专利名称：海洋地震勘探数据采集记录系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数据采集记录系统，尤其涉及一种海洋地震勘探数据采集记录系统。
背景技术：
地震数据采集与记录系统是地震勘探中最关键的设备，地震勘探作业要求不失真的接收记录地震波，地震数据采集与记录系统必须具有大动态范围、低噪音、低漂移、宽频带和压制干扰波等能力；为评价地震资料的质量，仪器能够实现对记录资料的监视回放功能，以便在野外及时调整工作方法和仪器参数。
然而，我国在海洋油气田勘探中应用的地震数据采集与记录系统，全部是从国外进口的设备，如美国INPUT/OUTPUT公司的MSX系统，法国SERCEL公司的SYNTRAK960系统等仪器设备，该类仪器都是基于传统的工业计算机VME总线结构，体积较大，技术相对落后，而且还由于技术垄断造成产品价格昂贵。
因此，能否提出一种新型的地震数据采集系统，能够应用计算机控制领域、电子技术领域的最新成果，优化地震采集记录系统，提高对地震数据的采集、处理和记录能力，增大地震数据的采集量，提高系统的可靠性和稳定性，为油田后期精细开发方案以及海洋油藏勘探提供准确数据，已经成为业内亟待解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种海洋地震勘探数据采集记录系统，通过系统优化，提高对地震数据的采集、处理和记录能力，增大地震数据的采集量，提高系统的可靠性和稳定性。
本发明提供一种海洋地震勘探数据采集记录系统，其特征在于包括主控工作站，用于控制系统执行各种功能命令；绘图仪，用于绘制数据示意图；磁带机，用于记录数据；外挂硬盘，用于记录数据；质量控制及记录工作站，用于控制所述绘图仪、磁带机以及硬盘绘制记录数据；CPCI嵌入式数据采集处理机，通过下行命令接口向水下电缆发送采集命令和配置参数，通过上行数据接口接收上行数据，通过以太网向所述主控工作站传输经过按时间抽取的地震数据，并接收主控工作站的控制命令和配置参数，将地震数据中的状态数据剥离，将时序数据转换为道序数据，加上导航数据，通过以太网将数据传送到所述质量控制及记录工作站。。
本发明与现有技术相比具有以下优点实现了4路时移地震拖缆数据的实时采集、处理和记录功能，采集道数多(8千道，每路2000道地震采集数据)、采样率高(1ms)、数据量大(26MB/s)；采用了应用在计算机控制领域、电子领域的最新成果，首次将高可靠的系统平台CPCI嵌入式工业控制机引入地震数据采集系统；采用高速大容量FPGA硬件逻辑实现复杂的控制、算法、驱动，以替代软件，提高速度。工作站可以选用SUN Blade2000双CPU工作站，是第一个1GHz、64位的工作站，它具有领先的计算性能、高端3D可视化功能，本发明具有技术先进、道容量大、结构简单合理、成本低等优点，适用于海洋二维、三维及高分辨地震勘探。
图1为本发明系统结构框图；图2为本发明系统数据传输示意图；图3为本发明DPM数据采集箱体示意图；
图4为本发明PCI接口板在DPM箱体中的位置示意图；图5为本发明PCI接口板结构示意图；图6为本发明PCI接口板FPGA示意图；图7为本发明VPD板DPM箱体中的位置示意图；图8为本发明VPD板结构示意图；图9为本发明VPD板数据流程图。
具体实施例方式
本发明主要由一个无源背板CompactPCI总线嵌入式计算机、一个主控工作站、一个质量控制及记录工作站VPR(Vision、Plotting and Recording)(负责绘图、图形显示、磁带机记录)、磁带机组、一个绘图仪等组成。
主控工作站提供人机操作界面，是系统的控制核心。操作员通过主控工作站实现对整个系统的配置、自检、数据存储、显示等各种命令。在主控工作站上还可以显示系统的各部分的工作状态，主控工作站采用双显示器，在一个显示器上实时显示4条光缆采集数据变化示意图(振子图)，在另一个显示器上显示人机交互界面。
