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CN109856671A - 一种基于无线通讯的地震探测方法及系统 - Google Patents

一种基于无线通讯的地震探测方法及系统 Download PDF

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CN109856671A
CN109856671A CN201910169058.1A CN201910169058A CN109856671A CN 109856671 A CN109856671 A CN 109856671A CN 201910169058 A CN201910169058 A CN 201910169058A CN 109856671 A CN109856671 A CN 109856671A
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seismic
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adjusted
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俞小露
杨阳
胡鑫
陈静
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HEFEI GUOWEI ELECTRONICS CO Ltd
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Abstract

本发明公开了一种基于无线通讯的地震探测方法及系统，属于地球物理勘探技术领域，其通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据，对接收到的地震波数据进行处理，以对地震波数据质量进行评价；根据地震波数据质量评价结果，对初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数；将调整后的采样参数下发至台阵采集站以使台阵采集站按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。本发明利用上位机对地震仪无线传输的地震波数据进行处理，对初始采样参数进行自主调整，直至使得地震仪采集到的地震波数据质量最优。

Description

一种基于无线通讯的地震探测方法及系统
技术领域
本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别涉及一种基于无线通讯的地震探测方法及系统。
背景技术
天然源地震探测是指将节点式地震仪按照一定的拓扑结构排列，采集天然震源引起的地震波数据，并根据记录的地震波数据及拓扑结构，按照一定的算法进行计算，反演地质结构的一种方法。
现有的天然源地震仪绝大部分是盲采，即在进行微动作业时地震仪先把采集到的地震波数据存储在本地，等作业完成后统一数据回收，导致无法实时确认采集数据是否成功以及数据质量，增加作业的不确定性。
极少数的天然源地震仪支持3G或者wifi无线传输数据，但仅可无线回收数据，无法实时给出数据处理结果，导致无法实时获得现场作业效果。更无法根据地震波数据质量进行采样参数的自主调整，需要施工人员根据经验设置，降低作业质量。
发明内容
本发明的目的在于解决上述背景技术部分存在的问题，以实现对采样参数的实时调整。
为实现以上目的，本发明采用一种基于无线通讯的地震探测方法，包括：
通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据，其中，台阵采集站按照初始采样参数对地震波数据进行采集；
对接收到的地震波数据进行处理，以对地震波数据质量进行评价；
根据地震波数据质量评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数；
将调整后的采样参数下发至所述台阵采集站以使台阵采集站按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。
本发明进一步改进在于：所述初始采样参数包括采样率、采样增益、滤波参数和台阵采集站位置，所述根据地震波数据质量评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数，包括：
根据信号幅度与满量程的比值，对采样增益进行调整；
根据频谱混叠情况对采样率进行调整；
根据实时频散曲线能量集中效果，对台阵采集站位置进行调整；
根据干扰情况对滤波参数进行调整。
本发明进一步改进在于：在所述通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据之后，还包括：
采用算法对所述地震波数据进行处理，得到面波频散曲线并进行显示，该算法包括FK算法或SPAC算法；
