專利名稱：記錄地震測量數據的方法
技術領域：
本發明涉及地震測量獲取設備。更具體地說，本發明涉及地震測量設備配 件組合、測量數據管理策略、用于執行管理策略的操作軟件、設備配置的后勤、 和設備的操作。
背景技術：
原則上，地震測量表現為包含可以被分析以描繪地球的分層地質的詳細信 息的大量數據集，所述地球的分層地質由層交界面處聲阻抗不連續的地震波反 射所指示。該分析受關于地層密度或彈性的差異的彈性波傳播速度的影響。諸 如由淺鉆孔中埋藏的炸藥的點燃或由地球表面放置的振動裝置而導致的地震事 件在精確已知的位置和時間被發射至地下。這種人造地震事件的地震波反射由 多個在技術上特征如地震檢波器的傳感器(transducer)來檢測。地震檢波器布 設在所關注區域上的有序的網格中。每個地震檢波器陣列的位置相對于地震事 件的位置而被精確映射。隨著來自定時事件的地震波從源頭發出，原始地震波 的反射返回到表面，在此處它們被地震檢波器檢測到時。地震檢波器以相應的 模擬電子信號響應波的接收。這些模擬信號由數據獲取模塊接收，這些數據獲 取模塊數字化模擬信號流，以再傳輸至中央記錄單元。在由數據獲取模塊數字 化的有意義數據當中，有所反射波的幅度或強度、及事件發生時刻與地震檢波 器陣列的模擬值被轉換為數字值的時刻之間所經過的精確時間。
在單個測量中，可能有數千個地震檢波器信號源。因此，數據流必須是有 序且經過組織的。例如，數據獲取模塊傳輸按稱為包(packet)的數字數據組的地 震檢波器信號值。每個包包含預確定數量的數字數據位，除了其它事情以外， 所述數字數據位還代表當地震波或其增量被轉換為數字值時模擬信號幅度的數
字值。對獲取模塊進行編程，來以預確定位速率傳輸關于一系列地震檢波器信 道的數據包。數據包中的變量數據代表了來自每個地震檢波器信道的模擬信號
流的瞬時快照(snapshot),可以有許多單獨的地震檢波器單元，在相同的地震
檢波器信號信道將各自的模擬信號分別傳輸至數據獲取模塊。
對這種大量數據有序流向中央記錄單元的管理，經常在野外測量車上進行, 需要多個數字信號處理器件。數據獲取模塊將地震檢波器;f莫擬數據轉換為數字
數據，并且將數字數據包沿接收器線(line)或無線發射信道發送。可以有許多 數據獲取模塊沿單個接收器線發送各數據包。在每個數據獲取模塊的功能當中， 有關于來自沿相同接收器線發送各數據包的其它數據獲取模塊的數據包的流的 數據包傳輸時序。通常，兩個或更多的接收器線與基線(baseline)單元相連接, 這些基線單元進一步將許多附加基線單元的數據包流調節(coordinate)為基準 傳輸線(base transmission line),用于中央記錄單元的接收。
地震測量經常在極端惡劣的熱或冷、熱帶或寒帶、陸地或海洋、沙漠或沼 澤的條件下進行。不論環境如何，地震檢波器必須相對地震源事件精確定位。 必要地，通常要求地震檢波器的人工放置。
使用電纜連接的系統的地震地面工作人員面對的許多挑戰之一是電纜配置 的最初確定。地質學家和投資者的數據需求不總是可以預計的。地震測量承包 人必須嘗試選擇這樣的電纜配置，即在保持線路連接器的數目最小的同時，最 小化他們的工作者在野外的負重。然而，現有技術的地震系統被不靈活地設計 為集成單元。如果遠程數據獲取模塊被設計為以8信道模式操作，則現有技術 的系統不能夠被容易地重新配置為以6信道模式操作，盡管具體的測量任務可 能特別適合于6信道模式。現有技術的數據獲取模塊被制造為具有固定的位傳 輸速率和不能調整的功率設置的典型配置。因此，位傳輸速率和傳輸功率是強 制性的，僅僅對于單 一 類型的設備配置是最佳的。
現有技術的系統依賴于發自中央控制模塊的詢問(interrogate)命令，這些 詢問命令被同步發送到遠程數據獲取模塊，僅依賴于中央系統時鐘來控制采樣 時間。
發明內容
因此，本發明的一個目的是幫助野外觀測者最大化對于任何具體任務其可 用的記錄資源的使用效率。本發明的另一個目的是對于給定的設備配置，提供
最高可能的質量的數據的最大可能的數量。
本發明的另一個目的是，可以使其位傳輸速率調整為優化對于地震任務目 標可用的電纜和其它設備的應用的地震系統。
本發明的再一個目的是，有意使用遠程單元處的數據異步采樣，以提高網 絡組件的使用效率。
此外，本發明的一個目的是，提供具有遠程選擇可用的多數據傳輸路徑的 可配置地震遙感勘測網絡。本發明的再一個目的是，對于數據詢問信號的遠程
促動(actuate)的終端點。
本發明的另外一個目的是，其中所有數據載波可以以相同位傳輸速率起作 用的地震遙感勘測網絡。
本發明的再一個目的是，這樣的地震遙感勘測網絡，其中，當有利于測量 幾何時，數據傳輸基線可以以大于或小于接收器線的傳輸速率的傳輸速率來操 作。現有技術提供的基線以高于接收器線傳輸速率的固定傳輸速率操作。這些 現有技術系統不提供容易地改變基線傳輸的位速率以利用地震測量的不同要 求、或者匹配基線位速率至接收器線傳輸位速率的手段。
本發明其它的目的包括通過優化數據信號強度來延伸接收器線取出 (take-out)距離。傳輸電功率影響可靠遙感勘測可以以更長距離所要求的更高 功率進行的距離。現有技術不提供對于不同電纜上可變傳輸距離優化通信所要 求的改變功率的能力，諸如可以用在一個工程(project)中或有不同要求的工程 上的改變功率能力。在分布式地震數據獲取系統中，能量儲藏(power comervation )是延長電池壽命中重要的考慮。通過把傳輸功率限制到可靠通信 要求的最小量來在分布式遙感勘測單元中儲藏電池能量是本發明的一個目的。
接收器線取出距離也通過增加數據傳輸效率來提高。通過針對給定的接收 器線取出距離優化通信，減少給定的系統配置的設備重量。
本發明的再一個目的是，通過最小化數據包之間所浪費的時間來增加數據 傳輸的時間密度。
本發明的另一個目的是，通過從數據包中排除識別創始(originated)數據 的信號處理單元的信息及其數據的創建時間(其減少將被傳輸的數據量)、以及 使用數據包在數據流中的位置來隱含地傳遞數據包標識、來提高數據遙感勘測 的效率。
有選擇地拆分接收器線的部分的數據報告路由的能力和選擇也是本發明的
一個目的。
本發明的另一個目的是，提供可相互連接并能執行多功能，從而最大化設 備利用的靈活性和效率的網絡元件。
本發明的上述目的和上面沒有特別陳述的其它目的根據下面的本發明詳細 描述對于本領域普通技術人員是明顯的。本發明的每個遠程獲取模塊(RAM)
受中央記錄單元(CRU)控制，以循環地將模擬地震幅度值轉換為數字值。對
于一個循環的數字值與其它信息相組合作為數字數據包。在接收器線中交替的
RAM沿著兩條通信線之一將各數據包發送至線分接頭單元(Line Tap Unit, LTU)，用于傳輸至CRU。應來自詢問信號的命令而從各個RAM分別發送數據 包。詢問信號從CRU啟始，從LTU再傳輸至最近的RAM,該最近的RAM立 即開始傳輸從前一個傳輸循環開始集合的數據。然而，直到第一RAM的數據包 可以由第一 RAM和LTU之間的通信通道段容納為止，詢問信號至下一 RAM的 再傳輸被延遲。當第一RAM的最后的數據包的傳輸完成時，詢問信號再傳輸定 時接收來自下一 RAM的第一數據包。對接收器線中的所有RAM重復這種模式。 例如，調整傳輸位速率至大約6到12兆位每秒(mbps)之間的合適的值， 以容納一個傳輸循環中沿給定的接收器線將被傳輸的數據包的數目。在傳輸位 速率選擇中還要考慮的是在接收器線序列中的RAM之間的電纜的特性和物理 特征。然而，例如，RAM和基線單元具有1到2兆位的數據存儲器，以容納過 多的數據生成。數據存儲足以存儲射出(shot)數據的整個序列，用于以后的傳 輸。或者，數據存儲可以用于記錄時間段期間允許數據傳輸以低于數據創建速 率的速率進行。
也可調整傳輸信號功率至適合的值，使得既提供臨近RAM (和LTU )之間 可靠的通信，又最小化功耗，從而延長分布式單元中的電池壽命。
