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CN110286406A - 一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统及采集方法 - Google Patents

一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统及采集方法 Download PDF

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CN110286406A CN201910537931.8A CN201910537931A CN110286406A CN 110286406 A CN110286406 A CN 110286406A CN 201910537931 A CN201910537931 A CN 201910537931A CN 110286406 A CN110286406 A CN 110286406A
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杨阳
胡鑫
陈静
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Abstract

本发明公开了一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统及采集方法，主动源节点式地震勘探采集系统包括有主动震源、多个震动传感器、多个节点式地震勘探仪器和上位机，每个震动传感器与对应的一个节点式地震勘探仪器连接，多个节点式地震勘探仪器均与上位机连接；每个节点式地震勘探仪器均包括有数据采集模块、采集参数配置模块，数据处理模块、无线通讯模块和GPS模块，上位机包括有实时数据处理模块和事件识别模块。本发明的节点式地震勘探仪器在无触发线的情况下完成采集工作，同时可以实时监控数据质量的优点，通过基于过阈触发的采集方法，使得实时存储及发送的数据量大大减少，为后期的数据预处理减少了很多工作量。

Description

一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统及采集 方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，具体是一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统及采集方法。
背景技术
主动源地震勘探采集系统广泛应用于地下结构分层、判断地层的岩性、油气勘探、煤田勘探、水文地质勘探等领域。
现有的主动源地震勘探采集系统绝大部分都是有缆仪器，有缆地震勘探系统相对于节点式由于电缆的存在，显得笨重，极大影响作业效率。
现有的主动源节点式地震勘探系统由于无法确定起震时刻，一般都采用盲采模式，即上电后就一直采集存储数据，直到作业结束。这种方法的有两方面弊端:一是数据量太大，有小数据占比太小，仪器无法长时间工作，二是后期数据处理时需要剔除太多无效数据，增加数据处理难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统及采集方法，节点式地震勘探仪器实时采集地震波数据，根据采集数据的值判断当前数据是否有效，将有效数据通过无线通讯的方法发送到上位机，进行数据处理和存储。
本发明的技术方案为：
一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统，包括有主动震源、多个震动传感器、多个节点式地震勘探仪器和上位机，每个震动传感器与对应的一个节点式地震勘探仪器连接，多个节点式地震勘探仪器均与上位机连接；每个节点式地震勘探仪器均包括有数据采集模块、采集参数配置模块，数据处理模块、无线通讯模块和GPS模块；所述的震动传感器将主动震源产生的震动信号转化为电信号，由节点式地震勘探仪器的数据采集模块完成对地震波数据的采集并转化为数字信号；所述的数据采集参数配置模块根据指令完成对数据采集模块的采样率、采样增益、采样模式参数进行解析和配置；所述的数据处理模块将采集到的地震波数据与当前的GPS时间戳一起打包，组成数据帧；所述的无线通讯模块负责数据帧实时无线发送及指令接收；所述的GPS模块接收GPS信号进行时间同步；所述的上位机包括有实时数据处理模块和事件识别模块，所述的实时数据处理模块通过无线通讯模块实时接收节点式地震勘探仪器采集的地震波数据并绘制地震波形，所述的事件识别模块根据设定的阈值判断实时数据片段是否是有效的放炮数据，然后根据识别结果判断是否进行数据存储。
