專利名稱：地震數據記錄的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及地震勘測，尤其是涉及獲取地震數據的方法和供這樣的方 法-使用的系統。
背景技術：
按照慣例，在陸地地震勘測中，地震傳感器的陣列設置成檢測從地球 地層反射的聲信號。地震傳感器可以是模擬地震檢波器或數字加速計。來
自這些傳感器的信號被輸入到現場單元(fieldunit),其中在模擬地震檢波 器的情況下，信號轉變成高精度數字釆樣流，且其中在使用任一類型的傳 感器的情況下，數字采樣流通過通信網絡被實時地傳輸到中央單元，以被 記錄在大容量記錄介質上。在此過程中所涉及的通信網絡可以是按需要具 有中繼器和電池饋電的基于線纜的網絡；它可以是利用無線技術來傳輸數 據的完全無線纜的網絡；或該網絡可由有線纜的和無線技術的元件組成。
很多缺點被認為與這些傳統的系統有關，這導致形成很多陸地地震獲 取系統，這些陸地地震獲取系統不利用通信網絡來將數字釆樣流傳輸到用 于記錄的中央單元，而是改為將數據在現場單元本地記錄在非易失性存儲 器中。在通常的情況下，現場單元在本地記錄數據，只要其地震傳感器被 要求為有效的勘測區(qū)域的部分?，F場單元接著被運輸到中央單元，用于連 接到轉錄(transcription)單元并隨后將數據從現場單元上載到中央單元。
對本技術提出的主要優(yōu)點是
i. 人力要求的減少，因為不需要部署通信基礎設施。
ii. 增加的生產率，因為數據獲取不因通信網絡中的故障而被延遲。然而，這些優(yōu)點凈皮很多缺點減弱了，本發(fā)明試圖全部或部分地處理這
些缺點。這些缺點是
i. 在現場單元內的非易失性存儲器必須大到足以記錄現場單元在 勘測中有效時所獲取的全部地震數據，這在正?？睖y中可能長達 14天，但在異常情況下可能長得多并且可能是不確定的。
ii. 通常的情況是，現場單元必須運輸到數據轉錄系統，該數據轉錄 系統用于將所有獲取的地震數據傳輸到中央數據記錄器。
iii. 在勘測期間獲取的地震數據不可用于檢查，直到所有的現場單元 都如上面在ii中所述的被轉錄為止，這在勘測開始之后可能多達 14天，導致在有機會檢測到質量差的數據之前可能獲取了這種數 據的實質風險。
iv. 存在現場單元在勘測期間可能發(fā)生故障、被盜或放錯地方而導致 喪失通過現場單元獲取的所有數據的風險。
v. 需要相當多的現場工作人員努力來將現場單元以及時的方式運 輸到轉錄系統，這對勘測的生產率產生影響。
vi. 無法預料的情況例如不利的天氣狀況可能使現場單元到轉錄系 統的運輸延遲，造成數據處理的進一步的延遲。

發(fā)明內容
本發(fā)明在一方面提供了從在勘測區(qū)域中設置的多個遠程獲取單元上 載地震數據的方法，每個遠程獲取單元存儲來自 一個或更多地震^r波器的 地震數據，本方法包括使采集單元橫穿過勘測區(qū)域，采集單元包括或附 帶有點對多點收發(fā)器；以及當采集單元在有效范圍內經過時從每個遠程獲 取單元上載地震數據，地震數據在必要的情況下同時從多于一個遠程獲取 單元傳遞到采集單元。
優(yōu)選地，每個遠程獲取單元所儲存和傳輸的地震數據包括與相關的地 震事件有關的時間戳信息。時間戳信息可適當地在遠程獲取單元處從獨立的遠程源例如GPS或陸地無線電時間信號得到。
采集單元可在交通工具例如飛機、船、地效(ground-effect)交通工具、 或全地形輪式或履帶式交通工具中橫穿勘測區(qū)域。
地震數據在被遠程獲取單元傳輸之前優(yōu)選地通過無損壓縮算法壓縮。
優(yōu)選地，每個遠程獲取單元被編程為周期性地搜索接入點的存在，遠 程獲取單元在沒有接入點時回復到節(jié)能狀態(tài)。
從另一方面，本發(fā)明提供了一種進行地震勘測的方法，包括在勘測區(qū) 域中設置遠程獲取單元的陣列，將一個或更多地震傳感器連接到每個獲取 單元，執(zhí)行一個或更多地震事件并將來自地震傳感器的作為結果的地震數 據存儲在遠程獲取單元中，以及通過前述方法上載所儲存的數據。
優(yōu)選地，在獲取數據之前，每個遠程獲取單元配置有定義工作時間以 及可選地定義采樣間隔、放大器增益和濾波器特性中的一個或更多的參數。
