CN1871528A - 单站无线地震数据采集方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种地震数据采集设备，它具有与地震勘探排列中的传感器单元共处一地的记录器，和与中央记录器直接通信的通信装置。位于记录器中和/或位于中央控制器中的存储器保存与传感器单元相关的位置参数，所述参数可被更新。地震数据采集方法包括检测地震能量，并在传感器位置记录检测的能量。通过从每个记录器人工取回可拆卸的存储器，通过信息的无线传输，或者通过借助电感或电缆连接器及传送装置，从每个记录器移送信息，把记录的信息传送给中央记录器。

Description

单站无线地震数据采集方法和设备

背景技术

石油公司进行地震勘测，以降低风险和减少定位和开采新的油气田的成本。于是，地震勘测是具有无形回报值的先期成本。从而，使地震勘测的成本最小化，并用最小的时间获得优质结果是地震勘测处理的重要方面。

通过在地表部分部署大型的地震传感器阵列，进行地震勘测。一般来说，这些阵列覆盖50平方英里，可包括2000～5000个地震传感器。能量源(例如埋入的炸药)在该阵列内被释放，所得到的冲击波是通过大地的地下结构传播的声波。一部分所述声波在地下间断面，例如油气储层被反射。这些反射随后由传感器阵列在地表检测并被记录。这里把这种检测和记录称为地震数据采集，也可在无主动地震能量源的情况下被动进行地震数据采集。

通过把能量源移动到不同的位置，同时在阵列内收集数据，产生地下结构的三维图或者地震图像。该三维图随后被用于决定钻井位置，贮量规模和油层深度。

确定地震图像的质量和分辨率的一个非常重要的因素是阵列中传感器的密度。本领域的技术人员知道传感器密度越大，即阵列中的传感器的数目越大，那么提供更锐敏、更清晰的图像。

传感器的密度通常受经济和可靠性因素限制。如果成本可被降低，并且可靠性增大，那么能够获得更高质量的地震图像。较好的图像质量能够实现更好的钻井决策，从而降低石油公司的投资风险。

传统的传感器一直是地震检波器速度测量传感器。目前，加速度计正在得到更广泛的利用，并且正在出现多轴或多分量加速度计。多分量(三维)检测已证明与单分量检测相比能产生地下的优良图像。但是，由于增加的记录系统的成本和多分量模拟传感器的实现问题，在过去，多分量检测在经济上一直不可行。随着多分量数字传感器，例如可从Input/Output，Inc.，Stafford，Texas获得的Vectorseis^传感器的出现，多分量数字传感器现在是实用的。但是，为了利用多分量记录实现地震成像的完全优点，与单分量记录相比，多分量记录要求更高的传感器密度。

目前地震数据采集系统的最流行的体系结构是所有传感器的点对点电缆连接。来自传感器的输出信号通常被数字化，并沿着电缆线路被中继到高速主干现场处理设备或者现场箱。高速主干一般按照点对点中继方式与其它现场箱连接，随后与中央记录系统连接，在所述中央记录系统，所有数据被记录到磁带上。

地震数据可被记录在现场箱中以便以后取回，在一些情况下，主要的现场箱将通过无线电链路与中央记录器传递命令和控制信息。在各个现场箱之间，在现场箱和传感器线路之间，以及在传感器之间仍然存在几英里的电缆连接。

上述电缆系统结构导致在勘测区域内部署的100英里以上的电缆。通常在对环境敏感的区域中，在地形不断变化的范围内部署数英里的电缆需要相当大量的设备和人工。

图1表示了典型的地震数据采集系统100。该典型系统100包括一排(“串”)间隔一定距离的地震传感器单元102。每串传感器一般通过电缆连接与数据采集设备(“现场箱”)103耦接，几个数据采集设备和相关的一串传感器通过电缆线路110耦接，从而形成线路108，线路108随后通过电缆线路110与线路接点或者(“交叉线单元”)104耦接。几个交叉线单元和相关的线路通常耦接在一起，随后与容纳主记录器(未示出)的中央控制器106耦接。目前使用的典型传感器单元102是用于测量在大地中传播的声波速度的速度检波器。最近，如上所述，加速度传感器(加速度计)用于测量与声波有关的加速度正在得到广泛接受。对于多分量地震传感器单元来说，每个传感器单元可包含单个传感器元件或者一个以上的传感器元件。

传感器102通常至少间隔大约数十米，例如13.8-220.0英尺。每个交叉线单元104一般进行一些信号处理，随后把处理后的信号保存为地震信息以便以后取回，如上所述。交叉线单元104均并行地或者串行地与用作中央控制器106和所有交叉线单元104之间的接口的单元104a之一耦接。

在常规的电缆系统中，数据从一个传感器单元被转发给下一个传感器单元，并在到达中央记录系统之前，数百次经过现场箱。由于可能丢失大量的信息，任一现场箱或电缆的故障导致记录停止，直到故障被修复为止。从而，常见的电缆系统只具有约45％的平均可用时间。

如上所述的目前的电缆方法的基本体系结构和可靠性问题阻止按明显更高的通道计数调整地震数据采集系统。更新的电缆系统包含不同级别的冗余，以解决单点故障的问题。这些冗余系统包括多个冗余主干，遥测反转(reversal)和其它冗余特征。但是，这些解决方案需要在地面上部署更多的电缆，并且容错仍然局限于几英里长的线路中的故障不大于两个。

