無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法和野外工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無纜地震儀野外遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法，特別是涉及一種基于北斗通信和無線組網(wǎng)聯(lián)合的低成本無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法和野外工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]地震儀是地震勘探的重要組成部分，主要完成地震數(shù)據(jù)的采集和記錄。隨著資源勘探需求和地震勘探精度增加使得地震儀的采集道數(shù)增加，大道數(shù)的有纜地震儀在野外環(huán)境下的排列布線以及電纜的管理和維護(hù)非常困難，并且需要大量的人力和成本，難以滿足地震勘探正逐漸向復(fù)雜環(huán)境下發(fā)展的趨勢(shì)。因此無纜地震儀以無道數(shù)限制、無大量線纜、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)受到越來越多的青睞，無纜地震儀能夠滿足復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)時(shí)間、大道距、大道數(shù)的地震勘探要求，在一定程度上彌補(bǔ)了有纜地震儀的不足，適合地震勘探的發(fā)展趨勢(shì)。
[0003]無纜地震儀如果要廣泛應(yīng)用于無人區(qū)和復(fù)雜環(huán)境下的地震勘探中，就必須要有一個(gè)有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，從而解決在無人區(qū)環(huán)境下無纜地震儀的信息獲取、狀態(tài)控制難的問題。目前比較成熟的無線通信技術(shù)有GPRS、3G、WIF1、短信以及我國(guó)自主研發(fā)的北斗通信系統(tǒng)等，并且已經(jīng)有人提出了利用短信、3G、WiF1、北斗技術(shù)對(duì)地震儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制的觀點(diǎn)。
[0004]GPRS、3G和短信均屬于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其具有傳輸速率快、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好的區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)對(duì)地震儀實(shí)時(shí)有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0005]CN101661111公開了一種“利用短信進(jìn)行地震儀控制和數(shù)據(jù)傳輸方法”該方法能夠?qū)Φ卣饍x進(jìn)行方便快捷的控制，但由于短信依賴于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)將沒有信號(hào)，并且經(jīng)常存在信息延遲的問題。因該方法可靠性低、適用范圍窄，地震儀的野外監(jiān)控難以得到有效保障。
[0006]CN101988968A公開了 “一種基于3G無線網(wǎng)絡(luò)的地震檢測(cè)系統(tǒng)和方法”，該方法通過在監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝水平和垂直方向的位移感應(yīng)器，精確感應(yīng)地殼在水平和垂直方向上的震動(dòng)，并將監(jiān)測(cè)到的準(zhǔn)確地震信息通過3G無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給控制中心。系統(tǒng)中3G網(wǎng)絡(luò)同樣依賴于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，目前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍有限，在復(fù)雜的地形環(huán)境下或是無人區(qū)信號(hào)弱、不穩(wěn)定甚至無信號(hào)，難以實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)通信。
[0007]WiFi是目前比較成熟并且傳輸速率快、安全、性價(jià)比高的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可應(yīng)用于無纜地震儀短距離的狀態(tài)監(jiān)控。
[0008]CN102230972A公開了一種“無纜數(shù)字存儲(chǔ)式地震儀工作狀態(tài)的無線監(jiān)控方法”，主要是在采集站內(nèi)加入WiFi模塊通過無線AP對(duì)地震儀進(jìn)行監(jiān)控。在實(shí)際的野外實(shí)驗(yàn)中AP基站架設(shè)困難，并且WiFi傳輸距離短，無法真正實(shí)現(xiàn)無纜地震儀的遠(yuǎn)程控制。另外，可以采用WiFi技術(shù)中常用的Ad Hoc組網(wǎng)模式(又稱移動(dòng)自組網(wǎng)、多跳網(wǎng)絡(luò))，實(shí)現(xiàn)地震儀的狀態(tài)監(jiān)控。Ad Hoc是一種自組織、無中心、多跳的無線網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通過分布式的算法互相協(xié)調(diào)，自動(dòng)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與控制中心的數(shù)據(jù)傳輸和交換。Ad Hoc模式下數(shù)據(jù)通過接力的方式在組網(wǎng)內(nèi)傳輸，由于WiFi傳輸距離短，組網(wǎng)傳輸?shù)耐ㄐ欧秶艿较拗疲瑳Q定了 WiFi組網(wǎng)模式無法對(duì)地震儀實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。若想擴(kuò)大其通信范圍可以通過有線連接的方式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，然而在無人區(qū)、復(fù)雜環(huán)境下電纜的應(yīng)用將會(huì)使得實(shí)驗(yàn)難度增加，并且影響施工進(jìn)度、浪費(fèi)人力和成本。
