本發(fā)明涉及無纜自定位地震勘探系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法。

背景技術(shù)：

隨著我國中、淺層(≤5000m)油、氣藏的長期開發(fā)，各大油田當(dāng)今已進(jìn)入開發(fā)的晚期，深部(＞5000m)探測已成為當(dāng)前地震勘探的發(fā)展趨勢。長期以來，深部探測儀器一直依賴進(jìn)口，并按照勘探任務(wù)需求和特定應(yīng)用條件指定進(jìn)口方案。因此，自主研發(fā)深部探測裝備有助于迅速提升我國的地震勘探能力和整體技術(shù)水平。在國家公益性行業(yè)科研項目“深部探測技術(shù)與實驗研究專項”——課題四“無纜自定地震勘探系統(tǒng)研制”的資助下，自主研制成功適用于深部探測的無纜自定位地震勘探儀器，擺脫了通訊電纜的束縛和無道數(shù)的限制，實現(xiàn)了適用于復(fù)雜地形、免測線測量、根據(jù)觀測需要設(shè)置任意道間距的地震數(shù)據(jù)采集?；贗EEE 802.11ac無線通信協(xié)議，結(jié)合分層自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)近距離和遠(yuǎn)距離相結(jié)合的復(fù)合通信方式，突破了有纜地震儀采集道數(shù)和道間距限制等技術(shù)瓶頸。

無纜自定位地震儀包含GPS精確定位、地震數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、供電電池、無線通信等模塊。其優(yōu)勢在于依靠無線電波實現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的傳輸和控制信息的交換，解決了有纜地震儀總道數(shù)受限、電纜維護(hù)運輸成本高、靈活性差等弊端。而現(xiàn)有的無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)中通常只有一個數(shù)據(jù)回收中心，由于成百上千的無纜地震儀被部署在野外環(huán)境中，大范圍長距離的多跳無線數(shù)據(jù)傳輸會增加無纜地震儀的能量消耗，縮短了無線自組網(wǎng)的生命時間，不適用于長時間野外作業(yè)，降低了野外地震勘探的工作效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法，適合于長時間野外工作，可降低無纜地震儀功耗，最大化無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)絡(luò)生命時間的多基站部署工作方法，本發(fā)明考慮無纜地震儀的通信距離和能量消耗，以網(wǎng)絡(luò)生命時間最大化為目標(biāo)建立無線數(shù)據(jù)傳輸模型，實現(xiàn)對多基站部署數(shù)量和位置的最佳選擇，滿足無線地震數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的便捷、高能效的需求，大大的提高了野外地震勘探工作效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法，無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)多基站部署方法，包括最佳數(shù)量基站部署方法和最佳位置基站部署方法：首先，統(tǒng)計布設(shè)好的無纜地震儀數(shù)量n,根據(jù)基站最大通信范圍R，通過圖論分割理論計算方法得出最佳基站部署數(shù)量。

其次，將布設(shè)好的無纜地震儀分成λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)，其子通信網(wǎng)絡(luò)形成原則是基于無纜地震儀的GPS定位和交互信息，計算與其鄰近無纜地震儀的歐幾里得距離，完成對λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建。

最后，在每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)中找出所有基站部署候選位置，并計算每個候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置即為最佳基站部署位置。

一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法，包括以下步驟：

A.依據(jù)地震勘探施工方案獲取布設(shè)無纜地震儀的布設(shè)數(shù)量n，構(gòu)造無向連通通信圖；

B.建立布設(shè)數(shù)量n的函數(shù)模型得到R和λ，R為基站最大通信范圍，λ為最佳基站部署的數(shù)量；

C.獲取無纜地震儀的GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)；

D.在λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有基站部署候選位置；

E.建立無線自組網(wǎng)的能量消耗模型，通過能量消耗模型計算每個所述基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間；

F.在λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)比較所有所述候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，得出網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置。