地震传感器之间的最佳间距根据所需的图像深度和类型而变化。当部署传感器时，经常遇到障碍物，例如不准许的区域、河流和道路，导致地震队在传感器站之间使用变化的间距。由于连接点之间的间隔固定，因此改变传统电缆系统中传感器之间的距离并不方便。通常勘测队被用于在布置采集设备之前，定位地面上传感器的规划位置。勘测人员随后使用背包式全球定位系统(“GPS”)接收器，并分别在数千个预定的传感器位置的每一个，在地面中植入标桩。于是，典型系统中的阵列部署是分两步进行的过程，增加了地震勘测过程的时间和人工成本。

鉴于上面所述的典型地震数据采集系统，需要传感器单元之间的灵活的间隔距离，这将能够容易地在不同勘测队之间实现设备的共享，而不存在由传感器站距离要求，或者由于特殊环境应用(例如，北极、过渡区和沙漠都需要不同类型的电缆)引起的不兼容电缆的担心。

还需要在传感器单元结合全球定位系统(GPS)技术，以消除识别传感器位置和把传感器部署在所述位置的多个勘测队过程步骤。由于传感器单元并不共同位于数据采集设备处，因此典型的系统存在不可以得到用于勘测分析的真实传感器位置的问题。

发明内容

本发明解决了与上述常规电缆系统相关的一些或全部问题，提供一种具有各个无线传感器站的独立定位的单站无线电体系结构。这允许地球物理学者和地震队更有效地应用该系统，而不存在固定的无线传感器站间隔的约束。

本发明的一个方面是一种包含与大地耦接，检测大地中的地震能量的传感器单元的设备。所述传感器单元向采集装置提供表示出检测的地震能量的信号，所述采集装置与传感器单元共处一地，并且与之耦接以接收信号。存储单元被布置在所述采集装置中，用于保存表示接收信号的信息，通信装置与所述传感器单元和采集装置共处一地，提供与远程控制单元的直接通信。一个或多个位置参数被保存在中央控制器和/或存储单元中。传感器单元可包括多轴加速度计或者速度传感器，比如地震检波器。在一个方面，所述存储单元是可拆卸的，可以是存储卡或者可拆卸的硬盘驱动器。

在本发明的另一方面，采集地震信息的方法包括利用与大地耦接的传感器单元检测大地中的地震能量，把表示检测的地震能量的信号从所述传感器单元发送给与所述传感器单元共处一地的采集装置。随后表示所述信号的信息被保存在置于所述采集装置中的存储单元中。所述方法还包括利用与所述传感器单元和采集装置共处一地的通信装置，直接与远程控制单元通信。一个或多个位置参数被保存在中央控制器和/或存储单元中。

本发明的另一方面是一种探测远程地震数据采集装置的不希望的运动的设备。所述设备包括置于地震数据采集装置中的、探测所述运动并提供表示所述运动的第一信号的传感器。处理器与所述传感器耦接，以便处理所述第一信号，所述处理器提供表示与数据采集装置相关的不希望的运动的第二信号。与所述传感器和采集装置共处一地的通信装置把所述第二信号传送给中央控制器。

根据本发明的一个实施例的方法被用于探测远程地震数据采集装置的不希望的运动。所述方法包括利用置于地震数据采集装置中的传感器探测所述运动，所述传感器提供表示所述运动的第一信号，并利用与所述传感器耦接的处理器处理所述第一信号。所述处理器提供表示与数据采集装置相关的不希望的运动的第二信号，并利用与所述传感器和采集装置共处一地的通信装置把所述第二信号传送给远程中央控制器。

本发明的另一方面是一种地震勘测系统，包括中央控制单元和远离所述中央控制单元的传感器单元，所述传感器单元与大地耦接，以便检测大地中的地震能量，并提供表示检测的地震能量的信号。记录器装置与所述传感器单元共处一地，并且与之耦接，以便接收所述信号，并把表示接收的信号的信息保存在置于所述记录器装置中的存储器中。通信装置与所述传感器单元和采集装置共处一地，提供与中央控制单元的直接通信。一个或多个位置参数被保存在中央控制器和/或记录器装置中。系统可按照被动模式工作，或者通过利用地震能量源按照主动模式工作。

本发明的另一方面是一种部署传感器单元的方法，包括把传感器单元运送到某一位置，部署所述传感器单元，确定所述传感器单元的位置参数，至少部分根据确定的位置参数更新系统参数。

本发明的另一方面是一种地震勘测系统，包括中央控制器，布置成形成具有多个检测位置的地震勘探排列的多个传感器，和多个记录器，所述多个记录器中的每一个记录与从所述多个检测位置中选择的检测位置对应的地震信息，所述多个记录器分别与所述中央控制器直接通信。

本发明的另一方面是一种地震勘测设备，包括布置成形成具有多个检测位置的地震勘探排列的多个传感器，和多个记录器，所述多个记录器中的每一个记录与从所述多个检测位置中选择的检测位置对应的地震信息。

本发明的另一方面是一种包括与大地耦接以检测大地中的地震能量的传感器单元的设备。所述传感器单元向采集装置提供表示检测的地震能量的信号，所述采集装置与所述传感器单元共处一地，并且与之连接以接收所述信号。存储单元被置于所述采集装置中，用于保存表示所接收信号的信息，直接转换无线电收发器提供所述采集装置和远程中央控制器之间的通信。

