专利名称：地震数据记录的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震勘测，尤其是涉及获取地震数据的方法和供这样的方 法-使用的系统。
背景技术：
按照惯例，在陆地地震勘测中，地震传感器的阵列设置成检测从地球 地层反射的声信号。地震传感器可以是模拟地震检波器或数字加速计。来
自这些传感器的信号被输入到现场单元(fieldunit),其中在模拟地震检波 器的情况下，信号转变成高精度数字釆样流，且其中在使用任一类型的传 感器的情况下，数字采样流通过通信网络被实时地传输到中央单元，以被 记录在大容量记录介质上。在此过程中所涉及的通信网络可以是按需要具 有中继器和电池馈电的基于线缆的网络；它可以是利用无线技术来传输数 据的完全无线缆的网络；或该网络可由有线缆的和无线技术的元件组成。
很多缺点被认为与这些传统的系统有关，这导致形成很多陆地地震获 取系统，这些陆地地震获取系统不利用通信网络来将数字釆样流传输到用 于记录的中央单元，而是改为将数据在现场单元本地记录在非易失性存储 器中。在通常的情况下，现场单元在本地记录数据，只要其地震传感器被 要求为有效的勘测区域的部分。现场单元接着被运输到中央单元，用于连 接到转录(transcription)单元并随后将数据从现场单元上载到中央单元。
对本技术提出的主要优点是
i. 人力要求的减少，因为不需要部署通信基础设施。
ii. 增加的生产率，因为数据获取不因通信网络中的故障而被延迟。然而，这些优点净皮很多缺点减弱了，本发明试图全部或部分地处理这
些缺点。这些缺点是
i. 在现场单元内的非易失性存储器必须大到足以记录现场单元在 勘测中有效时所获取的全部地震数据，这在正常勘测中可能长达 14天，但在异常情况下可能长得多并且可能是不确定的。
ii. 通常的情况是，现场单元必须运输到数据转录系统，该数据转录 系统用于将所有获取的地震数据传输到中央数据记录器。
iii. 在勘测期间获取的地震数据不可用于检查，直到所有的现场单元 都如上面在ii中所述的被转录为止，这在勘测开始之后可能多达 14天，导致在有机会检测到质量差的数据之前可能获取了这种数 据的实质风险。
iv. 存在现场单元在勘测期间可能发生故障、被盗或放错地方而导致 丧失通过现场单元获取的所有数据的风险。
v. 需要相当多的现场工作人员努力来将现场单元以及时的方式运 输到转录系统，这对勘测的生产率产生影响。
vi. 无法预料的情况例如不利的天气状况可能使现场单元到转录系 统的运输延迟，造成数据处理的进一步的延迟。
发明内容
本发明在一方面提供了从在勘测区域中设置的多个远程获取单元上 载地震数据的方法，每个远程获取单元存储来自 一个或更多地震^r波器的 地震数据，本方法包括使采集单元横穿过勘测区域，采集单元包括或附 带有点对多点收发器；以及当采集单元在有效范围内经过时从每个远程获 取单元上载地震数据，地震数据在必要的情况下同时从多于一个远程获取 单元传递到采集单元。
优选地，每个远程获取单元所储存和传输的地震数据包括与相关的地 震事件有关的时间戳信息。时间戳信息可适当地在远程获取单元处从独立的远程源例如GPS或陆地无线电时间信号得到。
采集单元可在交通工具例如飞机、船、地效(ground-effect)交通工具、 或全地形轮式或履带式交通工具中横穿勘测区域。
地震数据在被远程获取单元传输之前优选地通过无损压缩算法压缩。
优选地，每个远程获取单元被编程为周期性地搜索接入点的存在，远 程获取单元在没有接入点时回复到节能状态。
从另一方面，本发明提供了一种进行地震勘测的方法，包括在勘测区 域中设置远程获取单元的阵列，将一个或更多地震传感器连接到每个获取 单元，执行一个或更多地震事件并将来自地震传感器的作为结果的地震数 据存储在远程获取单元中，以及通过前述方法上载所储存的数据。
优选地，在获取数据之前，每个远程获取单元配置有定义工作时间以 及可选地定义采样间隔、放大器增益和滤波器特性中的一个或更多的参数。
