地震陆地资源勘探系统基于ARM的无线数据采集技术研究+程序(2)
1.2 相关技术发展状况
1.2.1 地震勘探与高分辨率数据采集技术地震陆地资源勘探包括反射法、折射法和地震测井。三种方法在陆地和海洋均可应用。目前地震勘探方法发展到今天，已经并持续融入到当代最尖端的科学技术当中，可以解决油气地质表层大的问题能力在不断的增强，除了能清楚的知道地下地层分布和组成构造结构，准确圈定各种构造圈中闭外，在寻找当中和发现隐蔽油气圈闭和直接找油气等功能方面也取 得显着的效果。地震勘探仪器国际上发展已经历了 6 代[2]：模拟光点记录地震仪，模拟磁带记录地震仪，数字磁带记录地震仪，早期遥测地震仪，超大规模集成电路地震仪，全数字遥测地震仪。中国的地震勘探的相关工作从1951 年开始，在我国主要将地震勘探技术应用于石油、天然气、煤田勘查以及工程地质勘查。发展到目前为止，我国的地震陆地资源勘探技术较世界上先进的水平诸如法国以及美国一些技术还有较大差距，投入的研究不够多，主要是跟踪与应用国外的现金技术，以引入并改进为主。在野外采集方面主要有以下措施：第一，仪器采用频谱整形滤波器，弥补大地对高频成分的吸收，提高仪器相对高频信号的动态范围和信躁比；第二，仪器采用 24位模数转换器，使瞬时动态范围提高到 114分贝；第三，将检波器埋在低降速带以下的井中，以克服低降速带对高频的强烈吸收和避免地表高频的干扰。目前数据采集有专用芯片组和自己设计 ADC 转换芯片两种方式。 自主设计的方式可以达到数据采集精度的要求，但是设计难度大、技术要求高，可靠性难以超越专业芯片组；采用专业芯片组的方式，因为专业芯片组是专门针对地震勘探数据采集设计的，适应性强，易于实现高可靠、高品质的数据采集，因而成为国际上地震勘探数据采集的主流方案。地震陆地资源勘探系统是地下资源（石油、煤炭、天然气、页岩气以及其他固态地质资源等）的专业勘探设备，由人工地震源、地震检波器阵列、基于嵌入式微处理器的前置数据采集器阵列、海量数据存储器、数据传输系统、中央工作站、工作站系统控制软件、数据库等环节及软件组成。地震检波器阵列感知地下的地震回波，前置数据采集器采集地震检波器感知的回波，并将数据存储至海量数据存储器中；数据传输系统将存储器中的数据上传至中央工作站存储并由专门软件处理分析。在目前的研究成果看来，地震波数据采集技术已非常成熟，能够很好地采集并还原地震勘测中的原始数据，专用的高分辨率 ADC 已商品化，随着勘探系统向高密度、大采集道方向发展，一套完整的地震资源勘探系统的采集道数已经可以达到 10万道甚至百万道，由此也就带来以下问题：①传统的有线传输方式下，电缆密度大大增加，成本上升，敷设困难加大，且引起系统可靠性问题；②数据量大幅增加，给数据传输带来巨大的压力；③检波器（采集器）定位及采集同步难度加大。因此，地震波数据采集技术的研究重点转向基于无线网络技术的同步数据采集及检波器高精度定位。随着嵌入式技术、微机电技术以及数字滤波技术的发展，地震数据采集技术的发展呈现以下趋势：（1）检波器数字化。传统检波器或现代 MEMS 检波器与信号调理、数据采集、数据存储和 MCU 集成于一体，可独立完成地震波检波、信号放大、数字化与存储以及数据传输等以往由多个环节完成的任务，每一个检波器即构成一个传统意义上的采集站，成本大幅下降，可靠性大大提高。（2）数据传输高速化、网络化。数据传输随着高速网络技术不断提高与完善将不再成为地震资源勘探系统的技术瓶颈， 数据传输的效率及可靠性将大幅提高，今后将以无线高速网络传输或高速串行总线传输为主要传输手段[3]， 传输速率将大于 20Gbps。1.2.2 地震数据采集节点采集数据的无线传输技术无线数据传输一般有 ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、红外、2G/3G/4G等技术。ZigBee 技术更加适用于传输距离较近，传输功率较低，传输速率较低的情况，同时其使用成本较比其他技术也低很多；红外技术同样也有成本低的优点，同时其操作更加容易，但其灵活性较差，对于测试地域的具体情况的要求较高；蓝牙技术在日常生活中的计算机、手机等电子设备方面应用较为广泛，但其使用协议复杂、开发成本高，在本课题相关的工程上运用较少；Wi-Fi 技术适合多媒体应用，其实现成本较高，功耗大，传输距离大的时候其数据传输安全性较差。