附图说明

结合附图，根据下面的说明将更好地理解本发明的新特征，以及发明本身，附图中，相同的附图标记指的是相同的部分，其中：

图1表示典型的地震数据采集系统；

图2概念地表示根据本发明的系统；

图3A更详细地示意表示图2的系统；

图3B表示具有集成的地震传感器的无线站单元的一个实施例；

图3C图解说明供本发明的一个实施例中使用的多分量传感器；

图3D示意表示根据本发明的具有可选的模-数转换器的传感器单元。

图4示意表示根据本发明的包含与模拟输出传感器单元接口的电路的无线站单元；

图5示意表示根据本发明的包含与数字输出传感器单元接口的电路的无线站单元；

图6A-6C表示根据本发明的无线站单元的几个备选实施例；

图7表示数据采集之后，传送保存在存储卡上的信息的一种方法。

具体实施方式

图2示意表示了根据本发明的系统。系统200包括一个中央控制器202，中央控制器202与形成地震数据采集阵列(勘探排列(spread))210的多个无线传感器站208中的每个直接通信。每个传感器站208包括用于检测地震能量的一个或多个传感器212。这里使用的直接通信指的是如图2中用虚线箭头描绘的个别化数据流。数据流可以是双向的，以允许命令和控制指令从中央控制器202被发送给每个无线传感器站208，以及质量控制和/或选择的预处理地震信息从每个无线传感器站208流向中央控制器202。通信可以采取通过适当的天线204，在中央控制器202发射和接收的无线电信号的形式。通过检测在大地中传播的自然或随机的地震能量，系统200可按照被动模式工作。通过利用地震能量源206提供已知量级的地震能量和源位置，系统200还可按照主动模式工作。

根据图2中所示的概念表示法，一些优点是明显的。其中，使用单个无线传感器站208来形成勘探排列210消除了互连的电缆，例如与上面所述的典型线路相关并且示于图1中的电缆110。这些电缆的消除向勘测队提供移动个别传感器而不影响勘探排列中的其它传感器的放置的选择。另一优点是降低了整个勘探排列的重量。典型的勘探排列需要重达55000磅或者更高的几英里的互连电缆。这样极大的重量使勘测队工作速度变慢，并且在燃料、时间和材料方面增大了部署的成本。

另一优点是消除了单点故障，所述单点故障能够导致至少源于整条线路的传感器的数据损失。图1的典型系统中的故障电缆或电缆连接器，故障现场箱或者故障交叉线单元导致这样的信息损失。本发明的单站无线电体系结构提供采集单元和中央记录系统之间的独立通信路径。单一无线电采集单元的故障导致数据只从一个传感器站被丢失，在修复该传感器站的时候，记录能够继续进行，而不会丢失来自其它传感器站的信息。

图3A更详细地示意表示了系统200。中央控制器202包括具有处理器302和存储器303的计算机300。利用键盘306和鼠标或其它输入装置308和诸如监视器310之类的输出装置，操作者能够与系统200交互。利用置于中央控制器202中的中央发射器-接收器(“收发器”)单元312以及天线314，实现勘探排列210中的远程系统组件和中央控制器202之间的通信。

中央处理器202与每个无线传感器站208通信。所示的每个无线传感器站208包括无线站单元316，与和中央控制器202一起使用的天线314兼容的天线318，和与对应的无线传感器站共处一地(co-located)的响应大地中传播的声能的传感器单元320。这里使用的共处一地意味着布置在公共位置，一个组件在另一组件的几英尺范围内。于是，每个传感器单元320可通过较短的电缆322，例如长度约1米的电缆322与对应的无线站单元耦接，或者通过如图3B中所示，在公共外壳324中把传感器单元320和无线站单元316结合起来，耦接它们。

传感器单元320中使用的一个传感器可以是如图3C中所示的多分量传感器326。所示的多分量传感器包括结合微机电系统(MEMS)技术和专用集成电路(ASIC)的三分量加速度计传感器，例如可从Input/Output，Inc.，Stafford，Texas获得的Vectorseis^传感器模块。但是，本发明并不排除使用速度传感器，比如常规的地震检波器，或者使用诸如常规水听器之类的压力传感器的选择。能够检测地震能量的任何传感器单元将提供本发明的一个或多个优点。此外，本发明有益的是利用如图所示的单个传感器单元320，或者传感器单元320可包括成串连接的多个传感器。

图3D示意表示在传感器单元320的一个实施例中的一个组件328。本领域的技术人员会认识到通过提供基本上和所示一个组件类似的另外的组件，能够实现沿多个轴测量地震能量的三分量传感器。于是，无需进一步的举例说明。所示的传感器组件328包括检测在大地中传播的地震能量的检测元件330。检测元件检测由地震能量引起的运动，并提供表示所述运动的模拟输出信号。传感器组件包括发射器/接收器电路322，发射器/接收器电路322接收检测元件输出信号，并把所述输出信号传送给无线站单元，以便进一步处理、存储和/或无线传送给中央控制器。如图3D中虚线所示，可选的模-数转换器(“ADC”)334可被加入到传感器单元320中，以便从传感器单元320提供数字信号。当传感器单元320提供模拟输出信号时，无线站单元316可包括把接收的模拟输出信号转换成数字形式的ADC。

图4示意表示根据本发明的包含与模拟输出传感器单元(未示出)接口的电路的无线站单元400，它起数据记录器的作用。无线站单元400是包括从传感器单元接收输出信号的传感器接口402的采集装置。所示的传感器接口402包括保护电路，开关网络，前置放大器，测试振荡器，及ADC和预处理接收信号的数字滤波电路。传感器接口402部分由现场可编程门阵列(FPGA)和/或ASIC控制器电路404控制。板上本地处理器406处理信号，从而产生表示出在传感器单元检测的地震能量的可存储信息。所述信息可以是数字形式的，以便存储在存储装置408(这里也称为存储单元)中。如所示，存储单元可以是可拆卸的存储单元408和/或专用存储单元408a，耦合410提供对所保存信息的访问和/或把保存的信息传送给外部存储单元411。耦合410可以是如图所示的电缆耦合，或者耦合410可以是电感耦合或光学耦合。这样的耦合是已知的，从而不再详细说明。