根据所述台阵采集站的拓扑结构和面波频散曲线，将当前算法自动改变为FK算法或SPAC算法。
本发明进一步改进在于：根据所述接收到的地震波数据绘制成地震波形，并进行显示。
另一方面提供一种基于无线通讯的地震波探测系统，包括上位机和台阵采集站，台阵采集站由n个地震仪按照设定的拓扑结构布置形成，所述地震仪与上位机为无线连接，上位机包括第一无线通信模块、数据质量评价模块以及采样参数调整模块；
第一无线通信模块用于接收所述地震仪按照初始采样参数采集的地震波数据，并将地震波数据发送至数据质量评价模块；
数据质量评价模块用于对接收到的地震波数据进行处理，得到地震波数据质量评价结果；
采样参数调整模块用于根据数据质量评价模块的评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数并将调整后的采样参数下发至所述地震仪以使地震仪按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。
作为本发明进一步改进点：所述上位机还包括与所述第一无线通信模块连接的数据处理模块，数据处理模块包括提取单元和算法更换单元；
提取单元用于采用算法对所述地震波数据进行处理，提取面波频散曲线，该算法包括FK算法或SPAC算法；
算法更换单元用于根据所述台阵采集站的拓扑结构和面波频散曲线，将当前算法自动改变为FK算法或SPAC算法。
作为本发明进一步改进点：所述上位机还包括绘制模块和显示模块，绘制模块的输入连接所述第一无线通信模块的输出，绘制模块的输出以及处理单元的输出均与显示模块输入连接；
绘制模块用于根据预先设置的刷新频率将所述第一无线通信模块发送的地震波数据实时绘制成地震波形；
显示模块用于将绘制模块所绘制的地震波形以及所述处理单元所提取的面波频散曲线进行显示。
作为本发明进一步改进点：所述地震仪包括第二无线通信模块、数据采集模块、数据整理模块以及采样参数配置模块；
数据采集模块用于根据采样参数配置模块配置的采样参数对地震波数据进行采集；
数据整理模块用于对数据采集模块采集的地震波数据进行打包整理，并将数据包发送至第二无线通信模块；
第二无线通信模块用于将数据包通过无线通讯发送至所述上位机。
作为本发明进一步改进点：所述地震仪还包括数据预处理模块，数据预处理模块输入与所述数据采集模块输出连接、输出与所述数据整理模块连接，数据预处理模块用于对所述数据采集模块采集的地震波数据进行滤波处理。
作为本发明进一步改进点：所述初始采样参数包括采样率、采样增益、台阵采集位置以及滤波参数，所述采样参数调整模块包括采样增益调整单元、采样率调整单元、台阵采集站位置调整单元以及滤波参数调整单元；
采样增益调整单元用于根据信号幅度与满量程的比值，对采样增益进行调整；
采样率调整单元用于根据频谱混叠情况对采样率进行调整；
台阵采集站位置调整单元用于根据实时频散曲线能量集中效果，对台阵采集站位置进行调整；
滤波参数调整单元用于根据干扰情况对滤波参数进行调整。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明中利用无线地震仪按照初始采样参数实时采集地震波数据并将采集到的地震波数据通过无线传输方式发送至上位机，上位机对地震波数据进行处理，以对采集到的地震波数据进行质量评价，然后根据地震波数据质量评价结果对初始采样参数进行自主调整，直至使得地震仪采集到的地震波数据质量最优。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种基于无线通讯的地震探测方法的流程示意图；
图2是一种基于无线通讯的地震探测系统的结构示意图；
图3是无线地震仪的结构示意图；
图4是上位机的结构示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1所示，本实施例公开了一种基于无线通讯的地震探测方法，其将地震仪采集到的地震波数据经无线传输至上位机，上位机对地震波数据进行处理的过程包括如下步骤S1至S4：
S1、通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据，其中，台阵采集站按照初始采样参数对地震波数据进行采集；
其中，台阵采集站由n个地震仪按照设定的拓扑结构布置得到，该拓扑结构可为L形或圆形。初始采样参数为地震仪上电后的默认采样参数，比如初始采样率500bps，增益0db，滤波类型为sinc。
S2、对接收到的地震波数据进行处理，以对地震波数据质量进行评价；
S3、根据地震波数据质量评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数；
S4、将调整后的采样参数下发至所述台阵采集站以使台阵采集站按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。
