专利名称：基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法
技术领域：
本发明涉及一种地球物理勘探中的无缆地震仪，尤其是涉及配合可控震源，基于 GPS和同步触发信号快速定位无缆地震仪中有效地震数据的方法。
背景技术：
常用于地球物理勘探的数字地震仪主要有两类有缆遥测地震仪和无缆存储式地震仪。有缆遥测地震仪在野外实际应用中占主导地位，其主要特征是完全由有线系统发送指令和传输数据，国际上各大知名地震仪生产和研发企业都推出了较有代表性的产品。近年来，随着地震勘探从传统的二维、小范围的方式向三维、高分辨率、大尺度的方向发展，对地震勘探的精度要求越来越高，地震勘探仪器的采集道数也越来越多，对于万道以上的有缆地震采集仪器，其电缆的管理和维护都将是非常困难的，并且需要花费大量的成本，所以目前很多专家预测无缆存储式地震仪将是下一步地震勘探仪器的发展方向。无缆地震仪是一种特殊类型的地震仪，其特征是轻便，没有大线；每个采集站根据任务设置，持续接收地震数据并自动存储；数据回收时，通过专门的数据回收系统将所有的地震数据从采集站中取出。基于无缆地震仪的地震勘探系统通常包括四大部分，即震源部分、采集部分、数据回收部分、中央控制主机。其中数据回收部分是无缆地震仪的核心技术之一，其性能指标决定着整个系统的实际应用能力。无缆地震仪由于采集时间长，采样率高，所以存储的原始地震数据量一般会比较大，并且当采用成百甚至上千台无缆地震仪同时进行长时间探测时，数据量会达到非常高的级别。以业采样率为例，每台无缆地震仪可以带4道，采集1000道需要250台无缆地震仪，250台无缆地震仪同时工作M小时，总数据量将超过640GB，若采用百兆的网络设备进行数据回收，即便传输速率始终保持在峰值(IOOmbps)，则至少也需要超过14个小时全部回收完毕。这显然无法满足实际应用的需求，并且回收的数据中，只有不到10%的有效数据，而其他大部分都是无效的冗余数据。因此，比较有效的方式，就是采用适当的策略，快速、精确地定位触发时标，确定有效数据起始时刻和持续时长，只回收有效的地震数据，这样在提高了数据回收效率的同时，也有效地节约了地震仪和控制主机中的存储空间。地震数据统一回收和处理的前提是必须保证严格的时钟同步，GPS时钟同步的方式可以精确地为所有无缆地震仪同步时钟，但是，由于依赖 GPS秒脉冲信号的同步校准，所以在现有条件下，我们能够获取的时刻信息往往只能精确到秒时刻，其它的触发时刻则难以控制。如何将地震数据触发时标精确到符合需求的时间量级、如何传输和存储时标信息和振动持续时长、如何排除空炮和废炮等都是需要解决的问题。因此，针对上述需求，需对可控震源部分进行有效改进，增加震源控制箱和电台，采用一套完善的触发时标获取和传输的策略进行系统管理，以保证后期有效的数据回收。
发明内容
本发明的目的就是针对上述无缆地震数据冗余量过大、严重影响数据传输及处理效率的问题，提供一种将GPS和同步触发信号应用于基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，可控震源是由控制箱的扫描信号控制器分别连接触发时标记录器和功率放大器，触发时标记录器与电台连接，功率放大器与激振体连接构成。触发时标记录器是由时长信号经扫描时长存储器连接数据发送单元，高精度晶体振荡器经微秒计数单元和微秒存储器连接数据发送单元，GPS单元经整秒存储器连接数据发送单元，GPS单元连接微秒计数单元，触发信号连接微秒计数单元、GPS单元和数据发送单元构成。基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，包括触发过程、接收过程和数据回收过程三过程A、触发过程先将可控震源移动至炮点，初始化一参数设置一记录扫描时长一触发一获取触发时标一发送；B、接收过程开始一接收一记录电子班报一排除空炮废炮一结束；C、数据回收过程开始一连接无缆地震仪至回收箱一导入电子班报一定位至有效数据起始点一回收。有益效果，根据GPS信息和同步触发信号，快速定位触发时标，回收时精确定位有效地震数据起始采样点，截取有效时长，从而节省大量的数据传输时间和数据存储空间，并且自动化的处理方式也可节约大量的人力和物力。