存储器408、408a可以是存储信息以便以后收集或传输的具有足够容量的非易失性存储器。存储器可以是存储卡、可拆卸的微型硬盘驱动器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等。

存储卡，也称为闪速存储卡或存储器插件，是用于存储数字信息并且适合于供地震勘探之用的小型存储介质。闪速存储器是一种可以以称为块的存储单位被擦除和再编程的非易失性存储器。它是EEPROM的一种变型，不同于闪速存储器，EEPROM以字节级被擦除和重写。从而，更新闪速存储器通常快于更新EEPROM。

利用诸如板上发射器-接收器电路412之类的通信装置，和为所需的发射/接收频率选择的天线414，实现与中央控制器202的连接，从而提供与远程中央控制器202的直接通信。所示的发射器-接收器电路412是直接转换接收器/合成器/发射器电路，或者，可由软件定义的无线电收发器实现。或者，发射器-接收器电路412可以是提供收发器功能的任何适当电路，比如利用超外差技术的收发器。天线414可包括VHF/UHF天线。其它电路可包括增强与中央控制器202的通信的射频(“RF”)前端电路416和功率放大器418。有利的是，这些电路可以采取可拆卸的无线电频带模块419的形式，以便当和可替换的天线一起使用时，允许在宽频带中工作。直接转换无线电收发器提供在宽频带内工作的优点，使无线站单元400的外形尺寸可以更小，并且降低了可现场运送(field-transportable)单元的总重量。

本地电力由包括板上可充电电池422的电源电路420提供。电池422可以是任何适当的化学电池，可以是用于特定应用的足够容量的镍金属氢化物电池(NMH)，锂离子或锂聚合物可充电电池。电池向电源424提供输出，以便调节和控制给下游电路的电力，电源输出端与电力控制电路426耦接，以便把电力分配给各个本地组件。

电源电路420还包括一个充电装置428和使充电装置428与外部电源431耦接的充电器接口430。充电指示器432提供电源电路420的充电量和/或剩余充电时间。这样的指示器相当常见，无需进一步的描述。

与特定无线传感器站相关的位置参数(例如纬度、经度、方位角、倾斜角等)有助于使勘测中获得的数据相关。在勘测之前，利用预期的传感器位置和标称的传感器定向确定这些参数，根据本发明，这些参数可被调整。位置参数保存在或者在中央控制器中或者在无线站单元400中的存储器303、408中。在一个实施例中，无线传感器站包括全球定位系统(“GPS”)接收器434和相关的天线436。在本实施例中，GPS接收器被示出与处理器406耦接，以及与时钟电路338耦接，以便提供用于使地震信息相关和使数据采集同步的位置参数，比如姿态和位置数据。另一方面，位置参数可被传送给中央控制器并保存在中央控制器中，通过与GPS独立的VHF/UHF无线电链路发送信号，可以实现同步。于是，板上GPS可被看作本发明的一个可选特征。与传感器定向相关的位置参数可由加速度计和/或磁性传感器和/或人工确定。

在一个实施例中，唤醒电路444允许无线站单元在不同的操作模式下控制电池的功耗。可从两个源触发唤醒电路444：无线电接收器412或时钟438。例如在低功率模式下，只向无线电接收器412和唤醒电路444施加电力。如果特定的唤醒命令通过无线电被传送，并被唤醒电路解码，那么诸如处理器406之类的其它电路将被激活，变成在线，从而支持从传感器单元接收的命令和信号的进一步处理。或者，唤醒电路可以通过从时钟438接收的信号测量的预定时间间隔，激励无线电接收器412。以这些间隔，无线电接收器可被短暂激活，以便接收命令，如果在被激活的时间段内没有收到任何命令，那么接收器412将自动地或者依据来自唤醒电路的命令断电。

在一个实施例中，无线站单元400还包括一个运动传感器440，检测无线站单元的不希望的运动，或者在无线站单元周围检测，其中可使用近程传感器。这样的不希望的运动可能由干扰无线站单元的野生动物，土壤运动等引起。此外，所述运动可能是试图偷窃无线站单元的行为的征兆。在后一情况下，无线站单元还包括一个阻止偷窃和使动物远离无线站单元的声响报警器442。任何不希望的运动将由运动传感器探测，运动传感器输出由专用接口电路耦接到无线站单元，或者所述输出可被集成到传感器接口中。

利用板上处理器406处理运动传感器输出，处理后的输出通过板上发射器/接收器412被传送给中央控制器，把不希望的运动通知操作者。GPS接收器输出可连同运动传感器输出一起被处理。这使得如果发生偷窃，那么能够跟踪无线传感器站单元。

在一个实施例中，利用和执行地震能量检测功能的相同传感器单元208实现运动检测的功能。在上面所述的并且参考把传感器单元集成到无线站单元中的图3B的实施例中，地震传感器输出将必然包括与希望的检测地震活动相关的分量，以及与不希望的运动相关的检测分量。该输出和来自GPS接收器的输出信号一起被处理，以指示不希望的无线站单元运动。从而，传送给中央控制器202的输出信号可能包括与不希望的运动相关的信息，以及地震信息，与特定无线站单元316和/或传感器单元320相关的健康状态信息或其它信息。