每個遠程獲取單元可布置成僅給采集單元傳輸關于正如在從采集單 元到遠程獲取單元的信號中所定義的起始時間和采樣數量的數據。
可選地，在采集單元通過勘測區(qū)域期間，采集單元從每個遠程獲取單 元提取和傳輸有限的數據集(例如電池狀態(tài)、傳感器狀態(tài)和位置)供中央 控制單元4妻收。
地震勘測方法優(yōu)選地包括進一步的步驟將地震數據^^人采集單元上載 到中央單元，例如通過將采集單元運輸到中央單元并經由線纜連接下載， 或通過無線數據連接從交通工具遠程地下載到中央單元。
本發(fā)明的進一步的方面提供了地震數據獲取系統，包括 多個遠程獲^L單元，其以陣列部署在勘測區(qū)域中；
每個遠程獲取單元與一個或更多地震檢波器通信并包括用于以數字 形式存儲來自所述地震檢波器的地震信息的存儲裝置，且每個遠程獲取單 元包括適合于在點對多點無線系統中工作的收發(fā)器；
由此當采集單元橫穿過勘測區(qū)域時，所儲存的地震數據可從多個遠程
7獲取單元傳輸到采集單元的點對多點收發(fā)器。
在每個遠程獲取單元中的存儲裝置最適當地是非易失性存儲器。
優(yōu)選地，每個遠程獲取單元適合于使時間戳與給定的地震數據集關 聯，時間戳來自于從中央單元無線接收的計時信號，或起源于GPS計時信息。
系統一般包括具有相關的點對多點收發(fā)器的、便攜式形式的采集單 元，該采集單元能夠橫穿勘測區(qū)域。
采集單元可安裝在交通工具中，例如直升飛機、有人操縱的或遙控
(UAV)的輕型飛機，包括微型飛機(microlight)和其它"實驗性"飛行器； 遙控或有人駕駛的不帶纜的軟式飛艇(un-tethered blimp);船，包括一般 用在濕地和沼澤地中的類型的汽船；氣墊船；或機動交通工具，包括敞蓬 小型載貨卡車、全地形交通工具和四輪機車(quads);或可安裝在步行者 使用的背包。
本發(fā)明在另一方面提供了用在上面的方法或系統中的采集單元，該釆 集單元包括可操作地與電源耦合的機身加固式現場便攜式計算機、大容量 儲存的存儲器以及點對多點通信接入點和天線，所有這些前述部件形成適 合于橫穿過地震勘測地形的可運輸的封裝。


現將參考附圖僅通過舉例的方式來描述本發(fā)明的實施方式，其中
圖1是示出本發(fā)明的一個實施方式的示意性概略圖2較詳細地示出圖1的一部分；
圖3是用在圖1的系統中的采集單元28的方框圖4是示出實施方式的工作方法的流程圖；以及
圖5示出改進的實施方式。
具體實施例方式
參考圖1，在實施地震勘測中，現場單元或遠程獲取單元(在下文中
稱為RAU) 10的陣列布置在所關心的地域內。如在圖2中看到的，每個 RAU10連接到一個或更多地震檢波器12。
同樣參考圖2,每個RAU包括模擬到數字轉換器14 (在模擬的地震 檢波器的情況下)和存儲器16。 AD轉換器14對傳感器信號執(zhí)行高精度的 24位模擬到數字轉換。存儲器16是適當的非易失性存儲器，例如硬盤驅 動器或閃存。RAU10還包括時間基準裝置18,以優(yōu)選形式的時間基準裝 置18是能夠從GPS傳輸得到精確的時間基準的GPS接收器；然而，原則 上可使用其它時間基準源，例如精確的內部時鐘或用于地球時間無線電信 號(terrestrial time radio signal)的接收器。RAU10本身由內部源例如電池 20供電，并且還包括適合于在點對多點系統中工作的收發(fā)器22。無線收 發(fā)器22優(yōu)選地符合正EE802.11系列的無線標準，特別是在2.4GHz或 5.8GHz頻帶中工作的IEEE802.11b、正EE802.11g、 IEEE802.11a和 IEEE802.11n標準；然而，還可使用其它收發(fā)器，例如在900MHz、 2.4GHz、 5.8GHz、 60GHz、 150MHz-174MHz、 400MHz-470MHz頻帶或其它頻帶中 工作的超寬帶設備、藍牙設備、VHF設備、UHF設備，而不管其是否符 合例如IEEE802.15等標準還是可使用私有協議。
回到圖1， RAU10自主地(autonomously)工作以獲取并存儲地震信 息，這些地震信息隨后由在例如飛機24中的橫穿過地震檢波器地域的采 集單元28捕獲，這樣，取回的所有數據隨后從采集單元28傳輸到中央單 元26。下面更詳細地描述此過程。
