一种单通道无缆存储式地震仪的无线监控方法与流程

本发明涉及一种地震仪实时工作状态的无线监控领域,尤其是一种单通道无缆存储式地震仪工作状态的无线监控方法。

背景技术：

随着地震勘探设备的不断发展，无缆地震仪逐渐取代了有缆地震仪，省掉了笨重的传输大线，施工团队的机动性更好。一般情况下，有缆系统的线缆部分可以占到整个系统重量的百分之七十左右，无缆设备没有这部分重量，更易于铺设和回收，施工成本低。无缆系统在面对复杂地形时，处理办法更加多变灵活，可以应付有缆系统无法处理的勘探任务。当勘探系统的配置达到万道以上时，无缆系统优势更为明显。

无缆存储式地震仪通过数据采集自存储替代了有缆地震仪地震数据的长距离大线传输，具有布置灵活、不受地形限制的优点，同时降低了地震仪的成本、体积以及重量。单站单通道地震仪是无缆存储式地震仪的一种特殊实现形式，自身独特的优势为:每台仪器采集一道地震数据，采集通道彼此之间完全隔离，完全消除道间串音的影响，相比于单站多通道地震仪，单站单通道地震仪成本和功耗更低、体积更小。非常适合应用在大道数、宽方位、高精度的地震勘探工作中。但是无缆地震仪没有集成无线通讯系统，无法实时有效地监测仪器状态和采集数据的质量。具有封闭性的技术缺陷。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种单通道无缆存储式地震仪的无线监控系统和监控方法，解决单站单通道存储式地震仪封闭性的技术缺陷问题。

本发明是这样实现的，

一种单通道无缆存储式地震仪的无线监控方法，

将每个单通道地震仪通过SPI接口连接一具有内部集成TCP/IP协议栈的Wi-Fi模块；

设置一上位机，通过与Wi-Fi模块建立网络连接对单通道地震仪工作状态的实时监控；

上位机与单通道地震仪按照如下的方式建立网络模式：建立AP组网与Ad-hoc组网，

在AP组网模式下，通过在中心服务器作为上位机运行上位机软件与单通道地震仪的信息输出之间设置车载无线大功率AP，通过无线大功率AP与单通道地震仪进行点对多的无线通讯，同时中心服务器通过接入无线大功率AP监控与无线大功率AP连接的地震仪的工作状态与数据质量；

在Ad-hoc组网模式下，通过手持移动设备作为上位机运行上位机软件与单通道地震仪进行点对点通讯，对单个地震仪的工作状态与数据质量的监控。

进一步地：上位机软件通过向单通道地震仪发送命令对单通道地震仪工作状态的实时监控，监控流程如下：对于上位机软件发送的特殊格式的命令，单通道地震仪由通讯进程首先根据命令的内容与单通道地震仪采管程序所处的工作状态，首先给出“接受/拒绝”回应；只有被“接受”的命令会被发送至采管进程，采管进程根据命令的要求进行相应操作，完成操作后，将操作结果反馈给通讯进程，最后由通讯进程发送“操作结果”至上位机软件。

进一步地：在Ad-hoc组网模式下，采用单站单通道上位机与单通道地震仪相互通讯，单通道地震仪的Wi-Fi模块设置固定的IP地址固定与端口，单通道地震仪作为服务器，手持设备作为客户端连接单通道地震仪的无线信号，手持设备的IP地址由无线设备的DHCP功能自行分配。

进一步地：在AP组网模式下，设置无线大功率AP为固定的IP地址与端口，将中心服务器通过有线或无线接入无线大功率AP，查询无线大功率AP中当前接入的单通道地震仪，对未接入的单通道地震仪进行单个设置或修正，使其连入无线大功率AP，单通道地震仪的IP地址及端口由无线大功率AP的DHCP功能自行分配。

进一步地：施工前，运行上位机软件对单通道地震仪发送自检指令，逐一校对地震仪是否存在故障，将带故障的单通道地震仪修正或剔除，同时运行上位机软件对各个单通道地震仪的采样率、增益等进行统一查询、修改和设置。