基線傳輸速率可被選擇為與接收器線傳輸速率相同，以匹配兩種類型的通 信的能力，或者，基線傳輸速率可被設置為高于或低于接收器線傳輸速率，以 利用諸如不同的直插線(in-line)和交叉線(cross-line)間距和/或不同的直插線 和交叉線數據量要求之類的測量的特征。
間接地，系統具有將所有接收器線與可選擇的通信通道邏輯鏈接的能力， 從而接收器線可以在從中央記錄單元發布的命令要求的時候終止。來自沿一接 收器線相互孤立的RAM的數據包可以傳輸至沿另一接收器線的另一基線，或者 它們可以留下而不使用。
系統的另 一特征是RAM信道的靈活性，從而任意數量的信道可以被容納，
直至RAM的最大能力。結果，RAM不限于具有每RAM特定數目的信號信道 的固定的通信方案。按照本發明實施例建構的RAM可以與例如2、 4、 6、和8 信道電纜連接。
系統還提供靈活的、多路徑的網絡，用于連接RAM至CRU。通用電纜連 接器使得接收器線、基線和跳線電纜被連接至網絡中的任意類型設備，包括 RAM、 LTU和CRU。 RAM可以用作中繼器。接收器線電纜可以被用作具有減 少的數目的通道的基線電纜。系統的操作者使用具有測量區域的基本上真實比 例(true-scale)地圖的圖形用戶界面來操作網絡，該地圖示意了物理障礙的位置 和所有的地震測量設備項目及其它們的網絡連接。當克服物理障礙和零星設備 故障時，系統軟件引導操作者優化設備和網絡配置。
RAM的雙向和LTU的多向，與接收器線電纜中的電纜回路(looping)和 邏輯斷裂(break)相結合，以及電纜和模塊的相互連接，提供了現有技術中不 可得的適應性。
因為RAM和LTU是從CRU可配置的，因此，當改變的環境要求配置的變 更時，可以對網絡配置進行必要的改變而無需物理訪問遠程線設備模塊。接收 器線和基線電纜中的多通信通道提供了優化傳輸能力的4吏用和避免在一些通道 的干擾的情況下停工的機會。在基線拆分并再聯結的過程中使用多通道基線電 纜設計，以繞過障礙及在障礙兩側分配能力。
本發明包括一種操作地震網絡的新方法，該方法有意異步以允許對于CRU 有更有效率的地震數據的遙感勘測，并且使用RAM中獨立的時鐘，以更有效率 地控制采樣時序。通過由RAM和CRU實現的新穎的處理方法，將異步采樣轉 換為同步采樣。
本處理方法使能地震信號幅度值的精準的和精確的時序，并且克服單獨 RAM中時鐘的不精準。本方法預計網絡中固有的時何延遲，并且量測RAM時 鐘漂移。使用高精準的CRU時鐘和采樣的幅度值，可以確定在正確的時間的幅 度值的估計。本發明的這個特點允許與常規間斷記錄相反的持續記錄能夠實施， 這個特點在陸地和海洋地震系統的最新的技術發展水平中是有用且需要的。
本發明的另一獨特特點包括通過指定包括RAM、 LTU和CRU在內的所 有系統元件的位置和狀態，定義地震網絡。網絡定義還包括由所有網絡中激活 的元件進行的數據包的傳輸的精確順序的規定，使能夠隱含確定創始數據包的
RAM及其創建時間的標識。這種信息的隱含傳送的方法減少了將被物理傳輸的 數據量，并改進了網絡效率。另外提供了對丟失的或過多的數據包補償的方法， 以使數據包的隱含識別的方法更實用。
根據本發明的又一方面，提供了一種記錄地震測量數據的方法，所述方法
包括如下步驟a.生成陸地傳輸的地震測量事件；b.由多個物理上間隔開的 傳感器探測所述事件的地震反射，所述多個傳感器包括一個或多個第一傳感器 以及一個或多個第二傳感器；c.由所述傳感器生成對應于所述地震反射的相應 第一和第二傳感器信號；d.將所述第一和第二傳感器信號沿相應的信號信道傳 輸至相應的第一和第二信號處理模塊，該第一和第二信號處理模塊提供選擇性 地可變的數字數據傳輸頻率；以及e.由所述第一和第二信號處理模塊將對應于 所述地震反射的第一和第二數字信號傳輸至信號記錄系統，所述第一和第二數 字信號由所述第一和第二信號處理模塊以從作為關于在所述第一和第二信號處 理模塊之間的數字信號載波的物理特性的函數的預定頻譜中自動選擇的數字數 據頻率進行傳輸。
根據本發明的又一方面，提供了一種記錄地震測量數據的方法，所述方法 包括下述步驟a.生成陸地傳輸的地震測量事件；b.由多個物理上間隔開的 傳感器探測所述事件的地震反射，所述多個傳感器包括一個或多個第一傳感器 以及一個或多個第二傳感器；c.由所述傳感器生成對應于所述地震反射的相應 第一和第二傳感器信號；d.將所述第一和第二傳感器信號沿相應的信號信道傳 輸至相應的第一和第二信號處理模塊，該第一和第二信號處理模塊提供選擇性 地可變的數字數據傳輸頻率；以及e.由所述第一和第二信號處理模塊將第一和 第二數字信號傳輸至信號記錄系統，對應于所述地震反射的所述第一和第二數 字信號由所述第一和第二信號處理模塊以從作為傳感器信號信道的總體數量的 函數的預定數據位頻譜中選擇的數字數據位速率進行傳輸，該傳感器信號信道 將傳感器信號經由所述信號處理模塊傳輸到所述記錄系統。
根據本發明的又一方面，提供了一種記錄地震測量數據的方法，所述方法 包括下述步驟a.生成陸地傳輸的地震測量事件；b.由多個物理上間隔開的 傳感器探測所述事件的地震反射，所述多個傳感器包括一個或多個第一傳感器 以及一個或多個第二傳感器；c.由所述傳感器生成對應于所述地震反射的相應 第一和第二傳感器信號；d.將所述第一和第二傳感器信號沿相應的信號信道傳 輸至相應的第一和第二信號處理模塊，該第一和第二信號處理模塊提供選擇性
地可變的數字數據傳輸頻率；e.由所述第一和第二信號處理模塊處理所述第一
和第二傳感器信號，從而以選擇性地變化的數據位速率傳輸對應于所述地震反
射的第一和第二數字數據信號；f.由相應的數字信號載波將所述第一信號處理 ^^莫塊鏈接到所述第二信號處理模塊并將所述第二信號處理4莫塊連接到地震記錄 系統；g.作為相應鏈接的數字信號載波的物理特性的預定函數而選擇用于所述 第一和第二信號處理模塊的數字數據位速率；以及h.以所述選擇的數字數據位 速率沿著將所述第二信號處理模塊鏈接到所述地震記錄系統的所述數字信號載 波而將第一和第二數字數據信號傳輸到所述信號記錄系統。
通過閱讀下面優選實施例的說明，并參考附圖，本發明的其它特點和優勢 將能被本領域技術人員認知和理解，其中，全部附圖的數幅圖中，相似的參考 符號表示相似或近似的元件，其中
圖la是配置以用于3D測量的本發明的半平面(half-plan)示意圖lb是配置以用于3D測量的本發明的半平面示意圖2是一對RAM和連接至該RAM的地震檢波器之間的通信通道的詳細示
意圖3是8信道接收器線電纜和通用連接器的橫截面視圖4是8信道基線電纜和通用連接器的橫截面視圖5是遠程獲取模塊(RAM)的功能示意圖6是模擬-數字轉換模塊的功能示意圖7是RAM通信模塊的功能示意圖8是基線單元(BLU)的功能示意圖9是線分接頭單元(LTU)的功能示意圖IO是中央記錄單元(CRU)的功能示意圖ll是用于CRU的通信模塊的功能示意圖12是基線拆分器的功能示意圖13是針對兩種類型的電纜的比較的與電纜長度及信號傳輸速率相關的數 據表和相應的圖形；
圖14是本發明可用的可能的測量布局(layout)參數表； 圖15是示出本發明的典型設備布局和信號流路由的圖16是圖15中由于接收器線斷裂而修改的信號流路由的圖； 圖17是典型基線拆分器應用的示意性圖示；
圖18是疊置在地形圖上的用于克服物理障礙的地震設備野外布局的典型地 圖顯示；
圖19是詢問命令時間傾斜(skew)的圖形；
圖20是圖示地震信號傾斜和信號幅度插值的地震波圖形。
具體實施例方式
圖1示意性地圖示了按照本發明的模型地震測量矩陣，其中，以周期和間 距的有序方式在所關注地形上分布地震檢波器。對于這個例子，地震檢波器排 列在T1、 T2、 T3和T4四行中。行T3不連續地延伸穿過諸如河流或高速公路 之類的物理障礙。沿每個地震檢波器行分布三個(例如)RAM 10。 RAM 10的 結構將更全面地結合圖5、 6、和7描述。