每个远程获取单元可布置成仅给采集单元传输关于正如在从采集单 元到远程获取单元的信号中所定义的起始时间和采样数量的数据。
可选地，在采集单元通过勘测区域期间，采集单元从每个远程获取单 元提取和传输有限的数据集(例如电池状态、传感器状态和位置)供中央 控制单元4妻收。
地震勘测方法优选地包括进一步的步骤将地震数据^^人采集单元上载 到中央单元，例如通过将采集单元运输到中央单元并经由线缆连接下载， 或通过无线数据连接从交通工具远程地下载到中央单元。
本发明的进一步的方面提供了地震数据获取系统，包括 多个远程获^L单元，其以阵列部署在勘测区域中；
每个远程获取单元与一个或更多地震检波器通信并包括用于以数字 形式存储来自所述地震检波器的地震信息的存储装置，且每个远程获取单 元包括适合于在点对多点无线系统中工作的收发器；
由此当采集单元横穿过勘测区域时，所储存的地震数据可从多个远程
7获取单元传输到采集单元的点对多点收发器。
在每个远程获取单元中的存储装置最适当地是非易失性存储器。
优选地，每个远程获取单元适合于使时间戳与给定的地震数据集关 联，时间戳来自于从中央单元无线接收的计时信号，或起源于GPS计时信息。
系统一般包括具有相关的点对多点收发器的、便携式形式的采集单 元，该采集单元能够横穿勘测区域。
采集单元可安装在交通工具中，例如直升飞机、有人操纵的或遥控
(UAV)的轻型飞机，包括微型飞机(microlight)和其它"实验性"飞行器； 遥控或有人驾驶的不带缆的软式飞艇(un-tethered blimp);船，包括一般 用在湿地和沼泽地中的类型的汽船；气垫船；或机动交通工具，包括敞蓬 小型载货卡车、全地形交通工具和四轮机车(quads);或可安装在步行者 使用的背包。
本发明在另一方面提供了用在上面的方法或系统中的采集单元，该釆 集单元包括可操作地与电源耦合的机身加固式现场便携式计算机、大容量 储存的存储器以及点对多点通信接入点和天线，所有这些前述部件形成适 合于横穿过地震勘测地形的可运输的封装。
现将参考附图仅通过举例的方式来描述本发明的实施方式，其中
图1是示出本发明的一个实施方式的示意性概略图2较详细地示出图1的一部分；
图3是用在图1的系统中的采集单元28的方框图4是示出实施方式的工作方法的流程图；以及
图5示出改进的实施方式。
具体实施例方式
参考图1，在实施地震勘测中，现场单元或远程获取单元(在下文中
称为RAU) 10的阵列布置在所关心的地域内。如在图2中看到的，每个 RAU10连接到一个或更多地震检波器12。
同样参考图2,每个RAU包括模拟到数字转换器14 (在模拟的地震 检波器的情况下)和存储器16。 AD转换器14对传感器信号执行高精度的 24位模拟到数字转换。存储器16是适当的非易失性存储器，例如硬盘驱 动器或闪存。RAU10还包括时间基准装置18,以优选形式的时间基准装 置18是能够从GPS传输得到精确的时间基准的GPS接收器；然而，原则 上可使用其它时间基准源，例如精确的内部时钟或用于地球时间无线电信 号(terrestrial time radio signal)的接收器。RAU10本身由内部源例如电池 20供电，并且还包括适合于在点对多点系统中工作的收发器22。无线收 发器22优选地符合正EE802.11系列的无线标准，特别是在2.4GHz或 5.8GHz频带中工作的IEEE802.11b、正EE802.11g、 IEEE802.11a和 IEEE802.11n标准；然而，还可使用其它收发器，例如在900MHz、 2.4GHz、 5.8GHz、 60GHz、 150MHz-174MHz、 400MHz-470MHz频带或其它频带中 工作的超宽带设备、蓝牙设备、VHF设备、UHF设备，而不管其是否符 合例如IEEE802.15等标准还是可使用私有协议。