一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统的采集方法，具体包括有以下步骤：
（1）、按照作业要求的拓扑结构，将所有的节点式地震勘探仪器排布好；
（2）、所有节点式地震勘探仪器的GPS模块接收GPS信号，GPS信号包括有时间信息和GPS秒脉冲，通过GPS秒脉冲校正恒温晶振频偏，从而获取准确时刻校准节点式地震勘探仪器RTC实时时钟，并在GPS秒脉冲到来时启动数据采集模块，数据采集模块开始进行地震波数据采集，数据处理模块将采集到的地震波数据与当前的GPS时间戳一起打包，组成数据帧，并通过无线通讯模块上传数据帧；
（3）、上位机接收数据帧，根据环境噪音与主动源振幅确定阈值，设置采样时长；
（4）、上位机接收所有主动源节点式地震勘仪器上传的数据帧，通过事件识别模块判断当前实时数据片段是否是有效的放炮数据，然后根据识别结果判断是否进行数据存储及显示；
（5）、根据主动震源的触发时刻提取有效数据，整理保存各有效炮点的数据。
所述的步骤（3）中，上位机接收数据帧，根据环境噪音与主动源振幅确定阈值的具体步骤为：首先主动震源不工作，此时采集到的数据为环境噪音，计算其幅值与频谱；然后启动主动震源，根据此时的数据计算幅值与频谱，并去除环境噪音后，选取幅值最大的3个频率，将其幅值的30%作为阈值。
所述的步骤（4）中，事件识别模块进行数据存储和显示的具体步骤为：
a、从数据缓冲区获取识别通道的实时数据片段；
b、对识别通道的实时数据片段进行频谱分析，若超过步骤（2）中确定的阈值，则认为此识别通道的幅度过阈值事件成立；
c、当70%识别通道的幅度过阈值事件成立，则认为此次采集数据为有效数据；
d、根据设置的采样时长，提取数据，作为此次单炮采样数据进行存储和显示。
所述的所有的节点式地震勘探仪器排布好后，当识别通道的数量小于或等于24个，则对所有的识别通道进行过阈事件识别，若识别通道的数量大于24个时，则需要对所有的识别通道进行间隔选择后进行过阈事件识别。
本发明的优点：
本发明的节点式地震勘探仪器在无触发线的情况下完成采集工作，同时可以实时监控数据质量的优点，通过基于过阈触发的采集方法，使得实时存储及发送的数据量大大减少，为后期的数据预处理减少了很多工作量。
附图说明
图1是本发明主动源节点式地震勘探采集系统的结构分布图。
图2是本发明节点式地震勘探仪器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1和图2，一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统，包括有主动震源1、多个震动传感器2、多个节点式地震勘探仪器3和上位机4，每个震动传感器2与对应的一个节点式地震勘探仪器3连接，多个节点式地震勘探仪器3均与上位机4连接；每个节点式地震勘探仪器3均包括有数据采集模块31、采集参数配置模块32，数据处理模块33、无线通讯模块34和GPS模块35；震动传感器2将主动震源1产生的震动信号转化为电信号，由节点式地震勘探仪器3的数据采集模块31完成对地震波数据的采集并转化为数字信号；数据采集参数配置模块32根据指令完成对数据采集模块的采样率、采样增益、采样模式参数进行解析和配置；数据处理模块33将采集到的地震波数据与当前的GPS时间戳一起打包，组成数据帧；无线通讯模块34负责数据帧实时无线发送及指令接收；GPS模块35接收GPS信号进行时间同步；上位机4包括有实时数据处理模块和事件识别模块，实时数据处理模块通过无线通讯模块实时接收节点式地震勘探仪器采集的地震波数据并绘制地震波形，事件识别模块根据设定的阈值判断实时数据片段是否是有效的放炮数据，然后根据识别结果判断是否进行数据存储。
一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集方法，具体包括有以下步骤：
（1）、按照作业要求的拓扑结构，将所有的节点式地震勘探仪器3排布好；
（2）、所有节点式地震勘探仪器3的GPS模块35接收GPS信号，GPS信号包括有时间信息和GPS秒脉冲，通过GPS秒脉冲校正恒温晶振频偏，从而获取准确时刻校准节点式地震勘探仪器35的RTC实时时钟，并在GPS秒脉冲到来时启动数据采集模块31，数据采集模块31开始进行地震波数据采集，数据处理模块33将采集到的地震波数据与当前的GPS时间戳一起打包，组成数据帧，并通过无线通讯模块34上传数据帧；
（3）、上位机4接收数据帧，根据环境噪音与主动源振幅确定阈值，设置采样时长；其中，根据环境噪音与主动源振幅确定阈值的具体步骤为：首先主动震源不工作，此时采集到的数据为环境噪音，计算其幅值与频谱；然后启动主动震源，根据此时的数据计算幅值与频谱，并去除环境噪音后，选取幅值最大的3个频率，将其幅值的30%作为阈值；
