>[0059](I)数据文件组架构一一即在同一段时间内，同时记录一对文件，一个为原始数据文件(*.HFMED)，另外一个是对原始数据的索引压缩文件(*.HFIDX)。
[0060]本仪器有8个数据采集通道，会以每秒每通道I万个数据点的采集速度连续工作，每天产出十几个GBytes的数据，要持续多年。这种高频多通道连续记录所面对的第一个大问题就是大数据管理，上传问题。原始数据文件包含了高频数据的细节，但因为数据量大导致上传、转存、读取的效率都很低。为此，设计了一个同步索引压缩文件。这种设计有两个作用:
[0061]1.1:在实时记录阶段，不必通过网络上传原始数据文件，那样的流量会阻塞网络。实时上传的是索引文件。通过对索引文件的分析，可以发现其中的地震信号。根据索引文件中所包含的原始数据文件指针，可以通过网络，直接调取这一段地震数据。这样就一方面保证了网络畅通，也能满足获得高频信号的需求。
[0062]1.2:在后期数据全面分析阶段，要同时读取来自多个高频监测仪的数据，以便计算地震的参数，例如多台联合定位的计算，这样要读取的数据可能达到几十个TByte。直接读取原始文件几乎是不可能的。读取压缩率达到近1/400的索引文件，可以大大加快数据浏览、检索的速度。当需要观察数据的细节的时候，通过索引文件软件可以自动定位读取原始数据文件中的某一段，数据负担也不是很大了。
[0063](2)数据文件内部的块存储架构一一即连续采集的原始数据被按照一定长的数据块依次存储在文件中，索引文件中的每一块索引数据对应原始数据文件中的每一块原始数据。
[0064]对于连续采集的数据，我们没有采取二维表连续存储的方式，而是采用了分段存储的方式。这样的处理带来如下好处:
[0065]2.1由于硬件系统的时钟，无论是控制板带的计时表，还是采集器的采样节拍都做不到在毫秒级上长时间稳定，不漂移。例如，嵌入式控制主板每天的漂移量一般可能达到若干秒。因次，通过数据分块，在每一个数据块前面增添一个块参数头，其中记录了当前的控制器时钟，这个时钟每个一定的时间(一般在10分钟至I小时)通过GPS进行一次校准。这样可以消除长时间累计漂移带来的计时误差。
[0066]2.2数据块参数头里面还包含了一个重要的特征编码FeatureCode，它被赋予一个常量“HFME”。这是一个被植入每一段数据头的标志符，其作用是保证当数据文件被部分损坏时，可以尽量恢复数据。超高频构造活动监测仪将是几十台联合组成台阵，预期工作时间数以年计，必然产生大量的数据。由于硬件的瑕疵，软件的漏洞，工作环境的影响，难免造成数据记录文件的损坏，错位等等问题。如果没有特征码的控制，一个数据文件损坏一个字节，就可能导致整个文件内的数据难以读出。特征码的存在使得用户可以在文件中分段追踪数据，根据特征码就能判断这是一段数据的起点。再深入分析局部数据结构，就可能一段段地挽救损坏文件中的大部分信息。
[0067]2.3块结构的选择实际上也来自硬件采集结构的限定。利用USB接口，通过数据缓冲区采取块传输方式是高速数据采集的最佳方式。在我们存储数据的时候，在数据传输块前面附加上参数信息再存储是效率比较高的方式。
[0068](3)附加 GPS 授时文件(*.HFGPS)
[0069]超高频构造活动监测仪的时间服务精度要求达到I毫秒，为此我们在数据采集的数据段记录参数中记录了控制主板所提供的微秒级分辨率的计时值(以下简称控制板微秒计时器)。由于控制板微秒计时器稳定性差，每天都会有若干秒的漂移，因此我们利用GPS秒脉冲计时器定时对其进行校准。由于校准脉冲达到时刻与采样进程节拍之间无法同步，校准过程没在数据文件中没有记录，而通过另外一个独立线程记录GPS授时文件。我们采取了在每一个数据文件目录下，附加一个GPS校准文件的方式，记录了校准参数。其中关键是成对存储了 GPS对时脉冲到达时刻的控制板微秒计时器计时值与GPS脉冲的时间，另外还有一些GPS位置，卫星状态参数。利用这个文件可以建立控制板微秒计时器的漂移校准函数，评价控制板的漂移状态，保证时间服务精度。
