接头单元(LTU)的网络与中央记录系统(CRU)通信的远程获取模块(RAM)。每个RAM循环地将模拟信号值转换为数字的，形成数据包。询问命令从CRU发出，由介入LTU和RAM以策略延迟而被中继，由RAM接收。每个命令均导致RAM传输数据包。设置策略延迟，以使线的传输能力能被最好地利用。传输的功率和频率是由CRU可选择的，以优化性能。电缆包含多个通信对。RAM和CRU之间的网络路径从CRU建立，并在故障情况下被改变。所有类型的网络元件都是可以相互连接的。所记录的采样是同步的。
文档编号G01V1/22GK1653358SQ03811274
公开日2005年8月10日 申请日期2003年6月3日 优先权日2002年6月4日
发明者唐纳德·G·张伯伦 申请人:Geo-X系统有限公司