RAM關于每個RAM的"A"側和"B"側分別由兩個接收器線電纜12連 接。見圖5。如圖3的橫截面圖所示，接收器線電纜12包括四對地震檢波器信 道通道32和兩對通信通道30和31,環繞著壓力運載芯(stress carrying core ) 元件28。六對接收器線通道在絕緣環24中排列，并被防護罩26包圍。接收器 線電纜以通用電纜連接器39終止于兩端。如圖1所示，這個電纜連接器使得接 收器線電纜連接至任意RAMIO、 LTU14、 BLU 38或連接至CRU 18。連接器 管腳包括通信通道30的一對135、通信通道31的第二對136、地震檢波器信 道通道的四對137、和兩個未用對138。保留未用對以4吏得能夠對系統中包括接 收器線電纜、基線電纜和跳線電纜類型在內的所有類型的電纜使用通用電纜連 接器39。
參照圖1,行Tl中分別關于RAM R - 1/RAM 1和R - 1/RAM 2的兩個接 收器線電纜區間由背對背連接36相互聯結(join)。行T2中R-2/RAM2和R - 2/RAM 3之間的接收器線電纜也是如此。行T4包括兩個背對背連接器36。背 對背連接器36提供連接的接收器線電纜12的通信通道30和31之間而不是地 震檢波器信道通道32的連續。單個電纜區間中的四個地震檢波器信道通道32 的每一個分別連接至僅一個RAM。因此，在本優選實施例中，每個RAM接收 直至八個地震檢波器信道。
在一般的工業實踐中，每個地震檢波器信道32將被連接以多個地震檢波器。
對于給定的信道32的每個地震檢波器具有相對于地震擾動位置的預確定位置， 從而那些普通連接的地震檢波器全部基本上接收相同的地下反射信號，由此(通 過合計)增強信號強度，但基本上接收不同的地震噪聲，由此當合計時削弱噪 聲。
通常，但不總是，通過信道32的地震檢波器信號是模擬的如下文更全面 描述的由RAM進行模擬-數字轉換。然而，單獨地震檢波器單元中的專用電路 進行的A/D轉換在某種環境下是可能且有利的。
再參照圖1, LTU14" 142和143將行丁1、 T2和T3聯結至基線電纜16。 LTU將結合圖9更全面的描述。
圖4橫截面中所示的基線電纜16包括絕緣環24和防護罩26中的八個通信 通道對34,-8。配件的芯可以是壓力運載芯28。通用電纜連接器39終止基線電 纜的區間的兩端(end)，使得能夠連接至系統中的任何模塊。示出通信通道34的 連接器管腳147。通用連接器39在物理上與用在接收器線中的連接器相同，跳 線類型使得系統中所有設備能夠全部相互可連接。
如圖l所示，基線電纜16的一個區間聯結LTU144和145。使用基線電纜 16而不是接收器線電纜12來連接在相同邏輯接收器線上的RAM,如在這個例 子中，圖示了系統的相互可連接性和適應性的一個方面。
八個通信通道34卜8 (圖4 )將地震檢波器野外矩陣連接至CRU 18 (圖1 )， CRU18經常運載在車輛上以便于移動。取決于CRU18的數據處理能力， 一個 或更多的基線16可以服務于CRU 18。在基線電纜16中有八個通信通道，在每 個接收器線電纜12中有兩個通信通道。地震檢波器數據將沿四個接收器線R- 1 至R - 4被報告至CRU 18。使基線的八個通信通道中的兩個對于每個激活的接 收器線是可用的，以確保在使用的接收器線和基線通道之間的一對一通訊。
特別地，接收器線R-1服務于RAMR-1/RAM1和R-1/RAM2。來自 連接至RAMR - 1/RAM 1的地震檢波器信道1 - 8的數據首先由那個RAM處 理，并沿接收器線通信通道30,傳輸至基線通信通道34s。行T1的地震檢波器信 道9 - 16生成的數據由RAMR- 1/RAM2處理，并沿接收器線通信通道30,傳 輸至基線通信通道34t。
接收器線R - 2服務于行T2中的R - 2/RAM 1 、 R - 2/RAM 2、 R - 2/RAM 3 和行T3中的R - 2/RAM 4。關于行T2和T3的電纜12端區間的通信通道302 和312由跳線電纜17鏈接(link)。跳線電纜是僅包含兩個通信通道且不包含地震
檢波器信道通道的電纜。它可用于連接兩個接收器線的端以形成回路。行T2中
的地震檢波器信道9-16的數據由R - 2/RAM 2及行T3中的信道17 - 24由R -2/RAM 3沿接收器線通信通道302傳輸至基線通信通道346。行T3中的地震 檢波器信道25 - 32的數據由R - 2/RAM 4沿接收器線通信通道312傳輸至基線 通信通-道342。另外，來自行T2的信道1-8的地震檢波器數據由R-2/RAM1 沿通信通道312傳輸至基線通信通道342。
接收器線R - 3僅服務于作為由R - 3/RAM 1處理的信號的行T3的地震檢 波器1 - 8。這些數據沿接收器線通信通道303傳輸至基線通信通道347。
接收器線R - 4服務于行Tl中的R - 4/RAM 1和行T3中的R - 4/RAM 2。 在行T4中，接收器線R - 4也服務于R - 4/RAM 3 、 R - 4/RAM 4和R - 4/RAM 5。行T4中的地震檢波器信道25 - 32連接至R-4/RAM4，用于沿接收器線通 信通道304傳輸數據至基線通信通道348。
接收器線通信通道314接收行Tl中的地震檢波器信道1-8、行T4中的信 道17 _ 24和行T4中的信道33 - 40的數據，用于沿基線通信通道344傳輸至 CRU。接收器線通信通道304接收行T3中的地震檢波器信道9-16和行T4中 的信道25 - 32的數據，用于沿基線通信通道348傳輸至CRU。
圖2的本發明實施例圖示了連接至基線16的兩個接收器線R - 1和R-2。 接收器線R - 1的通信通道30和31,分別將R - 1/RAM 1 、 R - 1/RAM 2和R -1/RAM 3連接至基線通信通道3+和345。接收器線R - 2的通信通道302和312 分別將R - 2/RAM 1 、 R - 2/RAM 2和R - 2/RAM 3連接至基線通信通道342和 346。
RAM 10、 LTU 14、和CRU 18通過數種類型的數字數據包通信。CRU 18 使用"命令"來與包括RAMIO、 LTU 14、 BLU 38和中繼器在內的線設備通信。 線設備將線數據(Line Data)發送回CRU。矩陣系統中的每部設備知道它的相對 CRU的方位。RAM和LTU僅認知在它們的CRU側的命令和在它們的線側的線 數據。
每個RAM和LTU本身固有邏輯上的"命令側"和"線側"。在兩側之間沒 有物理上的差別，任何一個物理上的側可以起任何一種功能作用。然而，確定 的是，命令側是更靠近CRU的側，通常，在兩個物理側是自CRU的直接路徑 可達到的情況下(要求使用跳線電纜17的接收器線的回路)，有可能的例外。 在本優選實施例中，在圖2所示的多路徑環境中，每個設備的命令側由操作者 的過程而在具體RAM或LTU的各側切 換。這是4t期待的，例如，響應于具體電纜段中的通信故障。這種配置RAM和 LTU的方向性的能力的另一個優點是當CRU在測量過程中移動到另一位置時， 這些模塊可以容易地適應由操作者作出的新的網絡配置(不需要如在現有技術 中那樣物理訪問將被再配置的每個RAM和LTU的位置)。
圖2中的跳線電纜17使RAM能夠從任何一側與CRU通信，這樣，通過 命令側的筒單再分配，另外的絞合的(stranded) RAM可以由CRU訪問。通過 將"上電，，電壓發送至設備，CRU在系統初始化時控制命令側的分配。
數字數據包每包包括204位。在這總的位中，8個數據位對包識別首部 (header)保留，192位對數據使用可用，4位對數據完整性校驗(校驗和)保 留。