[0070](4)文件名与目录管理结构
[0071]超高频构造活动监测仪数据记录格式还包括了对文件名与存放目录的自动管理结构定义。文件名的命名规则如实施例1所示。
[0072]这种文件名与目录的自动管理具有如下优点:
[0073]4.1能够清晰无误地组织文件目录，保证每次启动存储唯一对应一个目录。
[0074]4.2能够有序逐个增量命名文件，保证数据准确地顺序读取。
[0075]上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
【主权项】
1.一种具有新型数据记录格式的高频构造活动检测仪，其特征在于，包括:振动传感器、数据采集器、数据记录格式模块、GPS授时模块和控制器；其中， 所述振动传感器，分别与数据采集器、控制器与数据记录格式模块相连接，用于感知并采集构造活动所产生的超高频信号，并将该超高频信号数字化后传输给所述控制器与数据记录格式模块； 所述数据采集器，为8通道的数据采集器，分别与所述振动传感器、所述数据记录格式模块、GPS授时模块和控制器相连接，用于根据所述控制器的指示信号，接收所述振动传感器发送的所述模拟信号与GPS授时模块发送的授时脉冲信号，并对该信号进行模数转换，将产生的数字信号发送给所述数据记录格式模块； 所述数据记录格式模块，分别与所述数据采集器和GPS授时模块相耦接，用于对所述数据采集器发送的数字信号及GPS授时模块所发送的数字时钟信号进行记录，该数据记录格式模块中对采集的数字信号分为原始数据文件、与对原始数据的索引压缩文件和GPS授时文件； 所述GPS授时模块，分别与数据采集器、控制器和数据记录格式模块相连接，用于根据所述控制器的指示信号，接收来自GPS卫星的数字时钟数据与授时脉冲信号，脉冲信号经数字化处理后与时钟数据按照数据记录格式模块的规则存储于各数据文件之中；所述控制器，分别与所述振动传感器、数据采集器和GPS授时模块相连接，用于发送相应的指示给所述振动传感器、数据采集器和GPS授时模块，收集并存储所述振动传感器、数据采集器和GPS授时模块发送的信息，接受指令，按照设计模式进行操作。2.根据权利要求1所述的具有新型数据记录格式的高频构造活动检测仪，其特征在于，还包括:220V的交流变换器或直流变换器，分别与所述振动传感器、数据采集器、数据记录格式模块、GPS授时模块和控制器相耦接，用于提供电流。3.根据权利要求1所述的具有新型数据记录格式的高频构造活动检测仪，其特征在于，所述数据记录格式模块，通过控制器所提供的WiF1、蓝牙、USB、RJ45或SATA接口与外部设备进行数据交换与传输。4.根据权利要求1所述的具有新型数据记录格式的高频构造活动检测仪，其特征在于，所述振动传感器，进一步为三分向与单分向的振动传感器。5.根据权利要求1或4所述的具有新型数据记录格式的高频构造活动检测仪，其特征在于，所述振动传感器的形状为方筒形或圆筒形。
【专利摘要】本申请公开了一种具有新型数据记录格式的高频构造活动检测仪，包括：振动传感器、数据采集器、数据记录格式模块、GPS授时模块和控制器。本申请能够获取岩石变形微破裂所伴随的振动与电磁信号，具有小型化便携，易于隐蔽安装，无需值守，便捷数据收集等等特点，适合直接安装在构造活动区带进行近场高密度观测。本申请采样通道增加为八通道并行，为多参量，宽动态与提高定位精度奠定了基础；增加数据缓存区改善了数据传输性能，保证了在多任务并发情况下的数据完整性；增加信号带宽为高频电磁传感器的接入留下了空间；功率下降到1.5W，可以延长电池供电条件下的工作时间，提高系统的可靠性。
【IPC分类】G01V1/00, G01V1/18
【公开号】CN105158792
【申请号】CN201510676072
【发明人】汲云涛, 刘力强, 杨晓松, 刘培洵
【申请人】中国地震局地质研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年10月19日