图5示意表示根据本发明的无线站单元(“采集装置”)500，无线站单元500用作包含与数字输出传感器单元，例如上面所述并且示于图3D中的数字输出传感器单元接口的电路的数据记录器。不像上面所述并且示于图4中的实施例中那样，根据本实施例的传感器接口502不需要ADC，因为当被接收时，该信号已经是数字信号。但是，可以包含ADC，用于使来自运动传感器540的运动传感器输出数字化。所示的传感器接口502包括具有保护电路，电感耦合502a和数字滤波器502b用于调节接收的数字信号和来自FPGA/ASIC控制电路504的传感器控制信号。

虽然本实施例中几乎不需要或不需要传感器接口502的控制，不过传感器单元部分由现场可编程门阵列(FPGA)和/或ASIC控制器电路504控制。板上本地处理器506处理信号，产生表示出在传感器单元检测的地震能量的可存储信息。该信息可以是数字形式的，以便保存在存储装置508(这里也称为存储单元)中。如所示，存储单元可以是可拆卸的存储单元508和/或专用存储单元508a，耦合510提供对所保存信息的访问和/或把保存的信息传送给外部存储单元511。耦合510可以是如图所示的电缆耦合，或者耦合510可以是电感耦合或光学耦合。这样的耦合是已知的，从而不再详细说明。

存储器508、508a可以是存储信息以便以后收集或传输的具有足够容量的非易失性存储器。存储器可以是存储卡、可拆卸的微型硬盘驱动器、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等。

利用诸如板上发射器-接收器电路512之类的通信装置，和为所需的发射/接收频率选择的天线514，实现与中央控制器202的连接，从而提供与远程中央控制器202的直接通信。在一个实施例中，发射器-接收器电路512是直接转换接收器/合成器/发射器电路，或者，可被实现成软件定义的无线电收发器。或者，发射器-接收器电路512可以是提供收发器功能的任何适当电路，比如利用超外差技术的收发器。天线514可以是VHF/UHF天线。其它电路可包括增强与中央控制器202的通信的射频(“RF”)前端电路516和功率放大器518。有利的是，这些电路可以采取可拆卸的无线电频带模块519的形式，以便当和可替换的天线一起使用时，允许在宽频带中工作。直接转换无线电收发器提供在宽频带内工作的优点，使无线站单元500的外形尺寸可以更小，并且降低了现场可移动(field-transportable)单元的总重量。

本地电力可由包括板上可充电电池522的电源电路520提供。电池522可以是任何适当的化学电池，例如用于特定应用的足够容量的镍金属氢化物电池(NMH)，锂离子或锂聚合物可充电电池。电池向电源524提供输出，以便调节和控制给下游电路的电力，电源输出端与电力控制电路526耦接，以便把电力分配给各个本地组件。

电源电路520还包括一个充电装置528和使充电装置528与外部电源531耦接的充电器接口530。充电指示器532提供电源电路520的充电量和/或剩余充电时间。这样的指示器相当常见，无需进一步的描述。

与特定无线传感器站相关的位置(location)参数(例如纬度、经度、方位角、倾斜角等)有助于使勘测中获得的数据相关。在勘测之前，利用预期的传感器位置和标称的传感器定向确定这些参数，根据本发明，这些参数可被调整。位置参数保存在或者在中央控制器中或者在无线站单元400中的存储器303、508中。在一个实施例中，无线传感器站包括全球定位系统(“GPS”)接收器534和相关的天线536。在本实施例中，GPS接收器被表示成与处理器506耦接，以及与时钟电路538耦接，以便提供用于使地震信息相关和使数据采集同步的位置参数，比如姿态和位置数据。另一方面，位置参数可被传送给中央控制器并保存在中央控制器中，通过与GPS独立的VHF/UHF无线电链路发送信号，可以实现同步。于是，板上GPS可被看作本发明的一个可选特征。与传感器定向相关的位置参数可由加速度计和/或磁性传感器和/或人工确定。

在一个实施例中，唤醒电路544允许无线站单元在不同的操作模式下控制电池的功耗。可从两个源触发唤醒电路544：无线电接收器512或时钟538。例如在低功率模式下，只向无线电接收器512和唤醒电路544施加电力。如果特定的唤醒命令通过无线电被传送，并被唤醒电路解码，那么诸如处理器506之类的其它电路将被激活，变成在线，从而支持从传感器单元接收的命令和信号的进一步处理。或者，唤醒电路可以通过从时钟538接收的信号测量的预定时间间隔，激励无线电接收器512。以这些间隔，无线电接收器可被短暂激活，以便接收命令，如果在被激活的时间段内没有收到任何命令，那么接收器512将自动地或者依据来自唤醒电路的命令断电。

在一个实施例中，无线站单元500还包括一个运动传感器540，检测无线站单元的不希望的运动，或者在无线站单元周围检测，其中可使用近程传感器。这样的不希望的运动可能由干扰无线站单元的野生动物、土壤运动等引起。此外，所述运动可能是试图偷窃无线站单元的行为的征兆。在后一情况下，无线站单元还包括一个阻止偷窃和使动物远离无线站单元的声响报警器542。任何不希望的运动将由运动传感器探测，运动传感器输出由专用接口电路耦接到无线站单元，或者所述输出可被集成到传感器接口中。

利用ADC 541，运动传感器输出可被数字化，利用板上处理器506处理数字化输出，处理后的输出通过板上发射器/接收器512被传送给中央控制器，把不希望的运动通知操作者。GPS接收器输出可连同运动传感器输出一起被处理。这使得如果发生偷窃，那么能够跟踪无线传感器站单元。

