本发明涉及浅层地震勘探技术领域，具体涉及一种基于无线数据传输的浅层地震勘探系统及勘探方法。
背景技术：
目前，多数浅层地震勘探仪采用电缆方式连接各个观测点的传感器，将各个观测点的地震信号传输到中央主机，由中央主机进行数据采集和相关处理。该系统主要存在不便之处是电缆的问题。为了保证电缆的可靠性，该电缆采用的较高强度的电缆线，笨重的电缆线会导致了测试现场布局效率低下；测试现场布局中电缆的连接有多个连接点，野外复杂的环境因素可能会导致连接点的接触不良，而多数浅层地震勘探仪缺少传感器连接检测功能，只能通过检测数据判断传感器连接是否正常；探测点的布局有时可能需要跨越一些障碍物，这样可能给电缆的铺设增加难度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于无线数据传输的浅层地震勘探系统及勘探方法，勘探系统及勘探方法利用simplelink无限网络技术替代传输电缆，不仅可解决测试现场的布线问题，而且可提高系统的抗干扰能力。
为解决上述技术问题，本发明所设计的基于无线数据传输的浅层地震勘探系统，其特征在于：它包括浅层地震勘探总站、浅层地震勘探触发子站、多个浅层地震勘探检测子站，所述浅层地震勘探总站包括数据处理主机和无线接入点(ap，accesspoint)，浅层地震勘探触发子站包括第一无线边界设备(ed，edgedevice)和用于感应震源震动信号的第一震动传感器，每个浅层地震勘探检测子站均包括第二震动传感器、滤波器、信号增益控制器，模数转换器、处理器(mcu)和第二无线边界设备；
所述数据处理主机的通信端连接无线接入点，所述第一震动传感器的信号输出端连接第一无线边界设备，每个浅层地震勘探检测子站中第二震动传感器的信号输出端连接滤波器的信号输入端，滤波器的信号输出端连接信号增益控制器的信号输入端，信号增益控制器的信号输出端连接模数转换器的信号输入端，模数转换器的信号输出端连接处理器的震动信号输入端，处理器的总站信号通信端通过spi(串行外设接口)连接第二无线边界设备，处理器的传感器控制信号输出端连接第二震动传感器的控制信号输入端；
所述浅层地震勘探触发子站的第一无线边界设备与浅层地震勘探总站的无线接入点无线通信连接，每个浅层地震勘探检测子站的第二无线边界设备均与浅层地震勘探总站的无线接入点无线通信连接；
所有浅层地震勘探检测子站中的第二震动传感器均布置在同一条直线上，且相邻两个浅层地震勘探检测子站中的第二震动传感器布置间距相等。
一种利用上述系统的浅层地震勘探方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：震源产生地震波，第一震动传感器感应到地震波信号，并将地震波信号通过第一无线边界设备和无线接入点传输给数据处理主机；
步骤2：数据处理主机接收到第一震动传感器输出的地震波信号后，通过无线接入点向各个浅层地震勘探检测子站中处理器发出传感器控制指令，处理器根据该传感器控制指令向对应的第二震动传感器发动传感器控制信号，控制对应的第二震动传感器工作；
步骤3：各个浅层地震勘探检测子站的第二震动传感器实时采集的地震反射波数据依次经过滤波和增益控制处理后输入到处理器，处理器将经过滤波、增益控制和模数转换处理后的地震反射波数据通过第二无线边界设备和无线接入点传输给数据处理主机；
步骤4：数据处理主机根据各个浅层地震勘探检测子站传输过来的地震反射波数据绘制得到浅层地震勘探所需的地震波单炮记录图。
本发明的有益效果：
本发明采用无线网络组成的浅层地震勘探系统相比与传统的电缆浅层地震勘探系统具有更强的野外适应性，能适应野外各种复杂的环境，另外系统的浅层地震勘探总站、浅层地震勘探触发子站、多个浅层地震勘探检测子站的局部形式具有更强的抗干扰能力(无线检测子站每一个都是独立工作的，其中有一道或几道不能工作不会影响其他子站的工作，因此比有线地震仪具有更强的抗干扰能力)，能得到更加准确的浅层地震勘探结果。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