其中，利用无线地震仪按照初始采样参数实时采集地震波数据并将采集到的地震波数据通过无线传输方式发送至上位机，上位机对地震波数据进行处理，得到信号幅度、频谱混叠情况、频散曲线等，以对采集到的地震波数据进行质量评价，然后根据地震波数据质量评价结果对初始采样参数进行自主调整，直至使得地震仪采集到的地震波数据质量最优，提高作业质量。
优选地，所述初始采样参数包括采样率、采样增益、滤波参数和台阵采集站位置，所述根据地震波数据质量评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数，包括：
(1)根据信号幅度与满量程的比值，对采样增益进行调整：
具体地，本实施例中满量程为2500mv，若信号最大值小于100mv，增益加一倍，若信号最大值大于1000mv，增益减小一倍。
(2)根据频谱混叠情况对采样率进行调整：
具体地，在实际应用中，采样率越大，白噪声越大(干扰越大)，出现频谱混叠的信号频率越大(带宽越大)，数据量越大(数据处理压力越大)。在满足关注的频率最大信号采样不失真情况下，采样率越小越好。
(3)根据实时频散曲线能量集中效果，对台阵采集站位置进行调整。
具体地，若频散曲线高频部分能量不强，减小台阵半径，频散曲线低频部分能量不强，增加台阵半径。
(4)根据干扰情况对滤波参数进行调整。
具体地，根据频谱图，计算干扰较大的频率，设定滤波类型是高通、低通、带通，根据干扰频率，设置截止频率。
需要说明的是，采样参数经过调整后，若经过设定时间够，采样参数不再改变，则记录此时参数，此次作业过程中不再进行参数调整，以保证采样参数的一致性。
优选地，在所述通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据之后，还包括：
采用算法对所述地震波数据进行处理，得到面波频散曲线并进行显示，该算法包括FK算法或SPAC算法；
根据所述台阵采集站的拓扑结构和面波频散曲线，将当前算法自动改变为FK算法或SPAC算法。
具体地，若是拓扑结构为L型则优先选择FK法，若是拓扑结构为圆形则优先选择SPAC法。频散曲线如果深层效果不好就采用FK法，若频散曲线低频部分不连续或者无低频频散曲线，则说明浅层频散曲线品质不高，则需采用SPAC法。
优选地，还包括：根据预先设置的刷新频率将所述第一无线通信模块发送的地震波数据实时绘制成地震波形。其中：在具体处理过程中如果数据量过大超过用户设置的刷新频率，则需要对数据进行部分丢弃，如间隔丢弃(奇数数据点丢弃)。
优选地，还包括：将绘制的地震波形和提取到的面波频散曲线进行显示，以向客户展示作业效果。
优选地，还包括：将地震仪经无线传输后的地震波数据按照设定的格式储存，以便客户回收数据。本实施例中：一个站上传数据包含有帧头信息和3个地震检波器的10个采样点的采集数据，数据格式是按照上位机软件处理数据时规定的格式协议。
进一步地，本实施例中地震仪采集地震波数据并将地震波数据无线传输至上位机的过程包括：
地震仪按照初始采样参数对地震波数据进行采集；
将采集到的地震波数据进行滤波处理，得到滤波后的地震波数据；
将滤波后的地震波数据进行打包整理成数据包，并将数据包经无线传输至上位机。
如图2所示，本实施例公开了一种基于无线通讯的地震探测系统，包括上位机10和台阵采集站，台阵采集站由n个地震仪20按照设定的拓扑结构布置形成，所述地震仪20与上位机10为无线连接。
其中，地震仪20为无线地震仪20，在地震仪20中集成了无线通讯模块，以将地震仪20实时采集到的地震波数据无线传输至上位机10，如图3所示，无线地震仪20包括第二无线通信模块21、数据采集模块22、数据预处理模块23、数据整理模块24以及采样参数配置模块25；
数据采集模块22用于根据采样参数配置模块25配置的采样参数对地震波数据进行采集；
数据预处理模块23用于对数据采集模块22采集的地震波数据进行滤波处理，得到滤波后的地震波数据；
数据整理模块24用于对数据采集模块22采集的地震波数据进行打包整理，并将数据包发送至第二无线通信模块21；或者对数据预处理模块23得到滤波后的地震波数据进行打包整理；
第二无线通信模块21用于将数据包通过无线通讯发送至上位机10。
其中，如图4所示，上位机10包括第一无线通信模块11、数据质量评价模块12以及采样参数调整模块13。上位机10用于对无线地震仪20发送的地震波数据进行处理，其处理过程包括：
第一无线通信模块11用于接收所述地震仪20按照初始采样参数采集的地震波数据，并将地震波数据发送至数据质量评价模块12；
数据质量评价模块12用于对接收到的地震波数据进行处理，得到地震波数据质量评价结果；
采样参数调整模块13用于根据数据质量评价模块12的评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数并将调整后的采样参数下发至所述地震仪20以使地震仪20按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。