进一步地：震源作业时，运行上位机软件唤醒单通道地震仪并进行采集作业；此时运行上位机软件监测各个地震仪的状态，通过向单通道地震仪发送命令将当前地震仪的采集数据实时显示，观测采集系统工作是否异常并作相应处理。

进一步地：震源停止工作时，运行上位机软件发送指令使单通道地震仪进入休眠模式。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明基于地震勘探学的基本原理，设计了一款具有野外工作运行可靠、执行效率高、操作性能好等优点的单通道地震仪无线监控系统。经实际测量，在空旷的野外无线传输距离可达120米，满足了地震单通道地震仪进行无线监控的数据传输距离要求。在上位机端完成地震波形的实时显示以及与单通道地震仪的命令交互，命令交互包括单通道地震仪采样率、增益的查询与设置以及对单通道地震仪运行状态的控制，包括开始采集、停止采集、休眠、唤醒等。这种无线监控方案，实现了对地震数据采集的现场实时质量监控，保证了施工质量和效率。

附图说明

图1为本发明实施例采用的Wi-Fi模块结构框图；

图2为单通道地震仪的主控制器与Wi-Fi模块的连接图；

图3为Wi-Fi驱动程序流程图；

图4为上位机软件的整体框架图；

图5为AP组网模式无线监控结构图；

图6为Ad-hoc组网模式无线监控结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种单通道无缆存储式地震仪的无线监控方法，

将每个单通道地震仪通过SPI接口连接一具有内部集成TCP/IP协议栈的Wi-Fi模块；

设置一上位机，通过与Wi-Fi模块建立网络连接对单通道地震仪工作状态的实时监控；

按照如下的方式建立网络模式：建立AP组网与Ad-hoc组网，

在AP组网模式下，通过在中心服务器作为上位机运行上位机软件与单通道地震仪的信息输出之间设置车载无线大功率AP，通过无线大功率AP与单通道地震仪进行点对多的无线通讯，同时中心服务器通过接入无线大功率AP监控与无线大功率AP连接的单通道地震仪的工作状态与数据质量；

在Ad-hoc组网模式下，通过手持移动设备作为上位机运行上位机软件与单通道地震仪进行点对点通讯，对单个地震仪的工作状态与数据质量的监控。

参见图1，具有内部集成TCP/IP协议栈的Wi-Fi模块，Wi-Fi模块采用MCU+Wi-Fi型设计，模块内嵌小型MCU，集成TCP/IP协议栈，预留外设接口。电源管理模块通过对Wi-Fi模块进行3.3V的电源输入，同时Wi-Fi内部集成天线，进行数据发射和接收。

本实施例中采用的地震仪与Wi-Fi模块的接口图，如图2所示。地震仪的主控制器具有引脚M_SPI_MOSI、引脚M_SPI_MISO、引脚M_SPI_CLK、引脚M_SPI_CS这四个引脚是标准的SPI接口。提供一个中断M_IO_INT引脚，用以引出Wi-Fi模块出现异常的时候引起主控制器的中断。Wi-Fi模块Reset_n引脚用来进行对Wi-Fi模块的复位，当数据传输出现故障时，主控制器通过Reset_n引脚对Wi-Fi模块进行复位重启操作。

本发明采用上位机软件可以通过向单通道地震仪发送命令来实现对单通道地震仪工作状态的实时监控，监控流程如下：对于上位机软件发送的特殊格式的命令，单通道地震仪由通讯进程首先根据命令的内容与单通道地震仪采管程序所处的工作状态，首先给出“接受/拒绝”回应；只有被“接受”的命令会被发送至采管进程，采管进程根据命令的要求进行相应操作，完成操作后，将操作结果反馈给通讯进程，最后由通讯进程发送“操作结果”至上位机软件。

上位机软件整体框架如图4所示，

控制功能：单通道地震仪在放炮之前唤醒，在停止施工期间休眠，单通道地震仪可有选择地进行采集工作。在单通道地震仪工作期间，上位机软件也可以通过Wi-Fi控制其开始采集、停止采集、通道测试等。这样大大节省了数据存储空间，降低了采集系统的功耗，延长了仪器的待机时间，提高野外勘探作业的工作效率和灵活性。