系统由DPM(Data Process Module)数据采集箱体接收水下四路光缆传送的地震数据。DPM机箱内插入以下功能模板系统管理板1块、数据采集板FCI四块、网络接口板VPD接口板(包含千兆以太网接口)板1块、辅助道数据采集板FCI一块。系统管理板主要是为了管理整个CPCI机箱，包括对I/O系统板进行配置，热插拔控制等。DPM机箱内有四块数据采集板FCI(Fibre Cable Interface)板，接收来自水下电缆通过光纤传送的地震数据，每块FCI板接收1路电缆地震数据，将其中的状态数据剥离，并将地震时序数据转换为道序数据，最后加上导航数据，通过CPCI总线写入网络接口板VPD接口板，通过100Mbps ENET网口向主控工作站传输经过按时间抽取的地震振子显示数据，以及接收主控工作站的控制命令和配置参数；在VPD板中大容量RAM，存储地震数据和存储待显示的数据。VPD板上通过1000Mbps网口，将地震数据送给VPR工作站；通过100Mbps ENET网口接收主控工作站的控制命令和配置参数，系统同步控制SYNC负责系统的时序控制，同步板SYNC的功能在数据板VPD实现该板主要通过一块FPGA来实现同步逻辑，同时，主控工作站可以通过以太网口对同步逻辑的部分参数进行设置。
VPR工作站内有PCI接口的千兆以太网插卡和SCSI插卡，VPR工作站通过千兆以太网接收来自CPCI机箱的VPD板的地震数据，并把接收到的数据通过SCSI将地震数据按照SEG-D格式写到磁带机组，同时经过数字滤波、AGC处理后在绘图上绘制现场监视记录，在显示器上显示任意一缆采集到的数据图形。通过VPR工作站外挂8mm磁带机，可以进行系统软件备份和单道记录。VPR工作站还负责磁带机的静态回放和绘图。
参照图1、图2，系统主要由一个主控工作站(1)、一个无源背板CompactPCI总线嵌入式数据采集处理机DPM(3)、一个质量控制及记录工作站VPR(2)(Vison、Plotting and Recording)(负责绘图、图形显示、磁带机记录)、一个绘图仪(7)、磁带机组(8)和外挂硬盘(9)组成。
主控工作站(1)提供人机操作界面，是系统的控制核心。操作员通过主控工作站(1)通过100Mbps ENET(11)实现对整个系统的配置、自检、数据存储、显示等各种命令。在主控工作站(1)上还可以显示系统的各部分的工作状态，主控工作站采用双显示器，在一个显示器(4)上实时显示4条光缆采集数据变化示意图(振子图)，实时地震数据由实时数据采集机DPM(3)通过100Mbps ENET(11)以太网向主控工作站(1)传输；在另一个显示器(5)上显示人机交互界面。
实时数据采集机DPM(3)的机箱通过下行命令接口(18)向水下电缆发送采集命令和配置参数，通过上行数据光纤接口(17)接收上行光纤数据，通过100Mbps ENET(11)以太网向主控工作站(1)传输经过按时间抽取的地震振子显示数据，以及接收主控工作站(1)的控制命令和配置参数，将记录到磁带上的数据剥离其中的状态数据，并将时序数据转换为道序数据，最后加上导航数据，通过1000Mbps(12)千兆以太网将数据传送的VPR工作站(2)。
VPR工作站(2)使用PCI接口的千兆以太网插卡和SCSI插卡。通过1000Mbps(12)千兆以太网接收来自DPM(3)机箱的VPD板的地震数据，并把接收到的数据通过SCSI按照SEG-D格式将数据写到磁带机组(8)。单道记录存储在VPR工作站(2)的外挂硬盘上(9)。VPR工作站还负责磁带机的静态回放和绘图。显示器(6)和绘图仪(7)连接在VPR工作站上，用来质量控制的显示和绘图。
主控工作站(1)和VPR工作站(2)选用SUN Blade2000双CPU工作站，Sun Blade 2000是第一个1GHz、64位的工作站，它具有领先的计算性能、高端3D可视化功能，是64位工作站市场上性价比最佳的产品之一。
外围设备，如定位导航设备(40)通过100Mbps ENET(11)向数据采集处理机DPM(3)传输导航数据；参照图3、图4，数据采集处理机DPM(3)采用是无源背板CompactPCI总线(17)嵌入式计算机，CompactPCI是一种基于PCI总线，在电气特性上等同于台式PCI总线，但采用了不同的物理板形，既具有PCI总线的高性能又具有欧洲卡结构的高可靠性，是符合国际标准的工业型计算机，适合在可靠性要求较高的工业、和军事设备上应用。我们选用的是摩托罗拉CPX2408系列，CPX2408是8槽的CompactPCI计算机平台，在CPCI机箱内插入功能板，包括四块光缆数据FCI接口板(16)，占用四个槽位；一块辅助道光缆数据FCI板(15)，占用一个槽位；网络VPD接口板(14)，占用一个槽位；一块CPCI箱体控制器CPU板(13)，占用一个槽位。
