一種單通道無纜存儲式地震儀的無線監控方法與流程

本發明涉及一種地震儀實時工作狀態的無線監控領域,尤其是一種單通道無纜存儲式地震儀工作狀態的無線監控方法。

背景技術：

隨著地震勘探設備的不斷發展，無纜地震儀逐漸取代了有纜地震儀，省掉了笨重的傳輸大線，施工團隊的機動性更好。一般情況下，有纜系統的線纜部分可以占到整個系統重量的百分之七十左右，無纜設備沒有這部分重量，更易于鋪設和回收，施工成本低。無纜系統在面對復雜地形時，處理辦法更加多變靈活，可以應付有纜系統無法處理的勘探任務。當勘探系統的配置達到萬道以上時，無纜系統優勢更為明顯。

無纜存儲式地震儀通過數據采集自存儲替代了有纜地震儀地震數據的長距離大線傳輸，具有布置靈活、不受地形限制的優點，同時降低了地震儀的成本、體積以及重量。單站單通道地震儀是無纜存儲式地震儀的一種特殊實現形式，自身獨特的優勢為:每臺儀器采集一道地震數據，采集通道彼此之間完全隔離，完全消除道間串音的影響，相比于單站多通道地震儀，單站單通道地震儀成本和功耗更低、體積更小。非常適合應用在大道數、寬方位、高精度的地震勘探工作中。但是無纜地震儀沒有集成無線通訊系統，無法實時有效地監測儀器狀態和采集數據的質量。具有封閉性的技術缺陷。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于提供一種單通道無纜存儲式地震儀的無線監控系統和監控方法，解決單站單通道存儲式地震儀封閉性的技術缺陷問題。

本發明是這樣實現的，

一種單通道無纜存儲式地震儀的無線監控方法，

將每個單通道地震儀通過SPI接口連接一具有內部集成TCP/IP協議棧的Wi-Fi模塊；

設置一上位機，通過與Wi-Fi模塊建立網絡連接對單通道地震儀工作狀態的實時監控；

上位機與單通道地震儀按照如下的方式建立網絡模式：建立AP組網與Ad-hoc組網，

在AP組網模式下，通過在中心服務器作為上位機運行上位機軟件與單通道地震儀的信息輸出之間設置車載無線大功率AP，通過無線大功率AP與單通道地震儀進行點對多的無線通訊，同時中心服務器通過接入無線大功率AP監控與無線大功率AP連接的地震儀的工作狀態與數據質量；

在Ad-hoc組網模式下，通過手持移動設備作為上位機運行上位機軟件與單通道地震儀進行點對點通訊，對單個地震儀的工作狀態與數據質量的監控。

進一步地：上位機軟件通過向單通道地震儀發送命令對單通道地震儀工作狀態的實時監控，監控流程如下：對于上位機軟件發送的特殊格式的命令，單通道地震儀由通訊進程首先根據命令的內容與單通道地震儀采管程序所處的工作狀態，首先給出“接受/拒絕”回應；只有被“接受”的命令會被發送至采管進程，采管進程根據命令的要求進行相應操作，完成操作后，將操作結果反饋給通訊進程，最后由通訊進程發送“操作結果”至上位機軟件。

進一步地：在Ad-hoc組網模式下，采用單站單通道上位機與單通道地震儀相互通訊，單通道地震儀的Wi-Fi模塊設置固定的IP地址固定與端口，單通道地震儀作為服務器，手持設備作為客戶端連接單通道地震儀的無線信號，手持設備的IP地址由無線設備的DHCP功能自行分配。

進一步地：在AP組網模式下，設置無線大功率AP為固定的IP地址與端口，將中心服務器通過有線或無線接入無線大功率AP，查詢無線大功率AP中當前接入的單通道地震儀，對未接入的單通道地震儀進行單個設置或修正，使其連入無線大功率AP，單通道地震儀的IP地址及端口由無線大功率AP的DHCP功能自行分配。

進一步地：施工前，運行上位機軟件對單通道地震儀發送自檢指令，逐一校對地震儀是否存在故障，將帶故障的單通道地震儀修正或剔除，同時運行上位機軟件對各個單通道地震儀的采樣率、增益等進行統一查詢、修改和設置。