命令可以包括，例如，用于指令一個(或全部)線設備模塊以執行給定任 務的32位數據。例如，軟件可以指令具體的LTU來在所有的RAM的"B"側 "斷電"。在另一種情況下，軟件程序可以指令所有的RAM切換到低功率模式。 通常，命令數據包的數據位結構將序列中的起首5位用以識別包類型，例如命 令、詢問命令或線數據。命令包中的第六和第七位識別命令將發送至的設備的 類型(RAM、 LTU等等)。命令報頭中的第八位是"全局(global)"位，該位定 義了哪些設備將在命令中起作用。全局位的一種設置尋址所選類型的所有設備。 另一種設置包括隨后的16個位，以特別指定哪些設備將在命令中起作用(尋址 的命令)。命令包中的最后8位定義了發送的命令。當LTU從野外測量車接收命 令時，它同時在三個方向發送命令向"A，，側、"B"側、和"線側，，夕卜(除非 命令是詢問命令的特殊情況，該情況要不同對待)。當延展上的每個RAM接收 命令時，它決定(基于報頭和地址位)是否在其上起作用，然后發送它至線上 的下一設備。
詢問命令是特殊類型的命令，僅由8位組成。如果前面的命令準備好這樣 做，則詢問命令通知所有的設備將線數據傳輸回CRU。在識別詢問命令的過程 中，設備僅看數據的起首5位，而不顧其余。當接收詢問命令時，LTU將它同 時傳遞到RAM的"A，，側和它的"B"側，然后，開始向CRU傳輸它已經存儲 在存儲器中的先前采樣"A"和"B"數據。當先前采樣數據已經對"A"和"B" 側發送時，已經有意延遲將詢問命令發送出"線，，側以便在向CRU發送數據過 程中最小化間隙的LTU,開始向CRU傳輸新接收到的"線"側數據(從當前的
采樣)。
如果在編程的時間長度之內LTU沒有接收足夠的響應，則它對于缺失的
RAM插入仿真(simulated )的^:據。如果LTU接收過多的響應，則它忽略超過 限定的數量的那些響應。這種方法使得CRU能夠識別數據包的來源，而無需借 助數據包之內明確的識別位的使用。 一旦以"A"側結束，則LTU重復"B"側 的處理。后面，LTU將詢問命令發送出"線側" 一側。
LTU必須以這種"A"、 "B"和"線，，側的順序向CRU傳輸^:據。如果它 已經實際上按次序詢問了 "A"側、"B"側和"線"側，則所傳輸的順序與已經 發生的順序相同。這種對向CRU傳輸數據包的正確順序的嚴格遵守對于通過省 略識別信息來減小數據包尺寸從而改進遙感勘測效率是需要的。
RAM或LTU可以用于中繼器模式。在這種模式中，它的功能僅僅是接收 來自CRU的命令，并在"線，，側上將命令傳輸至下一RAM或LTU。在中繼器 模式中，RAM或LTU也接收來自"線"側的數據，將該數據解碼，并再傳輸該 數據至CRU。
當激活的RAM (由前面命令激活)接收詢問命令時，它開始向CRU發送 它的數據。恰在結束傳輸它的數據包之前，(例如，在為了最小化傳輸中的時間 間隙而計算出的時間)RAM向線上的下一RAM或LTU傳遞8位詢問命令。
例如，線數據包由204個數據位組成。這些包包括由線設備發送至記錄系 統的模擬-數字(例如，地震檢波器脈沖或地震檢波器噪聲)或狀態(例如， 電池電壓、序列號等)信息。線數據包的起首8位是報頭。位1 - 5將信息塊識 別為前面描述的來自線的數據。隨后3位識別哪些類型的信息包含在包中以及 它如何創始。例如，信息可以是真實或仿真的射出的數據，或設備狀態。
線數據包的數據字部分有192位長，可以包括射出數據(來自RAM的八 信道的每一個的24位)或者狀態信息。線數據包的余下四位是校驗和計數。在 RAM將數據發送至記錄系統之前，它在數據字中計數"高"位(或"1")的數 目，并以二進制格式在此處寫入總和。RAM以16 (從O至15)的循環計數， 重復循環直至它完成數據字中所有高位的計數。例如，如果在數據字中總共20 位設置為"高"，則RAM將計數至15,然后重復循環，計數16作為0、 17作 為1、 18作為2、 19作為3及20作為4。這種情況下的校驗和計數將是4 (在 二進制格式中寫為"0-1-0-0")。
在RAM向CRU發送線數據之后，每個沿路的設備核實它。當設備接收線數據時，它計數數據字中的高位，并將該數字與數據包的校驗和計數做比較。 如果這些數目不匹配，則設備記下它檢測出傳輸問題的事實。然后，設備向CRU
發送數據并等待來自線或CRU的更多數據。
在采集數據之后，系統輪詢線上的所有設備，以便確定，例如，那些設備 檢測出了傳輸問題以及在CRU監視器顯示中在哪放置出錯標志。
如圖5所示意，RAM 10的結構中，包括通信模塊40和模擬-數字轉換模 塊42。通信ii塊40由時鐘電路44和中央處理單元(CPU) 46支持。CPU包括 隨機訪問存儲器電路48。通信模塊由電源電路45提供能量，該電源電路45在 內部電池4 7和外部電池4 9上管理功率需求。
圖6更擴展地示出了模擬-數字模塊42的示意圖，該模擬-數字模塊42 包括對于每個模擬信號信道32,線電涌(surge )隔離器50用于限制雜散(stray ) 電壓電涌；模擬信號放大器52;模擬-數字轉換器54。當從通信模塊40(圖5) 接收到詢問信號(稱為詢問命令)時，每個模擬-數字轉換器54將它的當前地 震檢波器信號值傳輸至通信模塊40,用于集成入各自的數據包。
RAM的通信模塊40由圖7示意性地表示，包括線電涌隔離器56以限制由 通信通道30和31運載(carry)的電壓電涌。地震檢波器信號的數字值從模擬 -數字轉換器42接收。數字信號的傳送由CPU46調節，來將數據包編碼到通 信通道30或31中的一個或另一個。在接收器線12中的兩個通信通道30和31 之中，選擇一個來接收數據包傳輸。由控制器60中的中繼器電路解碼并再傳輸 另一個通信通道。通常，每個通信通道30或31被邏輯連接，用于從沿單個接 收器線的交替的(alternate) RAM單元輸入的數據包。關于圖2,例如，通信通 道30,可以被連接，以從R - 1/RAM 1和R - 1/RAM 3接收數據包，而R - 1/RAM 2可以沿通信通道31,報告數據包。
圖5,在CPU46的軟件程序控制下，由時鐘電路44確定步調(paced), 控制器60 (圖7 )從模擬-數字轉換模塊42接收數字信號值，并將該數據與其 它首部以及校驗和數據相結合，以創建數據包。例如，地震采樣率在從大約每 毫秒0.125次采樣至大約4毫秒/采樣的范圍內是可編程的。幅度值存儲在RAM 存儲器中，直至接收到詢問命令，在此之后，它將幅度值以數據包的形式沿接 收器線傳輸至CRU。
沿接收器線12，包括一系列數據包的信號流被LTU14或BLU38再引導 (redirect)至基線16信號流。兩個信號傳輸單元之間的唯一差異是用于BLU 38
的擴展的數據存儲能力。LTU和BLU兩者均潛在地具有信號處理能力。
例如，關于LTU14的圖9示意圖，本發明的優選實施例包括關于一對接收
器線12&和12b的通信通道以及關于一對基線163和16b的通信通道。由遠程控制
的線隔離器電路64服務于這些端口的每一個。在通常的操作模式中，關于接收 器線12a的通信通道30a和31a和關于接收器線12b的通信通道30b和31 b連接至 通信模塊70。與RAM IO相似，LTU 14的通信模塊70由CPU 72指導，并由時 鐘電路74確定步調。CPU72的存儲能力由隨機訪問存儲器76擴展。由內部電 池68和/或外部電池67供應單元功率分布電路66。
除了巨大數據存儲能力78之外，圖8的BLU 38實質上與圖9的LTU 14 相同。BLU可以代替LTU而被使用，但是反之不需要。在不要求BLU的巨大 數據存儲的情況下，在本優選實施例的描述中以及隨后的權利要求中，術語 "LTU" 14和"BLU" 38可以相互交換地使用。
圖10表示的CRU 18的優選實施例包括兩個由各自的通信模塊80服務的 基線16的通信通道。通信模塊80由時鐘82確定步調，并由諸如電池或發生器 之類的源84從外部供電。功率管理電路86包括濾波和分配。CPU88控制通信 模塊80。 CPU 88由隨機訪問存儲器85和巨大數據存儲電路87在功能上支持。 整個系統由鍵盤90、監視器92、鼠標94、繪圖機96、和打印機98人工地在界 面交互。
關于CRU 18的通信模塊80由圖11示意性地示出，包括針對八個通信通道 34^8的每一個的線隔離器100!-8和數據控制器102。