光缆数据FCI接口板(16)按照6U标准设计，通过上行数据光纤接口(17)接收水下电缆通过光纤传输的地震数据。FCI板主要功能是接收上行光纤数据，把光信号转换成电信号，将其中的状态数据剥离，把数据从时序数据转换为道序数据，最后加上导航数据，通过CPCI总线(19)将要记录的数据传输到VPD接口板(14)；光缆数据FCI接口板(16)上还设计有下行命令电接口(18)，向相应电缆传输命令和配置参数。
辅助道光缆数据FCI板(15)与光缆数据FCI接口板(16)设计功能相同，只是采集辅助道数据。
网络VPD接口板(14)按照6U标准设计，存储4路光纤地震数据(已转换为道序数据且加上了导航数据)，供磁带机记录和图形显示。在网络VPD接口板(14)中，有大容量RAM，用来存储地震数据和存储待显示的数据。
DPM箱体控制器CPU板(13)是Motorola公司的Mcp750。DPM箱体控制器CPU板(13)主要是为了管理整个CPCI机箱，包括对I/O系统板进行配置，热插拔控制等。Mcp750系列CPU板采用PowerPlus结构，优化的低功耗设计，高性能的powerpc750做处理器，功能强大，具有很高可靠性。
参考图2，图4，实时数据采集机DPM(3)的机箱有四块光缆数据FCI接口板(16)，占用四个槽位。每块光缆数据FCI接口板(16)接收一路水下光缆地震数据。光缆数据FCI接口板(16)按照6U标准设计，规格是160mm×233.35mm。
光缆数据FCI接口板(16)通过下行命令接口(18)向水下电缆发送采集命令和配置参数，通过上行数据光纤接口(17)接收上行光纤数据，通过100Mbps ENET(11)以太网向主控工作站(1)传输经过按时间抽取的地震振子显示数据，以及接收主控工作站(1)的控制命令和配置参数，将记录到磁带上的数据剥离其中的状态数据，并将时序数据转换为道序数据，最后加上导航数据，通过CPCI总线(19)将要记录的数据传输到VPD接口板(14)。
辅助道光缆数据FCI板(15)与光缆数据FCI接口板(16)设计功能相同，只是采集辅助道数据。光缆数据FCI接口板(16)和辅助道光缆数据FCI板(15)互换使用。
参考图5、图6，光缆数据FCI接口板(16)通过上行数据光缆接头(17)接收一路光缆数据，包括水下检波器发送的地震道数据和水下电路的状态数据；光缆接头(17)采用HFBR-2119T，它的功能是把光信号转换成电信号，转换成电信号的地震和状态数据被传输到高速串行数据通信接收芯片(20)，芯片采用的是CY7B933，串行数据被转换成并行数据。并行数据传输到硬件逻辑控制单元FPGA(27)，在硬件逻辑控制单元FPGA(27)中状态数据和被抽取的地震数据通过本地PCI总线(25)传输到100Mbps ENET(11)，再经100Mbps ENET(11)传输到主控工作站(1)，本地PCI总线(25)的控制器是AMCC S5933总线控制器(23)，百兆网卡采用intel 82559网卡(24)；在硬件逻辑控制单元FPGA(27)与2X256M SDRAM(30)配合，地震数据由时序结构转换成道序结构，加上导航数据，经本地总线(28)传输到CPCI总线(19)上，再经过CPCI总线(19)传输到VPD板(14)，PCI9656总线加速器(29)作为本地总线(28)和CPCI总线(19)之间的总线连接加速器。
系统命令、配置参数和导航数据通过100Mbps ENET(11)传输到intel82559网卡(24)，经本地PCI总线(25)传输到硬件逻辑控制单元FPGA(27)，在硬件逻辑控制单元FPGA(27)中，系统命令直接被传递到并串转换器(21)，变成串行数据，再经电光转换器(18)，变成光信号，将命令传输到相应的电缆，并串转换器(21)采用CY7B923，电光转换器采用HFBR-1119T；配置参数以及导航数据将和已经编排成道序结构的地震数据一起传输到VPD板(14)。