進一步地：震源作業時，運行上位機軟件喚醒單通道地震儀并進行采集作業；此時運行上位機軟件監測各個地震儀的狀態，通過向單通道地震儀發送命令將當前地震儀的采集數據實時顯示，觀測采集系統工作是否異常并作相應處理。

進一步地：震源停止工作時，運行上位機軟件發送指令使單通道地震儀進入休眠模式。

本發明與現有技術相比，有益效果在于：

本發明基于地震勘探學的基本原理，設計了一款具有野外工作運行可靠、執行效率高、操作性能好等優點的單通道地震儀無線監控系統。經實際測量，在空曠的野外無線傳輸距離可達120米，滿足了地震單通道地震儀進行無線監控的數據傳輸距離要求。在上位機端完成地震波形的實時顯示以及與單通道地震儀的命令交互，命令交互包括單通道地震儀采樣率、增益的查詢與設置以及對單通道地震儀運行狀態的控制，包括開始采集、停止采集、休眠、喚醒等。這種無線監控方案，實現了對地震數據采集的現場實時質量監控，保證了施工質量和效率。

附圖說明

圖1為本發明實施例采用的Wi-Fi模塊結構框圖；

圖2為單通道地震儀的主控制器與Wi-Fi模塊的連接圖；

圖3為Wi-Fi驅動程序流程圖；

圖4為上位機軟件的整體框架圖；

圖5為AP組網模式無線監控結構圖；

圖6為Ad-hoc組網模式無線監控結構圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本發明實施例提供了一種單通道無纜存儲式地震儀的無線監控方法，

將每個單通道地震儀通過SPI接口連接一具有內部集成TCP/IP協議棧的Wi-Fi模塊；

設置一上位機，通過與Wi-Fi模塊建立網絡連接對單通道地震儀工作狀態的實時監控；

按照如下的方式建立網絡模式：建立AP組網與Ad-hoc組網，

在AP組網模式下，通過在中心服務器作為上位機運行上位機軟件與單通道地震儀的信息輸出之間設置車載無線大功率AP，通過無線大功率AP與單通道地震儀進行點對多的無線通訊，同時中心服務器通過接入無線大功率AP監控與無線大功率AP連接的單通道地震儀的工作狀態與數據質量；

在Ad-hoc組網模式下，通過手持移動設備作為上位機運行上位機軟件與單通道地震儀進行點對點通訊，對單個地震儀的工作狀態與數據質量的監控。

參見圖1，具有內部集成TCP/IP協議棧的Wi-Fi模塊，Wi-Fi模塊采用MCU+Wi-Fi型設計，模塊內嵌小型MCU，集成TCP/IP協議棧，預留外設接口。電源管理模塊通過對Wi-Fi模塊進行3.3V的電源輸入，同時Wi-Fi內部集成天線，進行數據發射和接收。

本實施例中采用的地震儀與Wi-Fi模塊的接口圖，如圖2所示。地震儀的主控制器具有引腳M_SPI_MOSI、引腳M_SPI_MISO、引腳M_SPI_CLK、引腳M_SPI_CS這四個引腳是標準的SPI接口。提供一個中斷M_IO_INT引腳，用以引出Wi-Fi模塊出現異常的時候引起主控制器的中斷。Wi-Fi模塊Reset_n引腳用來進行對Wi-Fi模塊的復位，當數據傳輸出現故障時，主控制器通過Reset_n引腳對Wi-Fi模塊進行復位重啟操作。

本發明采用上位機軟件可以通過向單通道地震儀發送命令來實現對單通道地震儀工作狀態的實時監控，監控流程如下：對于上位機軟件發送的特殊格式的命令，單通道地震儀由通訊進程首先根據命令的內容與單通道地震儀采管程序所處的工作狀態，首先給出“接受/拒絕”回應；只有被“接受”的命令會被發送至采管進程，采管進程根據命令的要求進行相應操作，完成操作后，將操作結果反饋給通訊進程，最后由通訊進程發送“操作結果”至上位機軟件。

上位機軟件整體框架如圖4所示，

控制功能：單通道地震儀在放炮之前喚醒，在停止施工期間休眠，單通道地震儀可有選擇地進行采集工作。在單通道地震儀工作期間，上位機軟件也可以通過Wi-Fi控制其開始采集、停止采集、通道測試等。這樣大大節省了數據存儲空間，降低了采集系統的功耗，延長了儀器的待機時間，提高野外勘探作業的工作效率和靈活性。