控制本發明操作的軟件程序有幾種獨特的特征。這些獨特的特征相互協作 以克服現有技術系統中本身固有的幾個存在障礙或效率低下之處。這些效率低 下之一是發生數據包之間的大量時間流逝，從而導致在給定的時間段可以訪問 的線設備的數量減少。另一種效率低下由如下各項之間的復雜關系產生(1) 數據電纜長度，(2)數據傳輸位速率，和(3)數據生成速率。
為了解決現有技術數據速率傳輸的效率低下，并且為了減少數據包之間的 間隔，本發明的操作過程包括信號協議，通過該信號協議數字數據包進行裝配 和排隊，用于從許多RAM至CRU18的傳輸。這一過程通常包括詢問命令從 CRU至LTU 14的傳輸。LTU沿接收器線通信通道30和31的每一個向RAM單 元中繼詢問命令。對單個接收器線12中的那對通信通道30和31，兩個詢問命 令獨立地定時。它們可以同時發送，也可以不同時發送。雖然單個接收器線12
中的兩個通信通道30和31均可以在各自的接收器線中連接到每個RAM,每個 RAM將作出的對連接的響應通常不同。
參照圖2，例如，詢問命令Ao起源于CRU18,沿基線16的通信通道34, 運載(carry)至LTU 1^。 LTU 14,沿通道30!中繼詢問命令A。至R - 1/RAM 1 。 一 旦接收到，R - 1/RAM 1立即開始沿通信通道30,將包含連接至R - 1/RAM 1的 所有地震檢波器系統信道32 (圖5 )的數據的數據包按順序傳輸回LTU 14,。重 要的是，信號Ao不再沿通信通道30,被R-1/RAM1之外的設備運載。SRI/RAM 1接收信號AQ時，RAM通信模塊40針對沿通信通道30,從R - 1/RAM 1 經由R- 1/RAM2中的中繼器電路至R- 1/RAM3的詢問命令A,的中繼傳輸啟 始定時延遲。這個時間延遲的長度是作為許多系統和工程參數的函數的變量。 具體上，連接至具體RAM的地震檢波器系統信道的數目(即，4、 6、或8)、 電纜類型和長度、中繼器RAM的數目和RAM之間的傳輸位速率對時間延遲有 最強的影響。詢問命令Ao的再傳輸延遲的設計哲學是調節來自R-1/RAM 1 的最后數據包的傳輸與在R- 1/RAM 1處來自R- 1/RAM3的第一數據包的到 達，并最小化連續信號流之間的包流之間的間隙。雖然詢問命令A,由R - 1/RAM 2接收，但是信號僅僅重復至R - 1/RAM 3。
當R-1/RAM 1接收到詢問命令Ao時，關于報告至R-1/RAM 1 (例如， 直至8)的地震檢波器系統信道的數據包的傳輸立即開始。然而，數據包信號的 執行要求有限的時間段。該有限時間段的一部分是關于由R- 1/RAM 1進行的 詢問命令A,的中繼傳輸延遲間隔。當來自R- 1/RAM 1的數據包被傳輸回LTU 14,時，詢問命令A,進至R - 1/RAM 3以啟始來自該RAM的相應的數據包傳輸。 馬上，R - 1/RAM 3數據包的傳輸沿著已經運載了詢問命令A,的R - 1/RAM 3 和R - 1/RAM 1之間的通信通道30!段開始。詢問命令A,的創建被定時為使來 自R- 1/RAM3的數據包的第一元素恰好在傳輸了最后的R- 1/RAM 1數據包 之后到達R- 1/RAM 1。
獨立于詢問命令Ao從CRU 18傳輸的詢問命令Bo，由LTU 14沿線通信通 道3h中繼至R-1ZRAM1。 一旦接收到詢問命令Bo, R- 1/RAM 1僅將信號中 繼至R - 1/RAM 2。 R - 1/RAM 2開始將各自的數據包沿著R - 1/RAM 2和R -1/RAM 1之間的通信通道段傳輸至LTU 14" —旦接收到數據包，R - 1/RAM 1僅重復數據包信號至LTU 14,。
在每個RAM處的詢問命令延遲不是固定值，而是取決于報告至各自的
RAM的模擬信道數目、激活的RAM之間的中繼器RAM的數目、和影響傳輸 時間的其它因素的關于每個RAM潛在可變。雖然本發明優選實施例對每個 RAM提供8個地震檢波器系統信道32,但是也可以對各自的CPU 46編程，以 容納少于8個的任意數量的信道。此外，沒有將模擬信道的最大數目設置為8 的自然的規則。這僅是設備設計和工程實踐的事情。
應當注意的是，關于具體的RAM,通信通道30或31可以從一個改變為另 一個。可以在有意圖的通信通道中的斷裂的連接或連續性的事件中要求這樣的 步驟。然而，在這樣的改變的事件中，在受影響的RAM處的詢問命令延遲時間 可以被改變。
值得特別注意的是對于終止(termination)而非詢問命令至下一RAM的再 傳輸被編程的每個RAM的邏輯斷裂功能。這種功能使接收機線成為回路，從而 具有至兩個LTU 14的電纜連接。然而，功能上，在給定的編程的配置中，每個 RAM將僅以一對關于單個的、指定的LTU 14的通信通道30/31來操作。如圖1 所示，在一個例子中，地震檢波器行T3的連續性在RAMR-3/RAM 1和R-2/RAM 4之間被諸如河流或陡哨的懸崖之類的不可克服的障礙物打斷。結果， 來自基線通信通道343的、通常從LTU 143傳輸至R - 2/RAM 4的詢問命令改為 由LTU終止。相應地，來自LTU 142的、通常終止于R - 2/RAM 3的詢問命令 進一步經由跳線電纜17傳輸至地震檢波器行T3中的R - 2/RAM 4。
在圖2所示的近似的例子中，由穿越R-2/RAM2和R-2/RAM3之間的 通道302和312的邏輯斷裂線P-P代表障礙。來自CRU18的詢問命令C。和D。 由LTU 142中繼。詢問命令C。由R - 2/RAM 1接收，并被延遲以作為詢問命令
C, 再傳輸至R-2/RAM3。由于存在至R-2/RAM2的邏輯斷裂命令，因此詢問 命令C，沒有發布。同時，詢問命令Di通過R-2/RAM 1被中繼至R-2/RAM2, 用于R-2/RAM2地震^f全波器數據。然而，R-2/RAM2沒有發布再傳輸信號
D, 。響應于來自R-1/RAM3的詢問命令A2的延遲，R- 2/RAM 3地震檢波器 數據沿通道30,經由跳線電纜17被報告。
雖然，通過沿R - 2/RAM 2和R - 2/RAM 3之間的線P - P的通信通道的物 理不連接顯然可以實現這個結果，但是在分布RAM的時刻，對于這樣的報告再 分配的需要不總是明顯的。此外，在分布和要求替換、修理或忽略之后，某些 RAM可能會出故障。與現有技術要求物理返回各自的RAM位置的修理或替換 的選擇相比較，根據本發明，可以從CRU 18實行忽略和修改連接的選擇。
本發明的邏輯斷裂能力可以通過對于RAM的至CPU 46的直接命令(由 CRU創始)來完成。CPU 46對各自的RAM編程，以使它們有選擇地阻止詢問 命令的再傳輸。
通過基于網絡配置嚴格限定數據包排序(s叫uencing),序列內任何數據包 的位置可以用于確定哪個RAM創建了那個數據包。并且因為響應于一個詢問命 令而發送的數據包包含大約在詢問命令到達創建RAM的時刻所創建的數據采 樣，因此在數據包之內不需要明確陳述數據包創建時間。通過它的在起因于詢 問命令的整個數據流之內的位置，創建時間是隱含可知的。
這樣，初始的RAM和任何數據包的創建時間兩者均能夠隱含地確定。這 減少了必須明確地寫在數據包中的數據量。因此，傳輸的數據總量相應減少。 這有助于地震遙感勘測的優化并使系統更有效率及成本效率。
使多基線通信通道，例如，通道34!至348,以及它們各自的接收器線的每 一個均獨立地按照上面描述的方法，用于通過基線單元和RAM的作用而對數據 包排序。這樣，多個數據隊列(trains),其中每個基線通信通道對應一個，同時存 在并且可以并行操作，優化總傳輸能力。
沿通信通道的數據包完整性受傳輸速率、傳輸功率、電纜類型和電纜長度 影響。隨著電纜長度增加衰減也增加。隨傳輸速率的增加衰減變大。為了優化 傳輸的信號定義值(definition),傳輸位速率和傳輸功率必須針對通信通道的長 度調整。