回到图1， RAU10自主地(autonomously)工作以获取并存储地震信 息，这些地震信息随后由在例如飞机24中的横穿过地震检波器地域的采 集单元28捕获，这样，取回的所有数据随后从采集单元28传输到中央单 元26。下面更详细地描述此过程。
中央单元26执行两种功能。首先，它用于配置RAUIO,如下所讨论 的。其次，中央单元26上载地震数据，处理它并将它与来自其源控制数 据库的任何必要数据合并，以及产生以SEG (勘探地球地理学家协会)兼 容格式的地震跟踪数据。
图3示出采集单元28，其包括下列部件
■便携式、现场加固的、电池供电的计算机30，其装有必要的软件。■高性能大容量数据存储设备32，其合并在计算机30中或从外部连 接到计算机30。
■无线接入点34，其连接到计算机并与合并到RAU中的无线收发器 22兼容。无线接入点34应优选地使用下列方法之一与计算机30通 信有线以太网；USB;无线，其中计算机具有安装在内部的兼容 的无线收发器。
■天线36。
■可选地，给这些部件供电的电池组38。在一些情况下，可改用交通 工具电源系统来供电。
■安装套件(未示出)，其将上面的部件安装到用于运输采集单元28 的交通工具。
记录的过程受配置程序(configuration procedure)的影响，配置程序 可发生在RAU10被部署之前或在部署之后。RAU10借助于线缆或通过无 线链接连接到一计算机，从该计算机配置RAU的工作参数。这些参数是 采样间隔和工作时间，以及可选的放大器增益(仅^^莫拟)和滤波器特性(即， 在地震信号被记录之前应用于地震信号的滤波的特性)。工作时间参数确 定一天中RAU10获取并记录来自其传感器12的数据的时间；在其它时间 RAU10进入功耗被减小到绝对最小值的模式。其它参数涉及从传感器获取 地震数据的方式。
当RAU10获取并记录数据时，它们周期性地开启内部无线模块22并 搜索正传输正确的服务集(service set)标识符的无线接入点。如果没有检 测到这样的传输接入点，则无线模块22在某个时间段内被关闭，其后将 发生重新开始的搜索。无线模块22被关闭的时间的长度被最优化，以便 减少RAU10的总功耗，同时维持在存在有效接入点时的可接受的响应时 间。
因此可看到，RAU10在所配置的工作时间期间获取地震数据，并将该 数据连同从计时装置18得到的相关时间戳信息一起存储在非易失性存储 器16中。这自主地发生，而没有与中央单元26的任何通信。随后，每当采集单元20的接入点被RAU10识别时，所储存的数据就由采集单元28 收集。
上面的程序允许现场工作人员能够通过下面描述的方法从RAU10取 回所记录的地震数据。
地震现场工作人员配备有图3的采集单元28。无线接入点34充当与 RAU10中的收发器22兼容的点对多点无线接入点，并传输RAU10将识别 为有效的服务集标识符。
现场工作人员将采集单元28连接到中央单元26，从中央单元26进行 全部地震操作，包括控制地震源。中央单元26将一列表传输到计算机30, 其包含待记录的所关心的每个地震记录的精确的起始时间和采样数量。该 精确的起始时间在下文中被称为时间间断(timebreak )。
现场工作人员接着使用采集单元28进行整个勘测，采集单元28当出 现在RAUIO的无线范围内时建立与RAU10的通信。当通信链接被建立时， 采集单元28将每个记录所需的时间间断和采样的数量传输到RAUIO， RAU10接着将所需的被记录数据传输到釆集单元28。
在图4中示出了本实施方式的方法。
在采集单元28中的点对多点无线接入点34可同时与多个RAU10通 信，这受无线传输范围、植被和拓朴的限制；然而，这也受采集软件的限 制，其设置了 RAU连接数量的最大限值，以最优化无线数据吞吐量(data throughput )。
数据吞吐量可进一步通过使用无损压缩算法来减少所传输的数据的 实际数量而得到最优化。无损数据压缩的各种形式是公知的，并可在这里 使用。然而，在W003079039 (A2)中描述了 一种特别适当的压缩形式。