在一个实施例中，利用和执行地震能量检测功能的相同传感器单元208实现运动检测的功能。在上面所述的并且参考把传感器单元集成到无线站单元中的图3B的实施例中，地震传感器输出将必然包括与所希望的检测地震活动相关的分量，以及与不希望的运动相关的检测分量。该输出和来自GPS接收器的输出信号一起被处理，以指示不希望的无线站单元运动。从而，传送给中央控制器202的输出信号可能包括与不希望的运动相关的信息，以及地震信息，与特定无线站单元316和/或传感器单元320相关的健康状态信息或其它信息。

图6A-6C表示根据本发明的无线站单元的几个备选实施例。图6A表示具有封闭外壳602和结合的可充电电池604的无线站单元600。示出了带有与传感器单元连接的传感器连接器616的短电缆608。天线610与外壳602耦接。设置一个存储器出入口(access door)612，以便允许访问保存在本地存储器614上的信息。在一个实施例中，通过存储器出入口612存储器614是可拆卸的。

图6B表示基本与图6A中所示的实施例类似的无线站单元620的一个实施例。相对于外壳624，电池组622是可拆卸的。优点在于完全充电的电池组可被运送到无线站单元620，以替换用完的电池组，而不必从部署位置移动无线站单元来充电。

图6C表示基本与图6A-B中所示的实施例类似的无线站单元630的一个实施例。但是在本实施例中，相对于外壳634，电池组632是可拆卸的，并且还包括一个存储卡636。本实施例的优点在于在更换电池的同时，其上保存有地震信息的存储卡636可被新的(空的)存储卡替换。显然按照图6A-6C所述的任何实施例能够容易地被改变，形成结合的地震传感器，以消除电缆608。

图7表示在数据采集之后，传送保存在存储卡上的信息的一种方法。信息传送系统700包括与磁带驱动器704耦接的转录器。所示的磁带驱动器704装有磁带706，不过任何适当的存储介质可满足本发明的目的。

一旦数据被写入无线站单元中的存储卡708中，该信息必须被收集并被转录到勘测中的所有无线站的公共储存库中。通过根据使用的无线站单元的实施例，收集可拆卸的存储卡或者存储卡/电池组，并把存储卡708运到转录器系统700。存储卡被放置在存储卡读取器710中，或者被放置在带电池充电器的存储卡读取器中(当使用按照图6C的实施例时)。转发器702从存储卡708读出数据，并把数据编辑成单独的各点(shot)记录。转录器702还进行数据处理，把组合后的处理数据写入电子文件中。这些文件随后被传输给永久存储介质，比如磁带驱动器704中的磁带706。

另一方面，转录器系统700可被运送到每个传感器位置，而不是如上所述收集存储卡。读取器710可以是用于现场传输的任何适当类型的读取器，并且可通过电缆、光学耦合或电感耦合与无线站单元耦接。

在一个实施例中，带有监视器和打印机的计算机可以和转录器702一起使用，把数据显示在计算机监视器上，以便观察和查验，或者在纸质记录上标绘数据。

在几个备选实施例中，使用本发明的方法来检测、记录和把信息从地震传感器位置传输到中央记录器。在一个实施例中，无线站单元基本上和如上所述并且示于图4中的无线站单元相同。每个无线传感器站被运送到预定的勘探排列位置。当到达该位置时，根据地形、障碍物边界等实时地确定该位置的可行性。在必要并且可行的情况下调整该位置。如果被调整，那么与这样调整的特定无线传感器站相关的位置参数(例如纬度、经度、方位角、倾斜角等)被确定并输入，作为更新的系统参数。在一个实施例中，通过利用GPS接收器来确定安置的传感器单元的实际位置，确定这些参数。利用勘测队使用的手动罗盘，或者利用传感器单元中的一个或多个磁力计，可确定其它参数。通过使用确定安置的传感器单元的定向的多分量加速度计也可确定参数。在一个实施例中，更新的系统参数由现场工作人员输入无线传感器站单元自身中。在一个实施例中，在中央控制器输入更新的系统参数。在另一实施例中，通过利用由GPS接收器，加速度计，磁力计和/或布置在无线站或传感器单元或者这两者中的其它传感器确定的位置参数和定向参数，当系统激活和传感器站唤醒时，自动输入更新的系统参数。

参见图2-7，根据本发明的系统200包括远离多个传感器站单元208的中央控制器202。每个传感器站单元208包括远离中央控制器202的传感器单元320。每个传感器单元320与大地耦接，以便检测大地中的地震能量，所述地震能量可以是自然地震能量或者由震源206产生的能量。传感器单元320提供表示检测的地震能量的信号，与传感器单元同处一地的记录器装置316接收信号，把表示接收信号的信息保存在置于记录器装置316中的存储单元408中。通信装置412与存储单元和记录器装置共处一地，用于提供与中央控制器的双向无线通信。

虽然这里详细表示和公开的特定发明能够实现发明目的和提供前面陈述的优点，但是要明白该公开只是作为目前描述的本发明的实施例的例证，而不是对本发明的限制，附加权利要求中描述的除外。

Claims (71)