其中，1—浅层地震勘探总站、1.1—数据处理主机、1.2—人机交互设备、1.3—无线接入点、2—浅层地震勘探触发子站、2.1—震源、2.2—第一震动传感器、2.3—第一无线边界设备、3—浅层地震勘探检测子站、3.1—第二震动传感器、3.2—滤波器、3.3—信号增益控制器，3.4—模数转换器、3.5—处理器、3.6—第二无线边界设备、3.7—sd存储卡。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
一种基于无线数据传输的浅层地震勘探系统，如图1所示，它包括浅层地震勘探总站1、浅层地震勘探触发子站2、多个浅层地震勘探检测子站3，所述浅层地震勘探总站1包括数据处理主机1.1和无线接入点1.3，浅层地震勘探触发子站2包括第一无线边界设备2.3和用于感应震源2.1震动信号的第一震动传感器2.2，每个浅层地震勘探检测子站3均包括第二震动传感器3.1、滤波器3.2、信号增益控制器3.3，模数转换器3.4、处理器3.5和第二无线边界设备3.6；
所述数据处理主机1.1的通信端连接无线接入点1.3，所述第一震动传感器2.2的信号输出端连接第一无线边界设备2.3，每个浅层地震勘探检测子站3中第二震动传感器3.1的信号输出端连接滤波器3.2的信号输入端，滤波器3.2的信号输出端连接信号增益控制器3.3的信号输入端，信号增益控制器3.3的信号输出端连接模数转换器3.4的信号输入端，模数转换器3.4的信号输出端连接处理器3.5的震动信号输入端，处理器3.5的总站信号通信端连接第二无线边界设备3.6，处理器3.5的传感器控制信号输出端连接第二震动传感器3.1的控制信号输入端；
所述浅层地震勘探触发子站2的第一无线边界设备2.3与浅层地震勘探总站1的无线接入点1.3无线通信连接，每个浅层地震勘探检测子站3的第二无线边界设备3.6均与浅层地震勘探总站1的无线接入点1.3无线通信连接；
所有浅层地震勘探检测子站3中的第二震动传感器3.1均布置在同一条直线上，且相邻两个浅层地震勘探检测子站3中的第二震动传感器3.1布置间距相等。上述相等的间距能得到准确的地震波单炮记录图。
上述技术方案中，浅层地震勘探触发子站2由第一震动传感器2.2检测地震脉冲激发的精确时间，并通过第一无线边界设备2.3和无线接入点1.3通知数据处理主机1.1发布数据采集命令，启动各个浅层地震勘探检测子站3的第二震动传感器3.1的数据采集。
上述技术方案中，第一个浅层地震勘探检测子站3中的第二震动传感器3.1与震源2.1的距离范围为5～20米。相邻两个浅层地震勘探检测子站3中的第二震动传感器3.1的布置间距相等，且间距范围为1～5米。相邻两个浅层地震勘探检测子站3中第二震动传感器3.1的间距大小必须满足空间采样定律，太大影响成像质量，信噪比会很低，太小对成像质量提升不大，但是成本提升很高。
上述技术方案中，所述浅层地震勘探检测子站3的个数根据现场操作需要在无线传输范围内任意扩展。本实施例中选择浅层地震勘探触发子站2为24个或48个。
上述技术方案中，所述浅层地震勘探总站1还包括人机交互设备1.2，所述数据处理主机1.1的人机交互接口连接人机交互设备1.2。
上述技术方案中，每个浅层地震勘探检测子站3均包括sd存储卡3.7，所述处理器3.5的数据存储端连接sd(securedigitalmemorycard)存储卡3.7。上述设置的sd存储卡3.7以备在电磁干扰太强，数据传输不可靠时带回数据，将地震波数据储存在本地作为备份。
上述技术方案中，震源2.1可以为超磁震源或炸药震源。
本发明根据浅层地震勘探仪的工作特点：1、系统通信量较小；2、系统必须低功耗；3、通信距离在数百米间；4、工作站不易架设复杂天线。选择由无线接入点1.3、第一无线边界设备2.3和第二无线边界设备3.6组成的simplelink无线网络技术。