在采集单元28中，从RAUIO中取回的数据储存在本地大容量存储器 32例如硬盘驱动器中。在采集单元28贯穿了勘测区域之后，所采集的数 据通过任何适当的方法传输到中央单元26，例如通过将采集单元28运输 到中央单元26并经由线缆连接下载，或通过使用无线数据连接从交通工 具远程地下载到中央单元26。在图5所示的改进的实施方式中，采集单元28额外地设置有无线电 链接，例如VHF或UHF收发器40,其能够以相对低的速率实现与中央控 制单元26的通信(如图1中的虚线所指示的)。当采集单元28横穿过勘 测地形时，地震数据与以前一样被釆集和储存。然而此外，釆集单元28 从RAU得到可被称为质量控制(QC)数据的信息，并将该信息实时地传 输到中央控制单元26。
QC信息一般为电池功率电平和RAU的状态，可选地加上单独的RAU 的从GPS得到的位置。这一般总计为几千比特的信息，其可通过简单的 VHF链接来实时地传输。RAU的状态一般为简单的^/否指示地震传感 器正在工作，例如正确数量的地震检波器被连接，或数字传感器通过了内 置的测试序列。
该改进的实施方式允许中央控制单元非常快具有关于每个RAU的一 些基本信息，特別是它是运转的并且正在获取地震数据的事实。如果非运 转的或有缺陷的RAU的比例超过预定阈值，则地震勘测的相关部分可被 忽略或放弃，而不传输和分析大量的数据。
采集单元28可通过很多不同的装置在整个勘测中被运输，下面给出 这些装置的例子。
1. 直升飞机
2. 有人操纵的或遥控(UAV)的轻型飞机，包括微型飞机和其 它"实验性"飞行器
3. 遥控或有人驾驶的不带缆的软式飞艇
4. 船，包括一般用在湿地和沼泽地中的类型的汽船
5. 气垫船
6. 机动交通工具，包括敞蓬小型载货卡车、全地形交通工具和 四轮机车(quadbike);
7. 步行者使用的背包。
应注意，在本发明中，RAU工作在"自主"模式中，并依赖于对前置
12放大器增益、采样间隔和其它相关设置的预先配置的参数来执行数据捕 获、存储和转发的功能，而没有与中央控制单元的任何交互作用。在该模 式中，计时同步由GPS接收器或无线电计时信号提供，因此也没有与中央 控制单元的任何交互作用。
适合于用在本发明中的点对多点收发器本质上是已知的。在RAU和 采集单元28之间通常所需的数据传输率为11Mbit/sec,且用于本申请的适 当的点对多点收发器的例子是Shropshire, Market Drayton的Abicon国际 7>司的Abicom Freedom CPE。
本发明因此提供了 一种方法和系统，其最小化在开展勘测中所涉及的 人工，使地震数据的取回更方便，并由于采集的容易之缘故，可使用RAU 中相对有限的存储器容量操作。
权利要求
1. 一种方法，其从在勘测区域中设置的多个远程获取单元上载地震数据，每个远程获取单元存储来自一个或更多地震检波器的地震数据，所述方法包括使采集单元横穿过所述勘测区域，所述采集单元包括或附带有点对多点收发器；以及当所述采集单元在有效范围内经过时，从所述远程获取单元中的每一个远程获取单元上载所述地震数据，地震数据在必要的情况下同时从多于一个的远程获取单元传递到所述采集单元。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述远程获取单元中的每一个远程获取单元所储存和传输的所述地震数据包括与相关的地震事件有关的时间戮信息。
3. 如权利要求2所述的方法，其中所述时间戳信息在所述远程获取单元从独立的远程源得到，所述独立的远程源包括GPS或陆地无线电时间信号。
4. 如任何前迷权利要求所述的方法，其中所述采集单元在的交通工具中横穿所述勘测区域，所述交通工具包括飞行器、船、地效交通工具、或全地形轮式或履带式交通工具勘测。
5. 如任何前述权利要求所述的方法，其中地震数据在被所述远程获取单元传输之前通过无损压缩算法而净皮压缩。
6. 如任何前述权利要求所述的方法，其中所述远程获取单元中的每一个远程获取单元被编程为周期性地搜索接入点的存在，所述远程获取单元在没有接入点时回复到节能状态。