CPU小系统(22)采用嵌入式系统结构，实现光缆数据FCI接口板(16)的实时控制、与主控工作站(1)的数据通信、控制命令解析、张力检测的中断告警等功能CPU小系统(22)采用MPC8240。CPU小系统(22)可以通过串口(31)或者百兆网口(11)与外界通讯，进行编程调试工作。
参考图7，在数据处理箱体DPM(3)中，网络VPD板(14)通过CPCI总线(19)接收四路光缆数据FCI接口板(16)以及辅助道光缆数据FCI接口板(15)传输的数据；在网络VPD板(14)中，有大容量RAM，用来存储地震数据和存储待显示的数据；VPD板(14)通过1000Mbps以太网(12)向VPR工作站(2)传输地震数据，通过百兆以太网(11)接收主控工作站的控制命令和配置参数。
参考图8、图9，实时数据采集机DPM(3)的机箱有一块网络VPD板，占用一个槽位。VPD板(14)按照6U标准设计，规格是160mm×233.35mm。
网络VPD板(14)通过CPCI总线(19)接收来自光纤数据FCI接口板(16)和辅助道数据FCI接口板(15)传输的数据，通过PCI总线接口模块(37)，实现数据从CPCI总线(19)到网络VPD板(14)的数据传输，在硬件逻辑控制单元FPGA模块(38)和大容量RAM(39)的配合下，数据转换成以每路光纤道序数据结构为基础，四路光纤数据串联的数据结构顺序，硬件逻辑控制单元FPGA模块(38)实现数据从总线接口模块(37)到大容量RAM(39)的写控制、数据从大容量RAM(39)到CPU小系统(34)的读控制、PCI控制核、DRAM控制核、大容量RAM管理，RAM模块实现大量数据缓存。排序后的数据经5933控制器(36)被传输到千兆以太网PMC扣板(32)。千兆以太网PMC扣板(32)实现网络VPD板(14)与质量控制及记录工作站VPR工作站(2)的数据传输。
CPU小系统(34)采用嵌入式系统结构，实现网络VPD板(14)与主控工作站(1)和质量控制及记录工作站VPR工作站(2)的数据通信。CPU小系统(34)采用Motorola8240，嵌入式系统可以通过Intel82559网卡(33)从百兆以太网(11)或者通过串口(35)与外界联系，进行CPU小系统的编程调试。
本实施例系统可完成的技术指标为1、最大接收能力连接4条电缆(可扩展到16缆)每条电缆2000道@1ms(4000道@2ms)2、数字低切滤波频率3，6，9，12Hz斜率18dB/oct3、辅助道32道4、采样率支持0.5ms，1ms2ms，4ms采样5、输出格式SEG-D8048，80586、双记录LTO358权利要求
1.一种海洋地震勘探数据采集记录系统，其特征在于包括主控工作站，用于控制系统执行各种功能命令；绘图仪，用于绘制数据示意图；磁带机，用于记录数据；外挂硬盘，用于记录数据；质量控制及记录工作站，用于控制所述绘图仪、磁带机以及硬盘绘制记录数据；CPCI嵌入式数据采集处理机，通过下行命令接口向水下电缆发送采集命令和配置参数，通过上行数据接口接收上行数据，通过以太网向所述主控工作站传输经过按时间抽取的地震数据，并接收主控工作站的控制命令和配置参数，将地震数据中的状态数据剥离，将时序数据转换为道序数据，加上导航数据，通过以太网将数据传送到所述质量控制及记录工作站。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于还包括定位导航设备，通过以太网向数据采集处理机传输导航数据。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述主控工作站具有双显示器，一个用于实时显示采集数据变化示意图，另一个用于显示人机交互界面。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的嵌入式数据采集处理机采用无源背板CompactPCI总线。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的嵌入式数据采集处理机包括系统管理板，用于管理所述处理机；网络接口板，用于存储地震数据和待显示的数据；数据采集板，具有接收水下电缆通过光纤传送的地震数据的上行数据接口，以及向相应电缆传输命令和配置参数的下行命令接口，所述采集板将接收到的光信号转换为电信号，将其中的状态数据剥离，并将地震时序数据转换为道序数据，加上导航数据，写入所述网络接口板；辅助道数据采集板，用于采集辅助道数据。