配置功能:配置系統采樣率、增益等。在單通道地震儀布設之前，在主控中心由電腦終端的上位機軟件通過無線的方式完成采樣率、增益等參數的配置。其采樣率可以被配置為250sps、500sps、1000sps、2000sps、4000sps，其增益可以被配置為1、2、4、8、16、32、64。

查詢功能:當采樣率和通道增益均被配置完成后，上位機軟件可隨時通過查詢命令獲得地震儀當前的配置信息和版本號信息。

自檢功能：控制地震儀進行自檢，并能回收自檢數據。單通道地震儀布設到野外后，根據自檢結果對有問題的地震儀進行參數設置和系統復位、修復等操作來解決問題，節省人力物力，提高單站單通道地震儀智能化控制程度。

地震波形實時顯示功能：

野外圖形操作員通常要對地震數據資料進行質量鑒定，根據波形顯示能及時準確了解現場采集數據的好壞，迅速判斷出數據采集的系統工作是否異常，以及系統的道間一致性等性能信息，實現對地震采集資料進行有效的質量控制。上位機軟件根據相應指令收到數據后將實時顯示地震波形圖。

單站單通道地震儀的無線模塊使用了兩種組網模式：Ad-Hoc組網模式和AP組網模式。在AdHoc組網模式下，上位機軟件作為客戶端，單通道地震儀作為服務器。在AP組網模式下，上位機軟件作為服務器，地震儀單通道地震儀作為客戶端。登錄界面上位機軟件可以選擇作為客戶端或服務器登錄，那么地震數據傳輸由則上位機軟件獨立完成，即客戶端與服務器之間的數據交互。

當對單個單通道地震儀進行監控時：

采用單站單通道上位機與單通道地震儀3相互通訊，單通道地震儀的Wi-Fi模塊IP地址固定設置為192.168.1.100，端口為9000，也可以根據需要設置其他數值，具體根據需要而定。單通道地震儀作為服務器，手持設備作為客戶端連接地震儀的無線信號，其IP地址將有無線設備的DHCP功能自行分配，其工作示意圖如圖6所示。

當對多臺地震儀進行統一監測時，

使用中心服務器1上位機軟件的工作人員，設置大功率AP2，這里的大功率AP指的是大功率、長距離的無線接入點，示意圖如圖5所示，這里大功率AP作為一個中轉站，因為其無線信號傳輸距離大于WiFi模塊的傳輸距離，而實際區域性勘探時距離不是太近，因此需要大功率AP作為中轉。

大功率AP的IP地址為設置為192.168.1.1，端口設置為9000將服務器通過有線或無線接入大功率AP，查詢此時AP中當前接入的單通道地震儀3，單通道地震儀中的WiFi模塊連入大功率AP，對未接入的地震儀進行單個設置或修正，使其連入大功率AP，地震儀IP地址及端口由大功率AP的DHCP功能自行分配，其工作示意圖如圖5所示。

施工前，上位機即運行上位機軟件的設備，對單通道地震儀發送自檢指令，逐一校對地震儀是否存在故障，將帶故障的地震儀修正或剔除。同時上位機對各個地震儀的采樣率、增益等進行統一的的查詢、修改和設置。

震源作業時，上位機即運行上位機軟件的設備，喚醒單通道地震儀并進行采集作業；此時上位機監測各個地震儀的狀態，通過向地震儀發送命令將當前地震儀的采集數據實時顯示在上位機中，觀測采集系統工作是否異常并作相應處理。

震源停止工作時，上位機發送指令使單通道地震儀進入休眠模式，這種工作方式大大降低了單通道地震儀的功耗，并且沒有空采集的時間，后續數據處理工作量也大大降低。

硬件設備的驅動程序的兩種組網模式，在對單個地震儀進行無線監控時，采用Ad-hoc網絡進行組網，當對非單一地震儀統一監控時，采用AP網絡進行多臺地震儀的同時監控。其驅動程序流程圖如圖3所示。

模塊初始化后，上位機以及單通道地震儀自動開始連接，若是，則等待IP返回指令，開啟Socket端口后發送和接受數據，關閉Socket端口命令，結束，若無連接，則掃描無線網絡，加入無線網絡后，配置IP指令，開啟Socket端口后發送和接受數據，關閉Socket端口命令，結束。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。