中央單元26執(zhí)行兩種功能。首先，它用于配置RAUIO,如下所討論 的。其次，中央單元26上載地震數據，處理它并將它與來自其源控制數 據庫的任何必要數據合并，以及產生以SEG (勘探地球地理學家協會)兼 容格式的地震跟蹤數據。
圖3示出采集單元28，其包括下列部件
■便攜式、現場加固的、電池供電的計算機30，其裝有必要的軟件?！龈咝阅艽笕萘繑祿鎯υO備32，其合并在計算機30中或從外部連 接到計算機30。
■無線接入點34，其連接到計算機并與合并到RAU中的無線收發(fā)器 22兼容。無線接入點34應優(yōu)選地使用下列方法之一與計算機30通 信有線以太網；USB;無線，其中計算機具有安裝在內部的兼容 的無線收發(fā)器。
■天線36。
■可選地，給這些部件供電的電池組38。在一些情況下，可改用交通 工具電源系統來供電。
■安裝套件(未示出)，其將上面的部件安裝到用于運輸采集單元28 的交通工具。
記錄的過程受配置程序(configuration procedure)的影響，配置程序 可發(fā)生在RAU10被部署之前或在部署之后。RAU10借助于線纜或通過無 線鏈接連接到一計算機，從該計算機配置RAU的工作參數。這些參數是 采樣間隔和工作時間，以及可選的放大器增益(僅^^莫擬)和濾波器特性(即， 在地震信號被記錄之前應用于地震信號的濾波的特性)。工作時間參數確 定一天中RAU10獲取并記錄來自其傳感器12的數據的時間；在其它時間 RAU10進入功耗被減小到絕對最小值的模式。其它參數涉及從傳感器獲取 地震數據的方式。
當RAU10獲取并記錄數據時，它們周期性地開啟內部無線模塊22并 搜索正傳輸正確的服務集(service set)標識符的無線接入點。如果沒有檢 測到這樣的傳輸接入點，則無線模塊22在某個時間段內被關閉，其后將 發(fā)生重新開始的搜索。無線模塊22被關閉的時間的長度被最優(yōu)化，以便 減少RAU10的總功耗，同時維持在存在有效接入點時的可接受的響應時 間。
因此可看到，RAU10在所配置的工作時間期間獲取地震數據，并將該 數據連同從計時裝置18得到的相關時間戳信息一起存儲在非易失性存儲 器16中。這自主地發(fā)生，而沒有與中央單元26的任何通信。隨后，每當采集單元20的接入點被RAU10識別時，所儲存的數據就由采集單元28 收集。
上面的程序允許現場工作人員能夠通過下面描述的方法從RAU10取 回所記錄的地震數據。
地震現場工作人員配備有圖3的采集單元28。無線接入點34充當與 RAU10中的收發(fā)器22兼容的點對多點無線接入點，并傳輸RAU10將識別 為有效的服務集標識符。
現場工作人員將采集單元28連接到中央單元26，從中央單元26進行 全部地震操作，包括控制地震源。中央單元26將一列表傳輸到計算機30, 其包含待記錄的所關心的每個地震記錄的精確的起始時間和采樣數量。該 精確的起始時間在下文中被稱為時間間斷(timebreak )。
現場工作人員接著使用采集單元28進行整個勘測，采集單元28當出 現在RAUIO的無線范圍內時建立與RAU10的通信。當通信鏈接被建立時， 采集單元28將每個記錄所需的時間間斷和采樣的數量傳輸到RAUIO， RAU10接著將所需的被記錄數據傳輸到釆集單元28。
在圖4中示出了本實施方式的方法。
在采集單元28中的點對多點無線接入點34可同時與多個RAU10通 信，這受無線傳輸范圍、植被和拓樸的限制；然而，這也受采集軟件的限 制，其設置了 RAU連接數量的最大限值，以最優(yōu)化無線數據吞吐量(data throughput )。
數據吞吐量可進一步通過使用無損壓縮算法來減少所傳輸的數據的 實際數量而得到最優(yōu)化。無損數據壓縮的各種形式是公知的，并可在這里 使用。然而，在W003079039 (A2)中描述了 一種特別適當的壓縮形式。