图1为可控震源结构图。图2为触发时标记录器结构图。图3为触发过程流程图。图4为接收过程流程图。图5为数据回收过程流程图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步的详细说明基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，可控震源是由控制箱的扫描信号控制器分别连接触发时标记录器和功率放大器，触发时标记录器与电台连接，功率放大器与激振体连接构成。触发时标记录器是由时长信号经扫描时长存储器连接数据发送单元，高精度晶体振荡器经微秒计数单元和微秒存储器连接数据发送单元，GPS单元经整秒存储器连接数据发送单元，GPS单元连接微秒计数单元，触发信号连接微秒计数单元、GPS单元和数据发送单元构成。基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，包括触发过程、接收过程和数据回收过程三过程A、触发过程先将可控震源移动至炮点，
初始化一参数设置一记录扫描时长一触发一获取触发时标一发送；B、接收过程开始一接收一记录电子班报一排除空炮废炮一结束；C、数据回收过程开始一连接无缆地震仪至回收箱一导入电子班报一定位至有效数据起始点一回收。基于GPS和同步触发信号的触发时标快速定位方法，核心为震源部分，其结构描述如下a、震源部分由震源、控制箱和电台三部分组成。震源主要包括激振体、配重和基板。控制箱用于控制震源振动和发送时标信息，主要包括扫描信号控制器、功率放大器和触发时标记录器，其中，功率放大器通过电缆连接震源的激振体；触发时标记录器连接电台， 传送触发时标和扫描时长至主机端。b、控制箱是震源部分的控制中枢，负责处理触发时标的采集和转发。触发时标记录器是控制箱中的核心组件，其中包括高精度晶体振荡器、微秒计数单元、GPS单元、扫描时长存储器、微秒存储器、整秒存储器和数据发送单元。高精度晶体振荡器为微秒计数单元提供高精度时钟信号；GPS单元负责同步GPS时钟，并发送整秒脉冲至微秒计数单元；微秒计数单元根据高精度时钟信号和整秒脉冲信号产生高精度的微秒数据；存储器负责保存扫描时长信息及触发时刻的整秒数据和微秒数据。数据发送单元负责控制电台，传输汇总的数据信息至主机端。基于GPS和同步触发信号的无缆地震仪触发时标快速定位方法，包括触发过程、 接收过程和数据回收过程三个主要的实施过程一、触发过程由以下步骤组成1.初始化系统上电时，触发时标记录器的GPS单元开始对钟，同时高精度晶体振荡器向微秒计数单元发送高精度时钟信号，控制微秒计数单元精确计数。GPS单元对钟成功后，按整秒时间向微秒计数单元发送秒脉冲，微秒计数单元接收到秒脉冲后，清零计数结果，并重新开始计数。2.参数设置依据振动需要，在扫描信号控制器中设置的参数主要包括用于控制震源的扫描时长、频率、波形、扫描类型等。3.参数设置保存后，扫描信号控制器将发送扫描时长信息至触发时标记录器，记录在其扫描时长存储器中。触发时标记记录器处于等待触发状态。4.触发扫描信号控制器同时发送触发信号至功率放大器和触发时标记录器。触发信号经功率放大器放大后，传送至震源的激振体，然后扫描信号控制器经功率放大器向激振体持续发送扫描信号直至扫描结束。触发时标控制器接收到触发信号后，将GPS单元输出的整秒数据存入整秒存储器，同时将微秒计数单元的微秒计数数值存入微秒存储器。5.获取触发时标数据发送单元从整秒存储器和微秒存储器中分别取出整秒数据和微秒数据，将整秒数据乘以IO6再与微秒数据求和，获得精确的微秒触发时标。6.发送数据发送单元从扫描时长存储器中取出扫描时长数据，连同触发时标一起，通过电台，传送至主机端。二、接收过程由以下步骤组成1.主机端通过电台接收到震源部分传送的信息，将其解析为扫描时长和触发时刻数据，然后依据触发顺序、炮点位置、测线等信息存储入野外实验电子班报中。
2.排除空炮废炮实验过程中，人工记录的野外实验班报是重要的电子班报的补充手段，主要记录实验的条件、设备及异常情况等信息。实验结束时，根据人工记录的野外施工班报，结合实际的施工情况，重新审核电子班报，协助排除其中的空炮和废炮。此外，后期数据处理时，也可根据参考信号，采用长短视窗平均振幅比算法(STA/LTA)或小波分析， 确定触发及振动终止时刻，更为精细地排除空炮或废炮。三、数据回收过程由以下步骤组成1.数据回收时，所有无缆地震仪通过回收箱与主机连接，主机通过FTP协议同时向无缆地震仪发起文件下载连接。2.导入电子班报，判断其中是否存在触发时标，按顺序依据触发时标，快速定位至精确的有效数据起始位置，再根据扫描时长，截取并下载相应的数据，实现有效数据的回收。附图1为震源部分的结构示意图。震源部分主要由震源、控制箱和电台三部分组成。震源主要包括激振体、配重和基板。控制箱主要包括扫描信号控制器、功率放大器和触发时标记录器。电台由控制箱中的触发时标记录器控制，负责向主机端发送时标信息。各部分之间的电缆连接如附图1所示。野外实验时，首先需要选定好炮点位置，在炮点摆放震源。