數據位定義值涉及接收工具在接收的信號連續譜(continuum)中區分數據 位的功能。由于傳輸線損耗，數據位定義值將在傳輸線的長度上衰落(decay)。 在沿線長度的某點，傳輸的數據位脈沖衰落到不能與隨機噪聲異常(anomaly) 區分開來。使用更低的傳輸位速率，可以延伸可靠通信可以發生的距離。另夕卜， 在傳輸中使用更大的功率可以延伸這種傳輸距離。
控制傳輸功率的功能是本發明優選實施例的特點。這種控制根據CRU實 行，并確定RAM和LTU所使用的傳輸的功率電平。功率電平按照更長的傳輸 距離的要求而增加，對更短的距離而減少。由于不同的電纜長度和類型可以用 在一個工程上，因此可以對網絡中的不同RAM而調用不同的傳輸功率設置， RAM所用的功率電平可以與LTU所用的功率電平不同。可以針對向CRU的前 向傳輸和反向傳輸(離開CRU)而設置不同的信號傳輸的功率。功率設置取決 于電纜的通信通道的傳輸特征，長度作為基本特征，但是諸如導體的性質之類
的其它特征也影響所要求的功率，并因此影響最佳的設置。僅通過使用夠用的 能量以確保可靠的通信而不是過量的能量，通常對儲藏能量是有益的。這延長
了在遠程分布的RAM和LTU中的電池壽命。
在本優選實施例中，對不同類型和長度的電纜實驗性地確定最佳功率設置，
對CRU編程以對于給定的電纜使用這些設置。功率設置獨立于傳輸頻率可控。 然而，最佳功率設置對于不同的傳輸頻率而不同，從而對CRU編程以識別對于 不同的傳輸頻率、以及對于不同類型和長度的通信通道的不同最佳設置。
通過儲藏電池能量，系統的產出和成本效率提高到超過從現有技術可得的 程度。
圖13的圖形和相關表格圖示了上文所描述的具有兩種不同導體(conductor) 尺寸和結構的電纜的本詢問信號策略的操作。圖13的圖形描繪了在信號定義值 的限制下，傳輸位速率和電纜長度的關系。從這個比較應注意的是電纜結構具 有的對數據傳輸能力的影響。
例如，結構"A，，的28AWG導體將在288米的電纜長度上以7.5兆位每秒 可靠傳輸可辨別的數據。比較之下，結構"B"的26AWG導體將在342米的電 纜長度上以相同的傳輸速率可靠傳輸數據；54米的延長代表15%的優勢。
本發明的優勢還通過圖14的列表數據圖示。此處，系統的能力針對連接至 陣列中的每個RAM的地震檢波器信道的數目被組織為3個組。具體上，組I的 數據對應于將8個地震檢波器模擬信道32連接至單個RAM的設備分布矩陣。 組II數據對應于具有連接至單個RAM的6個地震檢波器模擬信道32的設備矩 陣。組III數據對應于4信道連接。
參照圖1的示意圖，圖14表的TO/電纜(每電纜取出數)列示出了至接收 器線電纜的模擬地震檢波器信道的連接的優選的最大數目。TO間隔(取出間隔) 是沿電纜長度在相鄰模擬連接之間的以米為單位的距離。重量列是以磅為單位 的表中所列的長度的相應的電纜的重量。距離/RAM列是接收器線中相鄰RAM 之間以米為單位的空間距離。電纜長度列是以米為單位的相應電纜的長度。
對于8個采樣頻率值(即，詢問頻率)500Hz、 400Hz等等的8列數據，對 應于可以連接至表中所列長度的單個接收器線的模擬信道32的最大數目。窗T 奎列對應于對各自接收器線施加(charging)的傳輸位速率。圖14列出的每接 收器線的特定數量的模擬信道32涉及相應的采樣頻率列和XMIT率行。
圖！描繪了具有接收器線和垂直于接收器線的基線的典型陸地3D地震測
量。在一些類型的3D測量中，接收器線之間的距離可以顯著短于沿接收器線的
RAM之間的距離。在這種情況下，在優化基線遙感勘測方面能夠選擇比被選擇 用來優化接收器線遙感勘測的速率更高的傳輸位速率是有利的，因為連接LTU 的電纜段可以比連接RAM的電纜段短得多。因此，CRU對基線選擇使用適當 更高的傳輸速率，獨立于接收器線傳輸速率設置它。通過使用更高的傳輸速率， 提高了基線能力，并且在一個基線通信通道上可以容納更多的信道。在接收器 線通信通道上使用更低的傳輸速率在具體測量工程中是有益的，因為它允許 RAM之間的更大的距離，從而使總數更少的RAM覆蓋給定區域。
這樣，在本優選實施例中，基線的傳輸速率可以設置得與接收器線傳輸速 率相比更高、更低或相同。系統設置將在CRU處的操作者的控制下被使用的傳 輸速率，CRU相應地對網絡中的每個設備編程。
地震測量具有空間和時間的采樣要求，這些要求是局部地質、地球物理學 目標、地震噪聲和信號特征以及其它因素的函數。在時間和空間上的采樣密度 要求均受影響并且以相似的方式。具有非常淺的地質目標的地震測量通常具有 以相對高的頻率，例如250Hz,保持信號的潛能。然而，為了能夠以直至250Hz 成功地對淺目標成像，要求相對密的空間采樣以及密的時間采樣。相反，深地 質目標具有僅保持更低頻率的信號，例如直至50Hz，的潛能。這樣，對深目標 成像要求更低密度的時間采樣(以限定直至50Hz)，但是也有益地要求更低密度 的空間采樣。
作為例子，目標在非常淺的地質層位的第一地震測量要求以500Hz的高采 樣率(為了保真地保持250Hz信號)的非常密的時間采樣。為了維持可靠的信 號定義值，相鄰的RAM之間的短分離距離是合適的。根據圖14的表，極端的 布局是將單個接收器線中的1984個模擬信道連接至LTU的一側。相應地，信號 傳輸速率(XMIT率)應設置為大約16.25兆位每秒。這些模擬信道沿著136米 的最大單個電纜長度能夠具有17米的最大取出間隔。僅一個電纜也能夠在分離 也是最大達136米的相鄰RAM之間跨越(span)。在每個取出點，電纜信道斷裂， 地震檢波器組從取出點連接至模擬通道線。單個模擬通道兩次斷裂，并在相反 方向報告至各自的RAM，從而陣列中的每個RAM連接到8個模擬信道。
在前面的例子中，雖然僅1984個信道可以沿接收器線連接至LTU的一側， 如果它連接至LTU的相反一側，則另1984個信道可以沿接收器線的延伸連接。
倍的每接收器線的信道數目。
具有相同設備的隨后的目標在深的地質層的測量可以要求分布在大面積上 的非常稀疏的地下采樣。地震檢波器組之間的長距離和相應的RAM之間的寬間
距對于這樣的測量可能合適。參照圖14，通過將RAM采樣率調整至大約100Hz 并且設置傳輸速率為大約3.5兆位每秒；這種低密度測量能夠在每個接收器線容 納416個才莫擬信道(或者如果接收器線連接在LTU的兩側則為932 )。 RAM能 夠沿線以528米的間隔間隔開，并連接以便每個RAM僅接收4個模擬信道。在 這種情況下，沿數據電纜的地震檢波器取出間隔可以是最大大約132米。
這樣，本發明的可調整的采樣率和信號傳輸速率，以及每個RAM的信道 數目的可變性，使得能夠對于改變的測量要求實現設備投資的優化。可變的位 速率直接轉化為野外的操作的和后勤的優勢。本發明的傳輸功率控制特點是當 優化功耗時用戶具有的另 一個在改變測量條件的情況下使數據傳輸更有魯棒性 (robust)的工具。按照用在網絡中的電纜類型和長度，數據包傳輸控制使數據 包組之間的時間間隙最小化。這個益處為測量人員提供接近100%的電纜的時間 利用，以及對于將被加入線中的更多信道可用的額外時間，從而導致更高的通 信通道限制。
在系統的優選實施例中，對CRU18軟件編程，以便理解3維地球表面和 地理特點位置，其中既包括自然的也包括人工的，以及地震數據獲取設備的所 有項目的位置和操作狀態。CRU軟件理解RAM、接收器線電纜、LTU、基線電 纜和CRU網絡的配置和相互連接。向系統操作者提供了如圖18所舉例的所有 的這些信息的基本上真實比例地圖視圖。阿絡連接可以由操作者在任何時間或 應操作者的要求由軟件自動來建立和修改。以這種方式，當操作者要求這樣做 時，所配置的RAM的全集的所希望的子集可以被激活，以便記錄并傳輸地震數 據。包括4定盤、鼠標、觸墊(touchpad)和觸摸屏在內的標準計算機工具可以作 為工具提供給操作者，以幫助他操縱網絡，來實現地球物理目標。操作者可以
要求系統軟件優化網絡配置，以最好地利用單獨設備項目的通信能力，來將所 要求的傳輸時間減少至最小。