可選的，步驟B中建立所述布設(shè)數(shù)量n的函數(shù)模型得到R和λ，具體包括步驟：

統(tǒng)計勘探區(qū)域內(nèi)所述布設(shè)數(shù)量n；

設(shè)置p是[0,1]之間的任意實數(shù)，調(diào)整變量p，通過和得出R和λ；其中R為基站最大通信范圍，λ為最佳基站部署的數(shù)量。

可選的，步驟C中獲取無纜地震儀的GPS定位和交互信息，創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)利用GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)，包括以下步驟：

C1、在無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)絡(luò)中選取λ個重點無纜地震儀，在其1跳內(nèi)廣播REQ信息，請求其他無纜地震儀加入該子通信網(wǎng)絡(luò)；

C2、所述無纜地震儀收到REQ信息，發(fā)送REPLY信息申請加入該子通信網(wǎng)絡(luò)；

C3、新無纜地震儀申請加入子通信網(wǎng)絡(luò)時，按照上述步驟C1、C2提出申請；

C4、判斷是否有無纜地震儀未加入子通信網(wǎng)絡(luò)，是，返回上一步，否，轉(zhuǎn)下一步；

C5、判斷重點無纜地震儀與子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無纜地震儀的最大通信距離是否滿足基站最大通信距離R，否，返回步驟C3，是，轉(zhuǎn)下一步；

C6、依據(jù)重點無纜地震儀形成的子通信網(wǎng)絡(luò)，完成創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)。

可選的，步驟D中在λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有基站部署候選位置，包括步驟：

選取無纜地震儀i和無纜地震儀j；

判斷無纜地震儀i和無纜地震儀j之間的通信距離是否大于2r，是，返回上一步，否，轉(zhuǎn)下一步，為無纜地震儀的通信距離；

以無纜地震儀為圓心，r為半徑找出候選圓弧，候選圓弧的中心位置就是基站部署的候選位置；

重復(fù)上述步驟，找出每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有基站部署的候選位置。

可選的，步驟E中的建立無線自組網(wǎng)的能量消耗模型，通過所述能量消耗模型計算每個所述基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，包括步驟：

任意選取子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的基站部署候選位置；

結(jié)合無纜地震儀能量e_i、無線傳輸數(shù)據(jù)量f_i,j和f_j,i，以及通信信道衰落參數(shù)ar和as，通過公式得出選取基站部署候選位置的最大化網(wǎng)絡(luò)生命時間maxT，其中e_i為無纜地震儀無線傳輸能量消耗；f_i,j和f_j,i為無纜地震儀i和j之間的無線數(shù)據(jù)傳輸量；a_r和a_s是無線數(shù)據(jù)傳輸信道衰落參數(shù)；

重復(fù)上述步驟，計算出每個基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間；

網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置即為最佳基站部署位置。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：解決了現(xiàn)有無線數(shù)據(jù)傳輸能耗高、勘探周期時間短和耗費大量人力物力問題。依據(jù)無纜地震儀數(shù)量，通過設(shè)置參數(shù)變量，得出最佳基站部署數(shù)量。通過計算每個基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，選出最佳基站部署位置，降低了無纜地震儀的能量消耗，提高了無纜自定位地震勘探你儀器無線自組網(wǎng)的生命時間，保證無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路的穩(wěn)定性和高效性，解決了有纜數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌詥栴}，提高了野外工作效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法的子通信網(wǎng)絡(luò)流程示意圖；

圖3為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法的基站部署流程示意圖；

圖4為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法的實施例的網(wǎng)絡(luò)示意圖；

圖5為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法的實施例的無線通信示意圖；；

圖6為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法的實施例的最佳基站部署網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖7為本發(fā)明一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法的實施例的最佳基站無線通信圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法，依據(jù)無纜地震儀數(shù)量，通過設(shè)置參數(shù)變量，得出最佳基站部署數(shù)量。通過計算每個基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，選出最佳基站部署位置，降低了無纜地震儀的能量消耗，提高了無纜自定位地震勘探你儀器無線自組網(wǎng)的生命時間，保證無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路的穩(wěn)定性和高效性，解決了有纜數(shù)據(jù)傳輸?shù)木窒扌詥栴}，提高了野外工作效率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明是在現(xiàn)有的無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)的基礎(chǔ)上，為提高無線網(wǎng)絡(luò)生命時間和能效所做的改進(jìn)。