准备就绪后，为震源部分上电，各部件各自独立地进行初始化操作。触发时标记录器中，GPS单元开始进行对钟操作，同时高精度晶体振荡器向微秒计数单元发送高精度时钟信号，控制微秒计数单元精确计数。GPS单元完成对钟后，按整秒时间向微秒计数单元发送秒脉冲，微秒计数单元接收到秒脉冲后，清零计数结果，并重新依据高精度晶体振荡器的时钟信号开始计数。初始状态下，扫描信号控制器处于等待设置状态，需人工输入与震源控制相关的扫描时长、频率、波形、扫描类型等参数。参数设置完成后，扫描信号控制器将扫描时长信息发送至触发时标记录器，存储在其扫描时长存储器中。此时，控制箱中的所有部件均处于等待触发的状态。触发过程由人工方式发起，控制扫描信号控制器发送触发信号。触发信号被同时发送至功率放大器和触发时标记录器。功率放大器放大触发信号，再通过电缆传送至震源的激振体，然后扫描信号控制器持续发送扫描信号，经功率放大器送至激振体，直至扫描结束，完成整个震源振动过程。触发时标控制器接收到触发信号后，将该时刻GPS单元输出的整秒数据存入整秒存储器，同时将微秒计数单元的微秒计数数值存入微秒存储器，并通知数据发送单元数据准备就绪。数据发送单元从三个存储器中分别取出扫描时长数据、微秒数据和整秒数据，根据整秒数据和微秒计数数据，计算出精确的触发时刻，再与扫描时长一起进行编码，通过电台，传送至主机端。主机端接收到电台传送过来的震源部分的信息，进行解码操作，将其解析为扫描时长和触发时刻数据，依次、按类别存储入野外实验电子班报中。完成一次完整的触发、传送和接收过程。实际野外实验中会多次放炮，依此流程，形成本次野外实验完整的电子班报。实验过程中，人工记录的野外实验班报也是必不可少的，作为电子班报的主要补充手段，重点关注实验过程中的天气情况、地形条件、设备情况、异常故障、突发事件、应急处理等信息，为后期数据处理提供重要的依据。实验结束时，根据人工记录的野外施工班报，结合实际的施工情况，重新审核电子班报，排除其中的空炮和废炮。数据回收时，依据通过审核的电子班报，将所有参与实验的无缆地震仪连接至回收箱，由主机控制，向各无缆地震仪发起FTP连接，确定无缆地震仪中的数据存储信息，依据电子班报中的触发时标，快速、精确地定位至有效地震数据的起始采样点位置，再根据扫描时长，截取并下载相应的数据，实现整个有效数据回收过程。
权利要求
1.一种基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，包括电台、控制箱、和震源构成，其特征在于，可控震源是由控制箱的扫描信号控制器分别连接触发时标记录器和功率放大器，触发时标记录器与电台连接，功率放大器与激振体连接构成。
2.按照权利要求1所述的基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，其特征在于，触发时标记录器是由时长信号经扫描时长存储器连接数据发送单元，高精度晶体振荡器经微秒计数单元和微秒存储器连接数据发送单元，GPS单元经整秒存储器连接数据发送单元，GPS单元连接微秒计数单元，触发信号连接微秒计数单元、GPS单元和数据发送单元构成。
3.按照权利要求1所述的基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法，其特征在于，包括触发过程、接收过程和数据回收过程A、触发过程先将可控震源移动至炮点，初始化一参数设置一记录扫描时长一触发一获取触发时标一发送；B、接收过程开始一接收一记录电子班报一排除空炮废炮一结束；C、数据回收过程开始一连接无缆地震仪至回收箱一导入电子班报一定位至有效数据起始点一回收。
全文摘要
本发明涉及一种基于可控震源的无缆地震仪触发时标快速定位方法。可控震源是由控制箱的扫描信号控制器分别连接触发时标记录器和功率放大器，触发时标记录器与电台连接，功率放大器与激振体连接构成。主机通过电台接收可控震源信息，并将解析出的触发时标和扫描时长存储入电子班报中，数据回收时，依据电子班报中的触发时标，快速定位至地震数据有效数据的起始采样点，再根据扫描时长截取并回收有效数据。快速定位方法包括触发、接收和数据回收三过程。根据GPS信息和同步触发信号，计算触发时标，回收时快速精确定位有效地震数据起始采样点，截取有效时长，从而节省大量的数据传输时间和数据存储空间，并且自动化的处理方式节约了大量人力和物力。
文档编号G01V1/24GK102156295SQ20111007817
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者张怀柱, 张林行, 杨泓渊, 林君, 郑凡, 陈祖斌 申请人:吉林大学