在優選實施例中，接收器線的回路(通過使用跳線電纜17聯結接收器線的 相鄰對的端)是推薦實施的，以便在任何RAM的故障或接收器線電纜中的斷裂 的事件中，至CRU的連接可以通過利用RAM的雙向通信功能來重新建立。在 地圖屏幕上向操作者通知故障，操作者僅需要再引導另外標準化的RAM在相反
的方向通信到達CRU。這通過再定位在接收器線中的邏輯斷裂來完成。這由圖
15和16的示意示。
圖15示出最初期望的數據傳輸路由，其中，沿接收器線R-1將RAM1-6 的數據傳輸至LTU 14,。沿接收器線R - 2將RAM 7-12的數據傳輸至LTU 142。 雖然RAM6在物理上通過回路17連接至RAM12,但是對于來自RAM 6和12 的各自的R - 1和R - 2詢問命令傳輸，該回路是斷線(off-line )的。
在設備陣列已經定位并連接后，沒有預料到的情況導致沿RAM 3和RAM 4 之間的接收器線R-1的信號連續性中斷，如圖16的x所示。作為響應，本發 明的操作者在RAM 3終止R - 1詢問命令再傳輸(通過插入邏輯斷裂)，激活來 自RAM 12的R - 2詢問命令，并終止來自RAM 4的R - 2詢問命令。
由于系統的如下兩個關鍵方面(1 )數據存儲在RAM的存儲器中，直至 CRU確認收到數據，以及(2)系統具有在余下的接收器線通信通道上傳輸所有 數據的能力，因此傳輸期間接收器線電纜中兩個通信通道中一個的故障將不會 導致數據的丟失。雖然電纜的吞吐能力減半，但是沒有數據丟失。
近似地，如果基線損失它的通信通道的一部分，例如由于操作期間物理損 壞，則所有數據可以引導(direct)通過余下的通道。靈活性網絡設計允許這種 對于未預料的條件的適應性。
數據可存儲在LTU(如在RAM那樣)中，該LTU允許當等待再傳輸至CRU 時保存數據。
由八個(8)獨立的通信通道提供基線傳送地震數據的能力。除了在克服上 面剛剛描述的一些通道的故障中提供有用的冗余之外，這個設計還便利于物理 障礙兩側周圍基線能力的分布。這在圖17中圖示。基線需要被連接至障礙兩側 的接收器線。在現有技術系統中，這將不可避免地要求提供分布在從CRU至最 大程度的將被覆蓋區域的整條路的兩條完整基線，這是本優選實施例中的不需 要的負擔。如圖12所示，使用基線拆分器設備19,來自CRU的單個基線的能 力可以被定位在障礙的兩側。在障礙的遠側，基線可以通過使用另一個基線拆 分器設備19而被再聯結。八個所選擇的通信通道可以被均勻地展開，每側四個， 或者在總數為八的情況下任意組合。在拆分處沒有被選擇的通道沒有被連接、 并且在障礙周圍沒有被使用。當然，在不改變這個方法的原則的情況下，基線 能夠被設計為具有不同于八個的通信通道數目。
取代要求從CRU至記錄區域的邊緣的兩條完整基線，除了在障礙本身處之
外， 一個就足夠了，這將導致人力和設備上的巨大節約。為基線提供可再分
(sub-dividable)的能力的基本概念使其可以實現。使用高能力基線的現有技術 系統不能實現這種節約，并且更易遭受由于設備故障造成的傳輸能力的總損失。
本優選實施例還提供了網絡設備的相互可連接性，以便使整個網絡更靈活 且可適應不同的布局要求。或者基線電纜，或者接收器線電纜可以被連接至LTU 的任意端口。 LTU可以連接至任何RAM對之間的接收器線。物理接收器線可以 在兩端被連接到基線，或者在不同的LTU被連接至相同基線。基線可以被拆分 以及被再聯結。接收器線可以用于運載基線遙感勘測。
圖18圖示了本優選實施例的相互連接性對地震數據獲取操作的益處。操作 者在系統軟件的指引下，在給定了障礙的性質的條件下，使用區域的真比例地 圖和地震設備，以優化的方式建構網絡。
在這個例子中，有三種阻礙地震接收器線的所希望的理想網格的布局的物 理障礙。有一條河流流過這個區域，高速公路阻斷通路以及一系列沙巖懸崖阻 斷通路。在CRU處的操作者觀察圖18所描繪的地圖。每當需要描繪當前設備 配置時，這幅地圖就改變。由于操作者建構網絡，因此他具有觀察設備項目關 于地形的物理特點的確切位置的優勢。他也看到設備項目的操作性狀態，例如 是否具體基線和具有RAM的連接到它的接收器線正在指定規范之內操作。他決 定哪個最好地利用了可用的設備以建構網絡。
操作者已經選擇在高速公路之南建立分離的基線，以便通過限制高速公路 上的工人和電纜的數量來降低安全方面的擔憂。他也選擇建立向北的基線，并 且將它多次拆分， 一部分停在懸崖下，另一部分在最容易的點爬上懸崖，其中 它 一次又一次地劃分以利用地形學。
在區域的NE角，操作者選擇使用具有單獨作為中繼器使用的RAM的、以 及沒有地震檢波器連接至這些RAM的接收器線電纜。此處，接收器線電纜已經 用于運載基線遙感勘測，因而起著僅具有兩個通信通道的基線的作用。在電纜 的這個區間的末端的LTU在該區域的最NE端處將接收器線與RAM相聯結。 這說明了 RAM可以起的雙重作用，即，純粹作為中繼器以克服距離限制，以及 作為關于地震檢波器陣列的數據獲取設備。另外，雖然具有的通信通道數目減 少，但是接收器線電纜的代替基線電纜的能力是增加系統靈活性從而提高生產 力的另一個特點。現有技術系統不具備這些功能。
跳線電纜17用于連接接收器線電纜的段以便在接收器線對的端創建回路。 這不僅使接收器線延長，而且可以提供替代的傳輸路徑，該替代的傳輸路徑可 以用于克服電纜斷裂及接收器線對中RAM的一個的故障。
這樣，在軟件提供的地圖視圖和布局工具的幫助下，操作者可以設計出用
來獲取地震數據的最實用且有成本效率的方式。由于從每個RAM至CRU有多 條路徑可用，這使得在設備損壞或故障的情況下不需要重新配置就可以連續作 業，因此網絡的靈活性改進了配置的方便與安全，而且提高了配置后的生產力。
圖18描繪了 CRU和網絡中典型的RAM,該RAM與CRU分離，并且通 過具有一系列LTU的基線電纜、以及具有數個介入(intervening) RAM的接收 器線來連接到CRU。所有地震數據獲取系統的希望的目標是由網絡中所有 RAM記錄幅度采樣，所有這些都在精確相同時刻有效。然而，如果可以得到一 種得知關于每個RAM的變化的實際采樣時間的手段，并且提供在理想的采樣時 間計算幅度的可能值的手段，則不需要實際上同時對幅度采樣。本發明的優選 實施例包括實現上面陳述的采樣目標的獨特手段。
本發明的方法認識到有兩種類型的誤差會導致幅度采樣的時間不同于所意 圖的理想時間。第一種類型的誤差包括隨著詢問命令從CRU經介入網絡元素 系列至RAM的行程，由網絡中的連續延遲導致的那些。第二種類型的誤差發生 在RAM之內。
基線電纜、LTU、接收器線電纜、和介入RAM中的傳輸延遲都促使 (contribute) 了第一種類型的誤差。這些延遲或者可以在地震測量之前在實驗 室中物理量測，并且針對每種類型的網絡元素在CRU系統軟件中以表格列出， 或者在有意施加詢問命令再傳輸的延遲的情況下，可以通過系統軟件計算。對 CRU編程，以便對于給定的網絡配置簡單相加這些可以預計的延遲，從而對于 網絡中的每個RAM計算總的可以預計的傳輸延遲。這個預計的值等同于從詢問 命令自CRU發送的時間直至給定的RAM在記錄時間段的開始針對它的信道進 行相應的啟始幅度采樣的時間之間的總延遲。
在本優選實施例中，在進行了地震記錄的第一次采樣之后，按照RAM自 身的內部時鐘，RAM繼續以等同于編程的采樣時間段，例如每2ms，的時間增 量來進行采樣。RAM內部時鐘可以是相對低功率并且易于漂移(drift - prone ) 的時鐘，諸如具有例如2.5份(parts)每百萬(PPM)的漂移的溫度補償晶體振 蕩器(TCXO)。然而，CRU中的系統主時鐘更精確得多、消耗功率也大得多。 通常它可以具有諸如0.02PPM的漂移率。系統主時鐘可以使用諸如來自GPS時
鐘的外部時間源來周期性地校正。
在進行下一次采樣之前，免除RAM對接收來自CRU的各個和每個詢問命 令的依賴，具有在系統效率方面的優勢，以及在從CRU至RAM的傳輸中零星 誤差的情況下防止誤差的優勢，這也是本發明的新特點。