無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)多基站部署方法，包括最佳數(shù)量基站部署方法和最佳位置基站部署方法：

首先，統(tǒng)計布設(shè)好的無纜地震儀數(shù)量n,根據(jù)基站最大通信范圍R，通過圖論分割理論計算方法得出最佳基站部署數(shù)量。

其次，將布設(shè)好的無纜地震儀分成λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)，其子通信網(wǎng)絡(luò)形成原則是基于無纜地震儀的GPS定位和交互信息，計算與其鄰近無纜地震儀的歐幾里得距離，完成對λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建。在每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有基站部署候選位置，并計算每個候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置即為最佳基站部署位置。

在圖1中，一種無纜地震勘探儀器多基站部署方法包括：獲取無纜地震儀部署數(shù)量及位置信息，構(gòu)造無向連通圖；獲取無線自組網(wǎng)的能量消耗模型；根據(jù)異構(gòu)通信圖和基站通信距離，采用圖論的圖像分割方法計算基站部署數(shù)量λ；通過無纜地震儀收集鄰近交互信息，利用子通信網(wǎng)絡(luò)形成算法完成建立λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)；在每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有部署基站候選位置；為每個部署基站候選位置建立無線傳輸數(shù)據(jù)量與網(wǎng)絡(luò)生命時間的函數(shù)映射關(guān)系；在每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的部署基站候選位置為最佳基站部署位置。具體的包括：S101、依據(jù)地震勘探施工方案獲取布設(shè)無纜地震儀的布設(shè)數(shù)量n，構(gòu)造無向連通通信圖；S101、建立布設(shè)數(shù)量n的函數(shù)模型得到R和λ，R為基站最大通信范圍，λ為最佳基站部署的數(shù)量；S103、獲取無纜地震儀的GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)；S104、在λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有基站部署候選位置；S105、建立無線自組網(wǎng)的能量消耗模型，通過能量消耗模型計算每個所述基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間；S106、在λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)比較所有所述候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，得出網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置。

其中建立所述布設(shè)數(shù)量n的函數(shù)模型得到R和λ，具體包括步驟：

統(tǒng)計勘探區(qū)域內(nèi)所述布設(shè)數(shù)量n；

設(shè)置p是[0,1]之間的任意實數(shù)，調(diào)整變量p，通過和得出R和λ；其中R為基站最大通信范圍，λ為最佳基站部署的數(shù)量。

圖2中獲取無纜地震儀的GPS定位和交互信息，創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)利用GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)，包括以下步驟：

C1、在無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)絡(luò)中選取λ個重點無纜地震儀，在其1跳內(nèi)廣播REQ信息，請求其他無纜地震儀加入該子通信網(wǎng)絡(luò)；

C2、所述無纜地震儀收到REQ信息，發(fā)送REPLY信息申請加入該子通信網(wǎng)絡(luò)；

C3、新無纜地震儀申請加入子通信網(wǎng)絡(luò)時，按照上述步驟C1、C2提出申請；

C4、判斷是否有無纜地震儀未加入子通信網(wǎng)絡(luò)，是，返回上一步，否，轉(zhuǎn)下一步；

C5、判斷重點無纜地震儀與子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無纜地震儀的最大通信距離是否滿足基站最大通信距離R，否，返回步驟C3，是，轉(zhuǎn)下一步；

C6、依據(jù)重點無纜地震儀形成的子通信網(wǎng)絡(luò)，完成創(chuàng)建λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)。

圖3在λ個不相交的子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有基站部署候選位置，包括步驟：

選取無纜地震儀i和無纜地震儀j；

判斷無纜地震儀i和無纜地震儀j之間的通信距離是否大于2r，是，返回上一步，否，轉(zhuǎn)下一步，為無纜地震儀的通信距離；

以無纜地震儀為圓心，r為半徑找出候選圓弧，候選圓弧的中心位置就是基站部署的候選位置；

重復(fù)上述步驟，找出每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有基站部署的候選位置。

步驟S105中的建立無線自組網(wǎng)的能量消耗模型，通過所述能量消耗模型計算每個所述基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，包括步驟：