1、一种地震数据采集设备，包括：

a)传感器单元，用于检测地震能量，所述传感器单元提供表示由所述传感器单元检测的地震能量的信号；

b)采集装置，与所述传感器单元共处一地，并且与之耦接以接收信号；

c)存储单元，具有设置在所述采集装置中用于保存表示所接收信号的信息的第一存储器；

d)第二存储器，用于保存与传感器单元相关的位置参数；以及

e)通信装置，用于提供采集装置和远程中央控制器间的直接通信。

2、按照权利要求1所述的设备，其中传感器单元和采集装置容纳在公共外壳中。

3、按照权利要求1所述的设备，其中传感器单元和采集装置由电缆耦接。

4、按照权利要求1所述的设备，其中传感器单元包括速度传感器和压力传感器之一。

5、按照权利要求1所述的设备，其中传感器单元包括加速度计。

6、按照权利要求1所述的设备，其中传感器单元还包括多分量传感器。

7、按照权利要求1所述的设备，其中传感器单元还包括具有数字输出信号的多分量加速度计。

8、按照权利要求1所述的设备，还包括置于传感器单元中的模-数转换器，所述传感器单元提供的信号包括数字信号。

9、按照权利要求1所述的设备，其中信号是模拟信号，所述设备还包括置于采集装置中把信号转换成数字数据的模-数转换器。

10、按照权利要求1所述的设备，其中第一存储器还包括非易失性存储器。

11、按照权利要求1所述的设备，其中第一存储器还包括可拆卸的存储器。

12、按照权利要求1所述的设备，其中第一存储器还包括微型硬盘驱动器和可拆卸的非易失性存储卡中的一个或多个。

13、按照权利要求1所述的设备，其中存储单元包括把保存在存储单元中的信息传送给外部装置的电感耦接装置。

14、按照权利要求1所述的设备，其中存储单元包括把保存在存储单元中的信息传送给外部装置的光学耦接装置。

15、按照权利要求1所述的设备，其中利用传感器连接器耦接传感器单元和采集装置，存储单元也与传感器连接器耦接，以便利用传感器连接器能够实现保存在存储单元中的信息的取回。

16、按照权利要求1所述的设备，其中与远程中央控制器的通信向所述设备提供无线命令和控制。

17、按照权利要求1所述的设备，还包括与采集单元和通信装置相关的处理器，所述处理器处理能够实现软件定义的无线电收发器的程控指令。

18、按照权利要求1所述的设备，其中通信装置包括用于所述设备和远程中央控制器之间的无线通信的直接转换无线电收发器。

19、按照权利要求1所述的设备，还包括采集单元中的处理器，用于提供本地控制、计时和功率管理中的一个或多个。

20、按照权利要求1所述的设备，还包括置于采集装置中的电源，用于向采集装置、传感器单元和通信装置中的一个或多个提供电力。

21、按照权利要求20所述的设备，其中电源是可拆卸的。

22、按照权利要求20所述的设备，其中电源包括可充电电池。

23、按照权利要求22所述的设备，还包括采集装置中的电感耦合，所述电感耦合在操作上与可充电电池耦接，以允许由在采集装置外的第二电源对可充电电池充电。

24、按照权利要求22所述的设备，还包括置于数据采集装置中的连接器，所述连接器在操作上与可充电电池耦接，以允许由在采集装置外的第二电源对可充电电池充电。

25、按照权利要求22所述的设备，其中可充电电池包括镍金属氢化物电池、锂离子电子和锂聚合物电池中的一个或多个。

26、按照权利要求1所述的设备，还包括用于确定位置参数的与传感器单元相关的GPS接收器。

27、一种地震数据采集方法，包括：

a)利用与大地耦接的传感器单元检测地震能量；

b)把表示检测的地震能量的信号从所述传感器单元发送给与所述传感器单元共处一地的采集装置；

c)把表示所述信号的信息保存在置于所述采集装置中的第一存储器中；

d)把位置参数保存在第二存储器中；和

e)利用与传感器单元和采集装置共处一地的通信装置，直接与远程中央控制器通信。

28、按照权利要求27所述的方法，其中传感器单元选自速度传感器和压力传感器之一。

29、按照权利要求27所述的方法，其中传感器单元包括加速度计，信号表示检测的地震能量的加速度。

30、按照权利要求27所述的方法，其中传感器单元还包括多分量传感器，信号表示至少两个方向上的运动。

31、按照权利要求27所述的方法，其中发送信号包括从传感器单元发送数字信号。

32、按照权利要求27所述的方法，其中发送信号包括从传感器单元发送模拟信号，所述方法还包括在采集装置中使模拟信号数字化。

33、按照权利要求27所述的方法，其中把信息保存在存储单元中包括把信息保存在非易失性存储器中。

34、按照权利要求27所述的方法，其中存储单元还包括非易失性存储器，所述方法还包括从采集装置取下写满的存储单元，以便允许用空的存储单元替换写满的存储单元。

35、按照权利要求27所述的方法，其中存储单元包括电感耦接装置，所述方法还包括利用电感耦合装置，把保存在存储单元中的信息传送给外部装置。

36、按照权利要求27所述的方法，其中存储单元包括光学耦合装置，所述方法还包括利用光学耦合装置，把保存在存储单元中的信息传送给外部装置。

37、按照权利要求27所述的方法，其中利用传感器连接器耦接传感器单元和采集装置，存储单元还与传感器连接器耦接，所述方法还包括利用传感器连接器，取回保存在存储单元中的信息。