[0009]北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)是中國(guó)自主研制、開發(fā)和運(yùn)行并向全世界開放的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)(BDS)。我國(guó)的北斗衛(wèi)星系統(tǒng)正在蓬勃的發(fā)展當(dāng)中，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的出現(xiàn)是我國(guó)在衛(wèi)星事業(yè)上的重大突破，削弱了我國(guó)對(duì)國(guó)外衛(wèi)星導(dǎo)航通信系統(tǒng)的依賴。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有短報(bào)文通信功能，覆蓋范圍廣，無通信盲區(qū)，且通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，傳輸速率快，一次數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間大約為一秒鐘。且北斗衛(wèi)星系統(tǒng)具有雙向的數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)o人區(qū)、復(fù)雜地形下少量的無纜地震儀進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
[0010]CN104020746A公開了一種”利用北斗通信衛(wèi)星對(duì)無纜地震儀進(jìn)行遠(yuǎn)程質(zhì)量監(jiān)控的方法”，該方法在一定程度上解決了無纜地震儀在野外環(huán)境下的遠(yuǎn)程監(jiān)控問題，其需要在每一個(gè)采集站上都接入北斗用戶機(jī)模塊，由于北斗模塊的成本比較高，這樣會(huì)使得地震儀的成本大大提高，進(jìn)而會(huì)限制無纜地震儀的廣泛應(yīng)用。另外由于北斗通信帶寬的限制，目前大部分的北斗指揮機(jī)能只夠?qū)崟r(shí)管理100/200基本型子用戶，這在實(shí)際的野外地震勘探中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，北斗通信系統(tǒng)在成本和數(shù)量上的限制，使得利用北斗通信對(duì)無纜地震儀的遠(yuǎn)程監(jiān)控僅適用于少量地震儀的地震實(shí)驗(yàn)中，在大型的野外勘探實(shí)驗(yàn)中無法被推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠解決地震勘探中無纜地震儀在無人區(qū)環(huán)境下的監(jiān)控難問題，實(shí)現(xiàn)基于北斗通信+組網(wǎng)傳輸聯(lián)合技術(shù)的低成本無纜地震儀質(zhì)量狀態(tài)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。
[0012]本發(fā)明的另一目的是提供一種基于北斗通信和無線組網(wǎng)聯(lián)合的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法；
[0013]本發(fā)明的再一目的是提供一種無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的野外工作方法。
[0014]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)是:
[0015]一種無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，是由地面控制中心的上位機(jī)經(jīng)UART、北斗指揮機(jī)和北斗衛(wèi)星與父節(jié)點(diǎn)位置地震儀4通訊，父節(jié)點(diǎn)位置地震儀4通過WiFi與采集站5構(gòu)成無線組網(wǎng) 3-1，3-2，3-3，......3-n。
[0016]地面控制中心I中的上位機(jī)通過UART與北斗指揮機(jī)連接；在父節(jié)點(diǎn)位置地震儀4中裝有WiFi通信單元和北斗通信單元，WiFi通信單元和北斗通信單元分別經(jīng)SPI和UART與父節(jié)點(diǎn)位置地震儀4中的主控制器連接；采集站5中裝有WiFi通信單元，WiFi通信單元通過SPI與采集站5中的主控制器連接構(gòu)成。
[0017]無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的野外工作方法，包括以下步驟:
[0018]a、按照勘探計(jì)劃排布圖，將地震儀排布好，連接檢波器，地震儀開機(jī)；
[0019]b、啟動(dòng)WiFi通信單元，建立起無線自組網(wǎng)絡(luò)，打開北斗指揮機(jī)，啟動(dòng)系統(tǒng)控制中心，并對(duì)控制中心中的上位機(jī)軟件進(jìn)行初始化設(shè)置；
[0020]C、通過上位機(jī)軟件查詢?cè)诰€地震儀的狀態(tài)和位置信息；
[0021]d、調(diào)整修復(fù)，根據(jù)返回的狀態(tài)信息對(duì)出現(xiàn)問題的地震儀進(jìn)行遠(yuǎn)程修復(fù)，上位機(jī)將返回的位置信息傳輸?shù)紾oogle Earth中顯示當(dāng)前地震儀排列方式，工作人員依此調(diào)整地震儀的排布位置；
[0022]e、采集站布設(shè)和調(diào)整完畢后通過上位機(jī)控制所有采集站開始采集；
[0023]f、在勘探過程中，操作人員通過控制中心對(duì)所有采集站的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括:工作狀態(tài)、GPS定位、剩余空間、電池電量、經(jīng)度、瑋度、道數(shù)、增益、采樣率、采集和驅(qū)動(dòng)版本，同時(shí)也對(duì)采集站監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)休眠、喚醒、停止預(yù)熱、開始采集、停止采集、復(fù)位、關(guān)機(jī)、設(shè)置道數(shù)、增益、采樣率、以及通道測(cè)試、停止通道測(cè)試；
[0024]g、勘探結(jié)束后，操作人員通過控制中心遠(yuǎn)程控制地震儀關(guān)機(jī)，工作人員收回采集站、回收數(shù)據(jù)，完成勘探。
[0025]無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方法，下行監(jiān)控方法包括以下步驟:
[0026]A、打開上位機(jī)，初始化；
[0027]B、選擇監(jiān)控命令；
[0028]C、將當(dāng)前命令依據(jù)監(jiān)控協(xié)議處理；
[0029]D、依據(jù)北斗通信協(xié)議打包數(shù)據(jù)；
[0030]E、串口發(fā)送；
[0031]F、父節(jié)點(diǎn)位置地震儀對(duì)信