任意選取子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的基站部署候選位置；

結(jié)合無纜地震儀能量e_i、無線傳輸數(shù)據(jù)量fi,j和fj,i，以及通信信道衰落參數(shù)ar和as，通過公式得出選取基站部署候選位置的最大化網(wǎng)絡(luò)生命時間maxT，其中e_i為無纜地震儀無線傳輸能量消耗；f_i,j和f_j,i為無纜地震儀i和j之間的無線數(shù)據(jù)傳輸量；a_r和a_s是無線數(shù)據(jù)傳輸信道衰落參數(shù)；

重復(fù)上述步驟，計算出每個基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間；

網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置即為最佳基站部署位置。

以二維無纜自定位地震勘探系統(tǒng)部署為例具體說明：

如附圖4所示，設(shè)地震勘探區(qū)域內(nèi)共布設(shè)100個無纜地震儀，給定基站最大通信范圍R＝7m；根據(jù)本實例給出的最佳數(shù)量基站部署方法，得出需要最佳基站部署數(shù)量λ＝7，將無纜自定位地震勘探儀器無線自組網(wǎng)分成7個子通信網(wǎng)絡(luò)，包括以下步驟如圖5所示：

a.統(tǒng)計勘探區(qū)域內(nèi)無纜地震儀數(shù)量n＝100，通過無線鏈接構(gòu)建無線自組網(wǎng)；

b.設(shè)置p是[0,1]之間的任意實數(shù)，通過公式和得出基站部署數(shù)量和基站通信距離；

c.在[0,1]之間調(diào)整變量p，優(yōu)化步驟b的數(shù)值，得出最佳基站部署數(shù)量λ＝7和基站通信距離R＝7m；

d.基于無纜地震儀的GPS精確定位信息，在無纜自定位地震勘探儀器網(wǎng)絡(luò)中選取7個重點無纜地震儀，在其1跳內(nèi)廣播REQ信息，請求其他無纜地震儀加入該子通信網(wǎng)絡(luò)；

e.無纜地震儀收到REQ信息，發(fā)送REPLY信息申請加入該子通信網(wǎng)絡(luò)；

f.當(dāng)有新的無纜地震儀申請加入子通信網(wǎng)絡(luò)時，按照上述步驟d、e向重點無纜地震儀提出申請；

g.判斷是否有無纜地震儀未加入子通信網(wǎng)絡(luò)，是，返回上一步，否，轉(zhuǎn)下一步；

h.判斷重點無纜地震儀與子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)無纜地震儀的最大通信距離是否超過基站最大通信距離R，是，返回步驟f，否，轉(zhuǎn)下一步；

i.依據(jù)重點無纜地震儀形成的子通信網(wǎng)絡(luò)，完成7個不相交子通信網(wǎng)絡(luò)地構(gòu)建。

部署基站前，在每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找出所有基站部署候選位置，并計算每個候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間，網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的候選位置即為最佳基站部署位置。如附圖6、圖7所示，選取子通信網(wǎng)絡(luò)A為最佳位置基站部署方法應(yīng)用實例，包括以下步驟：

A.選取兩個無纜地震儀i和j；

B.判斷無纜地震儀i和j之間的通信距離是否大于2r，是，返回上一步，否，轉(zhuǎn)下一步；

C.以無纜地震儀為圓心，r為半徑找出候選圓弧，候選圓弧的中心位置就是基站部署的候選位置之一；

D.按照上述方法，找出每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有基站部署的候選位置(紅色標(biāo)記位置)。

E.任意選取子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的基站部署候選位置；

F.每個無纜地震儀每分鐘產(chǎn)生1000bytes地震數(shù)據(jù)，結(jié)合無線多跳通信方式，通過公式計算出每個基站部署候選位置的網(wǎng)絡(luò)生命時間。

G.每個子通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)生命時間最大的基站部署候選位置為最佳基站部署位置。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。