7. —种进行地震勘测的方法，包括在勘测区域中设置远程获取单元的阵列，将一个或更多地震传感器连接到所述获取单元中的每一个获取单元，执行一个或更多地震事件并将来自所述地震传感器的作为结果的地震数据存储在所述远程获取单元中，以及通过权利要求1到6中的任一项所述的方法上载所储存的数据。
8. 如权利要求7所述的方法，其中在获取数据之前，所述远程获取单元中的每一个远程获取单元配置有参数，所述参数定义工作时间以及可选地定义采样间隔、放大器增益和滤波器特性中的一个或更多。
9. 如权利要求8所述的方法，其中每个远程获取单元仅给采集单元传输关于正如在从所述采集单元到所述远程获取单元的信号中所定义的起始时间和采样数量的数据。
10. 如权利要求7到9中任一项所述的方法，其中在所述采集单元通过勘测区域期间，所述采集单元从每个远程获取单元提取和传输有限的数据集供中央控制单元接收，所迷数据集包括电池状态、传感器状态和位置。
11. 如权利要求7到10中任一项所述的方法，包括进一步的步骤通过将所述采集单元运输到中央单元并经由线缆连接下载，将地震数据从所述采集单元上载到所述中央单元；或通过无线数据连接从交通工具远程地下载到所述中央单元，将地震数据从所述采集单元上载到所述中央单元。
12. —种地震数据获取系统，包括多个远程获取单元，其以阵列部署在勘测区域中；所述远程获取单元中的每一个远程获取单元与一个或更多地震检波器通信并包括用于以数字形式存储来自所述地震检波器的地震信息的存储装置，且所述远程获取单元中的每一个远程获取单元包括适合于在点对多点无线系统中工作的收发器；由此当采集单元横穿过所述勘测区域时，所储存的地震数据可从所述多个远程获取单元传输到所述采集单元的点对多点收发器。
13. 如权利要求12所述的系统，其中在所述远程获取单元的每一个远程获取单元中的所述存储装置是非易失性存储器。
14. 如权利要求12或权利要求13所述的系统，其中所述远程获取单元中的每一个远程获取单元适合于使时间戳与给定的地震数据集关联，所迷时间戳得自于从中央单元无线接收的计时信号，或得自于GPS计时信息。
15. 如权利要求12到14中任一项所述的系统，包括具有相关的点对多点收发器的、便携式形式的采集单元，所述采集单元能够横穿所述勘测区域。
16. 如权利要求15所述的系统，其中所述采集单元进一步包括无线电发射机，所述无线电发射机适合于在所述采集单元通过所述勘测区域期间将来自每个远程获取单元的有限的数据集传输到中央控制单元，所述数据集包括电池状态、传感器状态和位置。
17. 如权利要求15或权利要求16所述的系统，其中所述采集单元安装在交通工具中或安装在步行者使用的背包中，所述交通工具包括直升飞机、包括微型飞机和其它"实验性"飞行器的有人操纵的或遥控(UAV)的轻型飞机、遥控或有人驾驶的不带缆的软式飞艇、包括一般用在湿地和沼泽地中的类型的汽船的船、气垫船、或包括敞蓬小型载货卡车、全地形交通工具和四4仑机车的机动交通工具。
18. —种采集单元，其用在权利要求1的方法或权利要求15的系统中，所述采集单元包括可操作地与电源耦合的机身加固式现场便携式计算机、大容量储存的存储器以及点对多点通信接入点和天线，所有这些前述部件形成适合于横穿过地震勘测地形的可运输的封装。
全文摘要
一种地震数据记录方法。地震勘测通过设置远程获取单元(RAU)(10)的阵列来进行。每个RAU(10)将从一个或更多地震检波器得到的地震数据以数字形式记录在本地存储器中。该数据由正如通过飞机(24)横穿过勘测区域的采集单元使用点对多点通信收集，并随后从采集单元传输到中央控制单元(26)。
文档编号G01V1/22GK101470210SQ20081018926
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月28日
发明者乔纳森·亚历山大, 史蒂文·威廉·威尔科克斯, 约翰·克里斯多佛·维兰 申请人:振动科技有限公司