在采集單元28中，從RAUIO中取回的數據儲存在本地大容量存儲器 32例如硬盤驅動器中。在采集單元28貫穿了勘測區(qū)域之后，所采集的數 據通過任何適當的方法傳輸到中央單元26，例如通過將采集單元28運輸 到中央單元26并經由線纜連接下載，或通過使用無線數據連接從交通工 具遠程地下載到中央單元26。在圖5所示的改進的實施方式中，采集單元28額外地設置有無線電 鏈接，例如VHF或UHF收發(fā)器40,其能夠以相對低的速率實現與中央控 制單元26的通信(如圖1中的虛線所指示的)。當采集單元28橫穿過勘 測地形時，地震數據與以前一樣被釆集和儲存。然而此外，釆集單元28 從RAU得到可被稱為質量控制(QC)數據的信息，并將該信息實時地傳 輸到中央控制單元26。
QC信息一般為電池功率電平和RAU的狀態(tài)，可選地加上單獨的RAU 的從GPS得到的位置。這一般總計為幾千比特的信息，其可通過簡單的 VHF鏈接來實時地傳輸。RAU的狀態(tài)一般為簡單的^/否指示地震傳感 器正在工作，例如正確數量的地震檢波器被連接，或數字傳感器通過了內 置的測試序列。
該改進的實施方式允許中央控制單元非?？炀哂嘘P于每個RAU的一 些基本信息，特別是它是運轉的并且正在獲取地震數據的事實。如果非運 轉的或有缺陷的RAU的比例超過預定閾值，則地震勘測的相關部分可被 忽略或放棄，而不傳輸和分析大量的數據。
采集單元28可通過很多不同的裝置在整個勘測中被運輸，下面給出 這些裝置的例子。
1. 直升飛機
2. 有人操縱的或遙控(UAV)的輕型飛機，包括微型飛機和其 它"實驗性"飛行器
3. 遙控或有人駕駛的不帶纜的軟式飛艇
4. 船，包括一般用在濕地和沼澤地中的類型的汽船
5. 氣墊船
6. 機動交通工具，包括敞蓬小型載貨卡車、全地形交通工具和 四輪機車(quadbike);
7. 步行者使用的背包。
應注意，在本發(fā)明中，RAU工作在"自主"模式中，并依賴于對前置
12放大器增益、采樣間隔和其它相關設置的預先配置的參數來執(zhí)行數據捕 獲、存儲和轉發(fā)的功能，而沒有與中央控制單元的任何交互作用。在該模 式中，計時同步由GPS接收器或無線電計時信號提供，因此也沒有與中央 控制單元的任何交互作用。
適合于用在本發(fā)明中的點對多點收發(fā)器本質上是已知的。在RAU和 采集單元28之間通常所需的數據傳輸率為11Mbit/sec,且用于本申請的適 當的點對多點收發(fā)器的例子是Shropshire, Market Drayton的Abicon國際 7>司的Abicom Freedom CPE。
本發(fā)明因此提供了 一種方法和系統，其最小化在開展勘測中所涉及的 人工，使地震數據的取回更方便，并由于采集的容易之緣故，可使用RAU 中相對有限的存儲器容量操作。
權利要求
1. 一種方法，其從在勘測區(qū)域中設置的多個遠程獲取單元上載地震數據，每個遠程獲取單元存儲來自一個或更多地震檢波器的地震數據，所述方法包括使采集單元橫穿過所述勘測區(qū)域，所述采集單元包括或附帶有點對多點收發(fā)器；以及當所述采集單元在有效范圍內經過時，從所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元上載所述地震數據，地震數據在必要的情況下同時從多于一個的遠程獲取單元傳遞到所述采集單元。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元所儲存和傳輸的所述地震數據包括與相關的地震事件有關的時間戮信息。
3. 如權利要求2所述的方法，其中所述時間戳信息在所述遠程獲取單元從獨立的遠程源得到，所述獨立的遠程源包括GPS或陸地無線電時間信號。
4. 如任何前迷權利要求所述的方法，其中所述采集單元在的交通工具中橫穿所述勘測區(qū)域，所述交通工具包括飛行器、船、地效交通工具、或全地形輪式或履帶式交通工具勘測。
5. 如任何前述權利要求所述的方法，其中地震數據在被所述遠程獲取單元傳輸之前通過無損壓縮算法而凈皮壓縮。
6. 如任何前述權利要求所述的方法，其中所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元被編程為周期性地搜索接入點的存在，所述遠程獲取單元在沒有接入點時回復到節(jié)能狀態(tài)。
7. —種進行地震勘測的方法，包括在勘測區(qū)域中設置遠程獲取單元的陣列，將一個或更多地震傳感器連接到所述獲取單元中的每一個獲取單元，執(zhí)行一個或更多地震事件并將來自所述地震傳感器的作為結果的地震數據存儲在所述遠程獲取單元中，以及通過權利要求1到6中的任一項所述的方法上載所儲存的數據。