（4）、上位机4接收所有主动源节点式地震勘仪器上传的数据帧，通过事件识别模块判断当前实时数据片段是否是有效的放炮数据，然后根据识别结果判断是否进行数据存储及显示;
上述事件识别模块进行数据存储和显示的具体步骤为：
a、从数据缓冲区获取识别通道的实时数据片段；
b、对识别通道的实时数据片段进行频谱分析，若超过步骤（2）中确定的阈值，则认为此识别通道的幅度过阈值事件成立；
c、当70%识别通道的幅度过阈值事件成立，则认为此次采集数据为有效数据；
d、根据设置的采样时长，提取数据，作为此次单炮采样数据进行存储和显示；
（5）、根据主动震源的触发时刻提取有效数据，整理保存各有效炮点的数据。
当所有的节点式地震勘探仪器3排布好后，当识别通道的数量小于或等于24个时，则对所有的识别通道进行过阈事件识别，当识别通道的数量大于24个时，则需要对所有的识别通道进行间隔选择后进行过阈事件识别。识别通道不宜过多，过多会增加实时运算量。距离较近的通道在人为干扰下也具有相近的波形，通过间隔一定距离选取识别通道，可以过滤这种干扰。
当炮点药量发生变化，会影响震动传感器接收到的电压幅值。炮点药量一定时，工作面宽度越大，震动传感器接收到的电压幅值越小，反之越大。因此，每当炮点药量及工作面宽度发生变化时，都需要对阈值进行计算。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统，其特征在于：包括有主动震源、多个震动传感器、多个节点式地震勘探仪器和上位机，每个震动传感器与对应的一个节点式地震勘探仪器连接，多个节点式地震勘探仪器均与上位机连接；每个节点式地震勘探仪器均包括有数据采集模块、采集参数配置模块，数据处理模块、无线通讯模块和GPS模块；所述的震动传感器将主动震源产生的震动信号转化为电信号，由节点式地震勘探仪器的数据采集模块完成对地震波数据的采集并转化为数字信号；所述的数据采集参数配置模块根据指令完成对数据采集模块的采样率、采样增益、采样模式参数进行解析和配置；所述的数据处理模块将采集到的地震波数据与当前的GPS时间戳一起打包，组成数据帧；所述的无线通讯模块负责数据帧实时无线发送及指令接收；所述的GPS模块接收GPS信号进行时间同步；所述的上位机包括有实时数据处理模块和事件识别模块，所述的实时数据处理模块通过无线通讯模块实时接收节点式地震勘探仪器采集的地震波数据并绘制地震波形，所述的事件识别模块根据设定的阈值判断实时数据片段是否是有效的放炮数据，然后根据识别结果判断是否进行数据存储。
2.根据权利要求1所述的一种基于阈值触发的主动源节点式地震勘探采集系统的采集方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：
（1）、按照作业要求的拓扑结构，将所有的节点式地震勘探仪器排布好；
（2）、所有节点式地震勘探仪器的GPS模块接收GPS信号，GPS信号包括有时间信息和GPS秒脉冲，通过GPS秒脉冲校正恒温晶振频偏，从而获取准确时刻校准节点式地震勘探仪器RTC实时时钟，并在GPS秒脉冲到来时启动数据采集模块，数据采集模块开始进行地震波数据采集，数据处理模块将采集到的地震波数据与当前的GPS时间戳一起打包，组成数据帧，并通过无线通讯模块上传数据帧；
（3）、上位机接收数据帧，根据环境噪音与主动源振幅确定阈值，设置采样时长；
（4）、上位机接收所有主动源节点式地震勘仪器上传的数据帧，通过事件识别模块判断当前实时数据片段是否是有效的放炮数据，然后根据识别结果判断是否进行数据存储及显示；
（5）、根据主动震源的触发时刻提取有效数据，整理保存各有效炮点的数据。
3.根据权利要求2所述的采集方法，其特征在于：所述的步骤（3）中，上位机接收数据帧，根据环境噪音与主动源振幅确定阈值的具体步骤为：首先主动震源不工作，此时采集到的数据为环境噪音，计算其幅值与频谱；然后启动主动震源，根据此时的数据计算幅值与频谱，并去除环境噪音后，选取幅值最大的3个频率，将其幅值的30%作为阈值。
4.根据权利要求2所述的采集方法，其特征在于：所述的步骤（4）中，事件识别模块进行数据存储和显示的具体步骤为：
a、从数据缓冲区获取识别通道的实时数据片段；
b、对识别通道的实时数据片段进行频谱分析，若超过步骤（2）中确定的阈值，则认为此识别通道的幅度过阈值事件成立；
c、当70%识别通道的幅度过阈值事件成立，则认为此次采集数据为有效数据；
d、根据设置的采样时长，提取数据，作为此次单炮采样数据进行存储和显示。
5.根据权利要求4所述的采集方法，其特征在于：所述的所有的节点式地震勘探仪器排布好后，当识别通道的数量小于或等于24个，则对所有的识别通道进行过阈事件识别，若识别通道的数量大于24个时，则需要对所有的识别通道进行间隔选择后进行过阈事件识别。
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