需要说明的是，本实施例通过对采集的地震波数据进行质量评价，并根据质量评价结果对地震仪20的采样参数进行调整，以使采集到的地震波数据质量最优，与传统的通过人工根据经验设置采样参数相比，大大提高了地震仪20作业质量。
进一步地，所述初始采样参数包括采样率、采样增益、台阵采集位置以及滤波参数，所述采样参数调整模块13包括采样增益调整单元、采样率调整单元、台阵采集站位置调整单元以及滤波参数调整单元；
采样增益调整单元用于根据信号幅度与满量程的比值，对采样增益进行调整；
采样率调整单元用于根据频谱混叠情况对采样率进行调整；
台阵采集站位置调整单元用于根据实时频散曲线能量集中效果，对台阵采集站位置进行调整；
滤波参数调整单元用于根据干扰情况对滤波参数进行调整。
具体地，上位机10还包括与第一无线通信模块11连接的数据处理模块14，数据处理模块14包括提取单元和算法更换单元；
提取单元用于采用算法对所述地震波数据进行处理，提取面波频散曲线，该算法包括FK算法或SPAC算法；
算法更换单元用于根据所述台阵采集站的拓扑结构和面波频散曲线，将当前算法自动改变为FK算法或SPAC算法。
需要说明的是，若是拓扑结构为L型则优先选择FK法，若是拓扑结构为圆形则优先选择SPAC法。频散曲线如果深层效果不好就采用FK法，若频散曲线低频部分不连续或者无低频频散曲线，则说明浅层频散曲线品质不高，则需采用SPAC法。通过对频散曲线的效果及拓扑结构进行综合分析，选定合适的算法进行频散曲线提取，保证数据处理结果准确性。
具体地，上位机10还包括绘制模块15和显示模块16，绘制模块15的输入连接所述第一无线通信模块11的输出，绘制模块15的输出以及处理单元的输出均与显示模块16输入连接；
绘制模块15用于根据预先设置的刷新频率将所述第一无线通信模块发送的地震波数据实时绘制成地震波形；
显示模块16用于将绘制模块所绘制的地震波形以及所述处理单元所提取的面波频散曲线进行显示。
通过将地震波数据处理结果、绘制出的地震波波形等进行显示，以便用户直接观察作业质量。
进一步地，上位机10还包括数据存储模块，用于将地震仪20发送的地震波数据按照设定的格式进行存储，该设定的格式为上位机10处理数据时规定的格式协议，以便于上位机10处理以及客户回收数据。
还需要说明的是，本实施例中的拓扑结构可为圆形或L形，圆形分为3重圆和4重圆，4重圆探测深度更深；L型布局简单，探测效果差。本实施例以采用3重圆为例，如图2所示：1～10为10个无线地震仪20，圆的半径根据项目需要及作业环境设定，10个无线地震仪20通过无线通讯方式与上位机10连接进行通讯。其中地震仪20作流程如下：
a.在无线地震仪20上电后，第二无线通信模块会主动连接上位机10数据处理软件，建立链接，具体过程为：
无线地震仪20上电后一直向上位机10软件发送通讯连接请求，直至请求通过，连接建立。通信连接建立后，无线地震仪20向上位机10软件发送测试数据，测试无线通讯带宽，上位机10软件在接收测试数据的过程中计算实时带宽，当在一定时间内(如10s)内平均带宽达到作业要求(如50kB/s)，则无线通讯建立完成，满足作业过程中的无线收发数据量要求，若无法达到项目作业要求，则给出警告，提醒施工人员当前无线通讯带宽过低。
b.链接建立后，采集参数配置模块接收到上位机10下发的指令后，根据指令内容进行采集参数如采样频率、采样增益、滤波类型及滤波范围进行配置。
c.当参数配置完成，数据采集模块22开始采样检波器检测到的地震波。
d.数据预处理模块23根据采集参数配置模块解析出来的滤波参数(滤波类型及滤波范围)对采集到的数据进行滤波处理。
e.数据整理模块24将预处理后的数据进行打包，并通过第二无线通信模块发送到上位机10。若是在采集过程中采集参数配置模块接收到参数变化的指令，则先停止采集，再从流程b开始工作。
上位机10工作流程如下：
a.第一无线通信模块与第二无线通信模块成功建立无线通讯后，采集参数调整模块发送初始采集参数到无线地震仪20。
b.无线通信模块发送采集参数后，等待接收数据包，当接收到数据包后，将数据包传递到数据存储模块、数据处理模块、数据质量评价模块12和绘制模块；
d.绘制模块按照客户设置的刷新频率将接收到的数据实时绘制成地震波形，供客户参考，判断各个无线地震仪20的工作状态。
c.数据存储模块则将数据包中的数据按照一定的格式存储原始数据，供客户回收数据。
d.数据处理模块根据无线地震仪20的拓扑结构及频散曲线效果，自动改变算法。
e.数据质量评价模块12对数据包传递的数据进行一系列的评价计算，得到数据质量评价结果。
d、采样参数调整模块13用于根据数据质量评价模块12的评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数并将调整后的采样参数通过第一无线通信模块下发至所述地震仪20。
e.显示模块将地震波波形、数据质量评价结果、频散曲线进行显示。