隨著RAM在記錄時間段，按照它的時鐘比如每2ms,在啟始采樣之后進行 幅度采樣，由于在它的時鐘中增加積累誤差因此采樣會逐漸從意圖的采樣時間 漂離。如果不使用本優選實施例的方法，當記錄時間段的長度很大時，誤差會 變得很大，以至于無效及返回無用的幅度數據。圖19示意了啟始采樣時間和后 來的采樣時間之間的時鐘漂移誤差的積累。
以作為本優選實施例的方法的下面所述的方式，可以監視這個RAM時鐘漂移。
1. 按照預確定的詢問命令的接收進度，例如每100次接收，在記錄時間段 開始時以第 一詢問命令開始，RAM周期性地存儲它的時鐘時間。
2. 在記錄時間段結束時，或當CRU請求時，RAM將它的存儲的時鐘時間 的表發送回CRU。
間，并且知道關于RAM的總的可預計延遲，建構了關于由RAM時鐘時間比 (versus )主時鐘時間的值組成的RAM時鐘的漂移曲線。
任何在傳輸中出問題并因而沒有被RAM接收的詢問命令將把它的計數減 一并引起漂移曲線中的診斷位移(diagnostic shift )。除非傳輸誤差極大，本方法 包括了這樣的詢問命令傳輸誤差的檢測和校正。
使用關于每個RAM的每個信道的漂移曲線和總預計延遲，CRU計算每個 RAM進行它的幅度采樣的實際時間。圖20示意了兩組時間，在代表性的模擬 地震波形上標記出的希望的時間和實際時間。實際采樣提供了按照主時鐘估算 在意圖的采樣時間的幅度的基礎。簡單回歸或曲線擬合方法可被用于計算在意 圖的時間的估算的幅度值。或者，可以使用在本領域眾所周知的更精致的方法， 諸如(sinX) /X或最佳最小均方誤差(LSME)插值濾波。這樣，CRU針對每 個所記錄信道計算對于理想意圖的采樣時間的幅度值，有效地實現目標。
如果記錄時間段的持續很短，例如10秒，則計算RAM時鐘的漂移可能是 最不重要的。對于很長的記錄時間段，諸如300秒或更長，則這是重要的，因 此在諸如震動源滑掃(Vibroseis Slip-Sweep)之類的方法要求的連續或準連續記
錄的實施中，這是無價的。
如果在窗口 (例如<0.2ms)之內RAM時鐘的相對漂移量是不明顯的，則 在相對短的持續時間，例如10秒，的時間窗口上計算的關于信道的平均時間誤 差可以用于時移(time-shift)這個窗口之內的所有幅度采樣。
對于記錄系統中許多RAM的每一個，RAM時鐘漂移是不同的，這些不同 的RAM時鐘漂移表明要在不同時間進行的對于不同RAM的原始幅度采樣。 在這方面本發明中記錄系統是異步系統，而不是現有技術中的同步系統。另夕卜， 詢問命令傳輸中有意施加的延遲也對系統的異步性質有所貢獻(同時允許沿基 線和接收器線的數據吞吐量最大化)。
校正時間釆樣的新方法使異步系統能夠實現在效果上是同步的所希望的采 樣。因為系統起初是異步的，因此它能夠實現同步系統不可能實現的網絡和系 統效率。
僅僅作為示例，本發明不限于此。根據本發明所公開的內容，替代的實施例和 操作技術對本領域普通技術人員是顯而易見的。因此，在不背離本發明權利要 求的精神的情況下，可以對本發明進行修改。
權利要求
1. 一種記錄地震測量數據的方法，包括如下步驟a. 生成陸地傳輸的地震測量事件；b. 由多個物理上間隔開的傳感器探測所述事件的地震反射，所述多個傳感器包括一個或多個第一傳感器以及一個或多個第二傳感器；c. 由所述傳感器生成對應于所述地震反射的相應第一和第二傳感器信號；d. 將所述第一和第二傳感器信號沿相應的信號信道傳輸至相應的第一和第二信號處理模塊，該第一和第二信號處理模塊提供選擇性地可變的數字數據傳輸頻率；以及e. 由所述第一和第二信號處理模塊將對應于所述地震反射的第一和第二數字信號傳輸至信號記錄系統，所述第一和第二數字信號由所述第一和第二信號處理模塊以從作為關于在所述第一和第二信號處理模塊之間的數字信號載波的物理特性的函數的預定頻譜中自動選擇的數字數據頻率進行傳輸。
2. 根據權利要求2的記錄地震測量數據的方法，其中，所述第一和第二傳感器信號是數字傳感器信號。
3. 根據權利要求2的記錄地震測量數據的方法，其中，所述第一和第二數字信號以作為相應數字信號載波的長度的函數所選擇的數字數據頻率進行 傳輸。
4. 一種記錄地震測量數據的方法，包括下述步驟a. 生成陸地傳輸的地震測量事件；b. 由多個物理上間隔開的傳感器探測所述事件的地震反射，所述多個傳感器包括一個或多個第一傳感器以及一個或多個第二傳感器；c. 由所述傳感器生成對應于所述地震反射的相應第一和第二傳感器信號；d. 將所述第一和第二傳感器信號沿相應的信號信道傳輸至相應的第一和第二信號處理模塊，該第一和第二信號處理模塊提供選擇性地可變的數字數據傳輸頻率；以及e. 由所述第一和第二信號處理模塊將第一和第二數字信號傳輸至信號記 錄系統，對應于所述地震反射的所述第 一和第二數字信號由所述第 一和第二信 號處理模塊以從作為傳感器信號信道的總體數量的函數的預定數據位頻譜中 選擇的數字數據位速率進行傳輸，該傳感器信號信道將傳感器信號經由所述信 號處理模塊傳輸到所述記錄系統。
5. 根據權利要求4的記錄地震測量數據的方法，其中所述第一和第二傳 感器信號是數字傳感器信號。
6. 根據權利要求4的記錄地震測量數據的方法，其中所述數字數據位速率是手動選^^的。
7. 根據權利要求4的記錄地震測量數據的方法，其中所述數字數據位速 率是自動選擇的。
8. —種記錄地震測量數據的方法，包括下述步驟a. 生成陸地傳輸的地震測量事件；b. 由多個物理上間隔開的傳感器探測所述事件的地震反射，所述多個傳 感器包括一個或多個第 一傳感器以及一個或多個第二傳感器；c. 由所述傳感器生成對應于所述地震反射的相應第一和第二傳感器信d. 將所述第一和第二傳感器信號沿相應的信號信道傳輸至相應的第一和 第二信號處理模塊，該第 一 和第二信號處理模塊提供選擇性地可變的數字數據 傳輸頻率；e. 由所述第一和第二信號處理模塊處理所述第一和第二傳感器信號，從 而以選擇性地變化的數據位速率傳輸對應于所述地震反射的第 一和第二數字 數據信號；f. 由相應的數字信號載波將所述第一信號處理模塊鏈接到所述第二信號 處理模塊并將所述第二信號處理模塊鏈接到地震記錄系統；g. 作為相應鏈接的數字信號載波的物理特性的預定函數而選擇用于所述 第一和第二信號處理模塊的數字數據位速率；以及h. 以所述選擇的數字數據位速率沿著將所述第二信號處理模塊鏈接到所 述地震記錄系統的所述數字信號載波而將第一和第二數字lt據信號傳輸到所 述信號記錄系統。
9. 根據權利要求8的記錄地震測量數據的方法，其中所述數字數據位速 率選擇是手動操作者函數。
10. 根據權利要求8的記錄地震測量數據的方法，其中所述數字數據位 速率選擇是包括所述信號記錄系統的中央處理單元的自動控制函數。
11. 根據權利要求8的記錄地震測量數據的方法，其中所述第一和第二 傳感器信號是數字信號。
12. 根據權利要求8的記錄地震測量數據的方法，其中用于所述第一和第二信號處理模塊的所述數字數據位速率是作為相應鏈接的數字信號載波長 度的函數而被選擇的。
全文摘要
一種地震測量系統，具有用來獲取地震信號并經由排列在接收器線和基線矩陣中的電纜、其它RAM、和線分接頭單元(LTU)的網絡與中央記錄系統(CRU)通信的遠程獲取模塊(RAM)。每個RAM循環地將模擬信號值轉換為數字的，形成數據包。詢問命令從CRU發出，由介入LTU和RAM以策略延遲而被中繼，由RAM接收。每個命令均導致RAM傳輸數據包。設置策略延遲，以使線的傳輸能力能被最好地利用。傳輸的功率和頻率是由CRU可選擇的，以優化性能。電纜包含多個通信對。RAM和CRU之間的網絡路徑從CRU建立，并在故障情況下被改變。所有類型的網絡元件都是可以相互連接的。所記錄的采樣是同步的。
文檔編號G01V1/22GK101387707SQ20081014412
公開日2009年3月18日 申請日期2003年6月3日 優先權日2002年6月4日
發明者唐納德·G·張伯倫 申請人:Geo-X系統有限公司