配置功能:配置系统采样率、增益等。在单通道地震仪布设之前，在主控中心由电脑终端的上位机软件通过无线的方式完成采样率、增益等参数的配置。其采样率可以被配置为250sps、500sps、1000sps、2000sps、4000sps，其增益可以被配置为1、2、4、8、16、32、64。

查询功能:当采样率和通道增益均被配置完成后，上位机软件可随时通过查询命令获得地震仪当前的配置信息和版本号信息。

自检功能：控制地震仪进行自检，并能回收自检数据。单通道地震仪布设到野外后，根据自检结果对有问题的地震仪进行参数设置和系统复位、修复等操作来解决问题，节省人力物力，提高单站单通道地震仪智能化控制程度。

地震波形实时显示功能：

野外图形操作员通常要对地震数据资料进行质量鉴定，根据波形显示能及时准确了解现场采集数据的好坏，迅速判断出数据采集的系统工作是否异常，以及系统的道间一致性等性能信息，实现对地震采集资料进行有效的质量控制。上位机软件根据相应指令收到数据后将实时显示地震波形图。

单站单通道地震仪的无线模块使用了两种组网模式：Ad-Hoc组网模式和AP组网模式。在AdHoc组网模式下，上位机软件作为客户端，单通道地震仪作为服务器。在AP组网模式下，上位机软件作为服务器，地震仪单通道地震仪作为客户端。登录界面上位机软件可以选择作为客户端或服务器登录，那么地震数据传输由则上位机软件独立完成，即客户端与服务器之间的数据交互。

当对单个单通道地震仪进行监控时：

采用单站单通道上位机与单通道地震仪3相互通讯，单通道地震仪的Wi-Fi模块IP地址固定设置为192.168.1.100，端口为9000，也可以根据需要设置其他数值，具体根据需要而定。单通道地震仪作为服务器，手持设备作为客户端连接地震仪的无线信号，其IP地址将有无线设备的DHCP功能自行分配，其工作示意图如图6所示。

当对多台地震仪进行统一监测时，

使用中心服务器1上位机软件的工作人员，设置大功率AP2，这里的大功率AP指的是大功率、长距离的无线接入点，示意图如图5所示，这里大功率AP作为一个中转站，因为其无线信号传输距离大于WiFi模块的传输距离，而实际区域性勘探时距离不是太近，因此需要大功率AP作为中转。

大功率AP的IP地址为设置为192.168.1.1，端口设置为9000将服务器通过有线或无线接入大功率AP，查询此时AP中当前接入的单通道地震仪3，单通道地震仪中的WiFi模块连入大功率AP，对未接入的地震仪进行单个设置或修正，使其连入大功率AP，地震仪IP地址及端口由大功率AP的DHCP功能自行分配，其工作示意图如图5所示。

施工前，上位机即运行上位机软件的设备，对单通道地震仪发送自检指令，逐一校对地震仪是否存在故障，将带故障的地震仪修正或剔除。同时上位机对各个地震仪的采样率、增益等进行统一的的查询、修改和设置。

震源作业时，上位机即运行上位机软件的设备，唤醒单通道地震仪并进行采集作业；此时上位机监测各个地震仪的状态，通过向地震仪发送命令将当前地震仪的采集数据实时显示在上位机中，观测采集系统工作是否异常并作相应处理。

震源停止工作时，上位机发送指令使单通道地震仪进入休眠模式，这种工作方式大大降低了单通道地震仪的功耗，并且没有空采集的时间，后续数据处理工作量也大大降低。

硬件设备的驱动程序的两种组网模式，在对单个地震仪进行无线监控时，采用Ad-hoc网络进行组网，当对非单一地震仪统一监控时，采用AP网络进行多台地震仪的同时监控。其驱动程序流程图如图3所示。

模块初始化后，上位机以及单通道地震仪自动开始连接，若是，则等待IP返回指令，开启Socket端口后发送和接受数据，关闭Socket端口命令，结束，若无连接，则扫描无线网络，加入无线网络后，配置IP指令，开启Socket端口后发送和接受数据，关闭Socket端口命令，结束。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。