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述的数据采集板有4块，每块接口板接收一路水下电缆地震数据。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述的网络接口板包括以太网PMC扣板，用于实现所述网络接口板与质量控制及记录工作站的数据传输；网卡，用于嵌入式系统与外界的联系；CPU小系统，采用嵌入式结构，实现网络接口板与主控工作站和质量控制及记录工作站的数据通信；串口控制器，用于控制数据的串行输入输出；
5933控制器，用于将排序后的数据传输到所述以太网扣板；PCI总线接口模块，用于实现数据从CPCI总线到网络接口板的数据传输；大容量RAM，用于存储数据；硬件逻辑控制单元FPGA模块，用于实现数据从总线接口模块到大容量RAM的写控制、数据从大容量RAM到CPU小系统的读控制、PCI控制核、DRAM控制核以及大容量RAM管理。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于所述的数据采集板包括上行数据光缆接头，用于将光信号转换为电信号；电光转换器，用于将电信号转换为光信号；CPCI总线，提供CompactPCI总线；高速串行数据通信接收芯片，用于接收由所述上行数据光缆接头转换成电信号的地震和状态数据，串行数据被转换为并行数据；并串转换器，用于将系统命令转换为串行数据；CPU小系统，采用嵌入式结构，实现光缆数据采集板的实时控制、与主控工作站(1)的数据通信、控制命令解析、张力检测的中断告警；总线控制器，用于本地PCI总线的控制器；网卡，用于系统命令、配置参数以及导航数据的传输；本地PCI总线，用于将系统命令、配置参数以及导航数据传输到硬件逻辑控制单元；硬件逻辑控制单元FPGA，控制系统命令直接传递至所述并串转换器，并经所述光电转换器变为光信号，传输至相应的电缆；本地总线，提供本地总线，地震数据经本地总线传输至CPCI总线，并再传输至网络接口板；总线加速器，作为本地总线和CPCI总线之间的总线连接加速器；SDRAM，用于与所述硬件逻辑控制单元配合，地震数据由时序结构转换成道序结构，加上导航数据，经本地总线传输到CPCI总线；串口，用于所述CPU小系统与外界的通讯。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的质量控制及记录工作站具有PCI总线的千兆以太网插卡以及SCSI插卡，所述工作站通过千兆以太网接收来自所述数据采集处理机的网络接口板的地震数据，并把接收到的数据通过SCSI将地震数据写到磁带机组，同时经过数字滤波、AGC处理后在绘图上绘制现场监视记录，在显示器上显示任意一缆采集到的数据图形。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述的外挂硬盘上存储有单道记录。
全文摘要
本发明公开了一种海洋地震勘探数据采集记录系统，包括主控工作站，用于控制系统执行各种功能命令；绘图仪，用于绘制数据示意图；磁带机，用于记录数据；外挂硬盘，用于记录数据；质量控制及记录工作站，用于控制所述绘图仪、磁带机以及硬盘绘制记录数据；CPCI嵌入式数据采集处理机，通过以太网向所述主控工作站传输经过按时间抽取的地震数据，并接收主控工作站的控制命令和配置参数，将地震数据中的状态数据剥离，将时序数据转换为道序数据，加上导航数据，通过以太网将数据传送到所述质量控制及记录工作站，本发明具有技术先进、道容量大、结构简单合理、成本低等优点，适用于海洋二维、三维及高分辨地震勘探。
文档编号G01V1/24GK1651935SQ20051005560
公开日2005年8月10日 申请日期2005年3月18日 优先权日2005年3月18日
发明者朱耀强, 王砚方, 宋克柱, 赵伟, 陈平, 杨凯, 何汉漪, 王子秋, 董立军, 唐进, 阮福明, 吴义华, 曹平 申请人:中国科学技术大学, 中国海洋石油总公司, 中海油田服务股份有限公司, 中海石油研究中心