需要说明的是，本实施例中在采样参数调整完成后，无线地震仪20上传的数据都将作为有效数据，进行数据的实时显示和处理。上位机10软件接收到数据后，数据实时显示模块将地震波数据根据采样增益进行计算，实时绘制地震波形图，方便施工人员实时监控无线地震仪20工作状态。同时进行数据处理，实时更新频散曲线，直观的给出作业结果，监控作业质量，为施工人员何时结束作业提供直观的依据。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线通讯的地震探测方法，其特征在于，包括：
通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据，其中，台阵采集站按照初始采样参数对地震波数据进行采集；
对接收到的地震波数据进行处理，以对地震波数据质量进行评价；
根据地震波数据质量评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数；
将调整后的采样参数下发至所述台阵采集站以使台阵采集站按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。
2.如权利要求1所述的基于无线通讯的地震探测方法，其特征在于，所述初始采样参数包括采样率、采样增益、滤波参数和台阵采集站位置，所述根据地震波数据质量评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数，包括：
根据信号幅度与满量程的比值，对采样增益进行调整；
根据频谱混叠情况对采样率进行调整；
根据实时频散曲线能量集中效果，对台阵采集站位置进行调整；
根据干扰情况对滤波参数进行调整。
3.如权利要求1或2所述的基于无线通讯的地震探测方法，其特征在于，在所述通过无线通讯远程接收台阵采集站采集的地震波数据之后，还包括：
采用算法对所述地震波数据进行处理，得到面波频散曲线并进行显示，该算法包括FK算法或SPAC算法；
根据所述台阵采集站的拓扑结构和面波频散曲线，将当前算法自动改变为FK算法或SPAC算法。
4.如权利要求1所述的基于无线通讯的地震探测方法，其特征在于，还包括：
根据所述接收到的地震波数据绘制成地震波形，并进行显示。
5.一种基于无线通讯的地震探测系统，其特征在于，包括上位机和台阵采集站，台阵采集站由n个地震仪按照设定的拓扑结构布置形成，所述地震仪与上位机为无线连接，上位机包括第一无线通信模块、数据质量评价模块以及采样参数调整模块；
第一无线通信模块用于接收所述地震仪按照初始采样参数采集的地震波数据，并将地震波数据发送至数据质量评价模块；
数据质量评价模块用于对接收到的地震波数据进行处理，得到地震波数据质量评价结果；
采样参数调整模块用于根据数据质量评价模块的评价结果，对所述初始采样参数进行调整，得到调整后的采样参数并将调整后的采样参数下发至所述地震仪以使地震仪按照调整后的采样参数对地震波数据进行采集。
6.如权利要求5所述的基于无线通讯的地震探测系统，其特征在于，所述上位机还包括与所述第一无线通信模块连接的数据处理模块，数据处理模块包括提取单元和算法更换单元；
提取单元用于采用算法对所述地震波数据进行处理，提取面波频散曲线，该算法包括FK算法或SPAC算法；
算法更换单元用于根据所述台阵采集站的拓扑结构和面波频散曲线，将当前算法自动改变为FK算法或SPAC算法。
7.如权利要求6所述的基于无线通讯的地震探测系统，其特征在于，所述上位机还包括绘制模块和显示模块，绘制模块的输入连接所述第一无线通信模块的输出，绘制模块的输出以及处理单元的输出均与显示模块输入连接；
绘制模块用于根据预先设置的刷新频率将所述第一无线通信模块发送的地震波数据实时绘制成地震波形；
显示模块用于将绘制模块所绘制的地震波形以及所述处理单元所提取的面波频散曲线进行显示。
8.如权利要求7所述的基于无线通讯的地震探测系统，其特征在于，所述地震仪包括第二无线通信模块、数据采集模块、数据整理模块以及采样参数配置模块；
数据采集模块用于根据采样参数配置模块配置的采样参数对地震波数据进行采集；
数据整理模块用于对数据采集模块采集的地震波数据进行打包整理，并将数据包发送至第二无线通信模块；
第二无线通信模块用于将数据包通过无线通讯发送至所述上位机。
9.如权利要求8所述的基于无线通讯的地震探测系统，其特征在于，所述地震仪还包括数据预处理模块，数据预处理模块输入与所述数据采集模块输出连接、输出与所述数据整理模块连接，数据预处理模块用于对所述数据采集模块采集的地震波数据进行滤波处理。
10.如权利要求9所述的基于无线通讯的地震探测系统，其特征在于，所述初始采样参数包括采样率、采样增益、台阵采集位置以及滤波参数，所述采样参数调整模块包括采样增益调整单元、采样率调整单元、台阵采集站位置调整单元以及滤波参数调整单元；
采样增益调整单元用于根据信号幅度与满量程的比值，对采样增益进行调整；
采样率调整单元用于根据频谱混叠情况对采样率进行调整；
台阵采集站位置调整单元用于根据实时频散曲线能量集中效果，对台阵采集站位置进行调整；
滤波参数调整单元用于根据干扰情况对滤波参数进行调整。
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