38、按照权利要求27所述的方法，其中与远程中央控制器的通信包括给采集装置的命令和控制信号的无线通信。

39、按照权利要求27所述的方法，还包括利用置于采集单元中的处理器，提供本地控制、计时和功率管理中的一个或多个。

40、按照权利要求27所述的方法，还包括利用置于采集装置中的电源，用于向采集装置、传感器单元和通信装置中的一个或多个提供电力。

41、按照权利要求40所述的方法，其中电源包括可充电电池，所述方法还包括利用在采集装置之外、并利用连接器和电感耦合之一与采集装置耦接的第二电源对可充电电池充电。

42、按照权利要求27所述的方法，还包括利用置于采集装置中的时钟电路和处理器，提供计时功能。

43、按照权利要求42所述的方法，其中地震数据采集会话由计时电路启动。

44、按照权利要求27所述的方法，还包括从远程中央控制器向采集装置提供同步信息以便计时。

45、按照权利要求27所述的方法，还包括从远程中央控制器启动地震数据采集会话。

46、按照权利要求27所述的方法，还包括通过无线通信链路，实时地从采集装置向远程中央控制器发送记录状态信息。

47、按照权利要求27所述的方法，还包括通过无线通信链路，实时地从采集装置向远程中央控制器发送信息。

48、一种探测远程地震数据采集装置的不希望的运动的设备，包括：

a)传感器，所述传感器置于地震数据采集装置中，用于探测所述运动，所述传感器提供表示所述运动的第一信号；

b)处理器，所述处理器与所述传感器耦接，以便处理所述第一信号，所述处理器提供表示数据采集装置的不希望的运动的第二信号；

c)通信装置，所述通信装置与所述传感器和采集装置共处一地，把所述第二信号传送给中央控制器。

49、按照权利要求48所述的设备，其中通信装置是无线通信装置。

50、按照权利要求48所述的设备，其中传感器声学上与大地耦接，以便检测大地中的地震能量，第二信号还表示大地中的地震能量。

51、按照权利要求48所述的设备，还包括声学上与大地耦接、以便检测大地中的地震能量的第二传感器，第二传感器提供表示检测的地震能量的第三信号。

52、按照权利要求51所述的设备，其中第一信号和第三信号被组合，第二信号包括组合的第一信号和第三信号。

53、按照权利要求48所述的设备，其中传感器包括加速度计。

54、按照权利要求48所述的设备，其中传感器包括多轴加速度计。

55、一种探测远程地震数据采集装置的不希望的运动的方法，包括：

a)利用置于地震数据采集装置中的传感器探测所述运动，所述传感器提供表示所述运动的第一信号；

b)利用与所述传感器耦接的处理器处理第一信号，所述处理器提供表示数据采集装置的不希望的运动的第二信号；

c)利用与所述传感器和采集装置共处一地的通信装置把第二信号传送给远程中央控制器。

56、按照权利要求55所述的方法，其中传送第二信号包括利用无线通信链路传送第二信号。

57、按照权利要求55所述的方法，还包括利用传感器检测大地中的地震能量，第二信号还表示大地中的地震能量。

58、按照权利要求55所述的方法，还包括利用第二传感器检测大地中的地震能量，第二传感器提供表示检测的地震能量的第三信号。

59、按照权利要求58所述的方法，还包括组合第一信号和第三信号，第二信号包括组合的第一信号和第三信号。

60、按照权利要求55所述的方法，其中探测运动包括利用具有一个或多个敏感轴的加速度计检测加速度。

61、一种地震勘测系统，包括：

a)中央控制器；

b)远离所述中央控制器的传感器单元，所述传感器单元与大地耦接，以便检测大地中的地震能量，并提供表示检测的地震能量的信号；

c)记录器装置，所述记录器装置与所述传感器单元共处一地，并且与之耦接，以便接收所述信号，并把表示接收的信号的信息保存在置于所述记录器装置中的第一存储器中；

d)第二存储器，用于保存与传感器单元相关的位置参数；和

e)通信装置，所述通信装置与所述传感器单元和记录器装置共处一地，以便提供与中央控制单元的直接通信。

62、按照权利要求61所述的系统，还包括提供大地中的地震能量的能量源。

63、按照权利要求61所述的系统，其中通信装置包括与中央控制器无线通信的双向无线收发器。

64、一种地震数据采集设备，包括：

a)传感器单元，所述传感器单元与大地耦接，用于检测大地中的地震能量，所述传感器单元提供表示检测的地震能量的信号；

b)无线地震记录器，所述记录器与传感器单元共处一地，并且与之耦接，以便接收信号，所述无线地震记录器包括：

保存表示所接收信号的信息的存储单元，和提供与远程中央控制器的直接无线通信的无线通信装置；和

c)保存与传感器单元相关的位置参数的第二存储器。

65、一种地震数据采集方法，包括：

a)把地震传感器单元运送到地震勘测位置；

b)部署地震传感器单元；

c)确定传感器单元的一个或多个位置参数；

d)至少部分根据确定的位置参数，更新一个或多个系统参数；和

e)利用地震传感器检测地震能量。

66、按照权利要求65所述的方法，其中更新一个或多个系统参数包括在传感器单元位置输入系统参数。

67、按照权利要求65所述的方法，其中更新一个或多个系统参数包括在中央控制器输入系统参数。

68、按照权利要求65所述的方法，其中更新一个或多个系统参数包括当传感器单元激活时，利用传感器单元中的一个或多个装置来确定位置参数，自动输入系统参数。

69、一种地震数据采集系统，包括：

a)中央控制器；

b)设置成形成具有多个检测位置的地震勘探排列的多个传感器；

c)多个记录器，所述多个记录器中的每一个记录与从所述多个检测位置中选择的检测位置对应的地震信息，所述多个记录器的每一个与中央控制器直接通信。

70、一种地震数据采集设备，包括：

a)设置成形成具有多个检测位置的地震勘探排列的多个传感器；和

b)多个记录器，所述多个记录器中的每一个记录与从所述多个检测位置中选择的检测位置对应的地震信息。

71、一种地震数据采集设备，包括：

a)检测地震能量的传感器单元，所述传感器单元提供表示检测的地震能量的信号；

b)采集装置，所述采集装置与所述传感器单元共处一地，并且与之耦接以接收所述信号；

c)存储单元，所述存储单元置于所述采集装置中，用于保存表示所接收信号的信息；和

d)直接转换无线电收发器，用于提供所述采集装置和远程中央控制器之间的通信。

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