8. 如權利要求7所述的方法，其中在獲取數據之前，所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元配置有參數，所述參數定義工作時間以及可選地定義采樣間隔、放大器增益和濾波器特性中的一個或更多。
9. 如權利要求8所述的方法，其中每個遠程獲取單元僅給采集單元傳輸關于正如在從所述采集單元到所述遠程獲取單元的信號中所定義的起始時間和采樣數量的數據。
10. 如權利要求7到9中任一項所述的方法，其中在所述采集單元通過勘測區(qū)域期間，所述采集單元從每個遠程獲取單元提取和傳輸有限的數據集供中央控制單元接收，所迷數據集包括電池狀態(tài)、傳感器狀態(tài)和位置。
11. 如權利要求7到10中任一項所述的方法，包括進一步的步驟通過將所述采集單元運輸到中央單元并經由線纜連接下載，將地震數據從所述采集單元上載到所述中央單元；或通過無線數據連接從交通工具遠程地下載到所述中央單元，將地震數據從所述采集單元上載到所述中央單元。
12. —種地震數據獲取系統，包括多個遠程獲取單元，其以陣列部署在勘測區(qū)域中；所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元與一個或更多地震檢波器通信并包括用于以數字形式存儲來自所述地震檢波器的地震信息的存儲裝置，且所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元包括適合于在點對多點無線系統中工作的收發(fā)器；由此當采集單元橫穿過所述勘測區(qū)域時，所儲存的地震數據可從所述多個遠程獲取單元傳輸到所述采集單元的點對多點收發(fā)器。
13. 如權利要求12所述的系統，其中在所述遠程獲取單元的每一個遠程獲取單元中的所述存儲裝置是非易失性存儲器。
14. 如權利要求12或權利要求13所述的系統，其中所述遠程獲取單元中的每一個遠程獲取單元適合于使時間戳與給定的地震數據集關聯，所迷時間戳得自于從中央單元無線接收的計時信號，或得自于GPS計時信息。
15. 如權利要求12到14中任一項所述的系統，包括具有相關的點對多點收發(fā)器的、便攜式形式的采集單元，所述采集單元能夠橫穿所述勘測區(qū)域。
16. 如權利要求15所述的系統，其中所述采集單元進一步包括無線電發(fā)射機，所述無線電發(fā)射機適合于在所述采集單元通過所述勘測區(qū)域期間將來自每個遠程獲取單元的有限的數據集傳輸到中央控制單元，所述數據集包括電池狀態(tài)、傳感器狀態(tài)和位置。
17. 如權利要求15或權利要求16所述的系統，其中所述采集單元安裝在交通工具中或安裝在步行者使用的背包中，所述交通工具包括直升飛機、包括微型飛機和其它"實驗性"飛行器的有人操縱的或遙控(UAV)的輕型飛機、遙控或有人駕駛的不帶纜的軟式飛艇、包括一般用在濕地和沼澤地中的類型的汽船的船、氣墊船、或包括敞蓬小型載貨卡車、全地形交通工具和四4侖機車的機動交通工具。
18. —種采集單元，其用在權利要求1的方法或權利要求15的系統中，所述采集單元包括可操作地與電源耦合的機身加固式現場便攜式計算機、大容量儲存的存儲器以及點對多點通信接入點和天線，所有這些前述部件形成適合于橫穿過地震勘測地形的可運輸的封裝。
全文摘要
一種地震數據記錄方法。地震勘測通過設置遠程獲取單元(RAU)(10)的陣列來進行。每個RAU(10)將從一個或更多地震檢波器得到的地震數據以數字形式記錄在本地存儲器中。該數據由正如通過飛機(24)橫穿過勘測區(qū)域的采集單元使用點對多點通信收集，并隨后從采集單元傳輸到中央控制單元(26)。
文檔編號G01V1/22GK101470210SQ20081018926
公開日2009年7月1日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權日2007年12月28日
發(fā)明者喬納森·亞歷山大, 史蒂文·威廉·威爾科克斯, 約翰·克里斯多佛·維蘭 申請人:振動科技有限公司