上述技术方案中，为了实现系统的低功耗，采用无线唤醒技术。在浅层地震勘探检测子站的处理器60秒内未收到浅层地震勘探总站1的数据处理主机1.1命令时自动进入低功耗模式，并将该状态告知浅层地震勘探总站1的数据处理主机1.1，再次进入工作状态时，浅层地震勘探总站1的数据处理主机1.1须发送唤醒命令。
本发明的工作过程为：
工作过程是：
浅层地震勘探仪在总站的控制下工作。系统启动后，各子站(ed)加入到以总站(ap)为中心的网络，形成图1所示的星形网络。无线网络建立后，浅层地震勘探仪采用以总站为中心的呼叫、应答方式控制系统工作。由总站发送命令，子站收到命令后完成相应的操作并做出应答。具体工作步骤包括：
(1)调节子站的发射功率：网络建立后，总站可测试出缺省设置下各子站上行的信号强度与通信质量。工作人员可根据现场情况，调整子站的发射功率，达到保证通信质量的同时实现最低功耗。总站以广播的方式发布消息，为保证各子站的接收质量，总是以大功率发送。
(2)网络建立完成后，各检测子站自动进入传感器检测，并将传感器连接状态反馈给控制主站；
(3)设置系统工作参数：即设置测量的采样率、采样持续时间、各采集站前置放大器增益、站点位置、采集的起始时延等。
(4)时钟同步：在地震波激发的同时，由触发子站发送数据采集命令。然而，从激发到采集子站解析出该命令大约有2ms的时延。而且这个时延是不确定的，如果存在信道干扰，时延可能更长，所以必须进行时钟同步。由于系统采用了简化的网络结构，所以时钟同步设计较为方便。由总站发送时钟同步命令，发送该命令时，命令包中附带总站系统时间戳信息。检测子站和触发子站收到命令包时，记录下本地的时间戳信息。在解析出时钟同步命令后，各自的系统时钟与总站时钟对齐，虽然因为数据传输时延，子站时钟没有真正意义上与总站对齐，但各子站间是严格对齐的。
(5)时钟同步完成后，检测子站启动模数转换器工作，读取采集数据，并保存到缓冲区，等待采集命令。在mcu内部64k字节数据存储器中，设置48k字节的数据缓冲区用于暂存数据。该缓冲区被循环利用，当缓冲区被用尽后，回到开头覆盖前方的数据。
(6)时钟同步完成后，触发子站激发人工地震波，同时，触发子站发送数据采集命令，该命令包含地震波激发时刻的系统时间戳。检测子站收到该命令后，根据数据包中的时间戳和当前系统时钟计算出与地震波激发时刻的采集数据在缓冲区的存储地址，以该地址为起点，将后续数据保存到sd卡的seg-2格式文件中。
(7)检测子站完成设置采样数后，关闭seg-2文件，并向总站发送采样完成消息，等待数据传输命令。
(8)总站收到采集子站的完成采样信息后，依次向各检测子站调取采集数据，并绘制图形，工作人员判断测试的有效性。
一种利用上述系统的浅层地震勘探方法，它包括如下步骤：
步骤1：震源2.1产生地震波，第一震动传感器2.2感应到地震波信号，并将地震波信号通过第一无线边界设备2.3和无线接入点1.3传输给数据处理主机1.1；
步骤2：数据处理主机1.1接收到第一震动传感器2.2输出的地震波信号后，通过无线接入点1.3向各个浅层地震勘探检测子站3中处理器3.5发出传感器控制指令，处理器3.5根据该传感器控制指令向对应的第二震动传感器3.1发动传感器控制信号，控制对应的第二震动传感器3.1工作；
步骤3：各个浅层地震勘探检测子站3的第二震动传感器3.1实时采集的地震反射波数据依次经过滤波(带通滤波，对地球物理信号进行处理的过程中，滤去高、低频信号，保留中频信号)、增益控制(二进制增益，在数字地震仪中，为对所记录的地震信号作恢复原始振幅的计算，要在记录的同时以数字的形式记下地震仪的增益，这就要求增益的变化是不连续的，并遵循相应的规律)和模数转换(模拟信号转成数字信号)处理后输入到处理器3.5，处理器3.5将经过滤波和增益控制处理后的地震反射波数据通过第二无线边界设备3.6和无线接入点1.3传输给数据处理主机1.1；
步骤4：数据处理主机1.1根据各个浅层地震勘探检测子站3传输过来的地震反射波数据绘制得到浅层地震勘探所需的地震波单炮记录图。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。