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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und ein System zur Übertragung (insbesondere über den
Funkweg) von Daten zu einer entfernten Station, wobei das Durchführen der
Rückführung von Daten
ermöglicht
wird, die durch eine sehr große
Anzahl von lokalen Sammelstationen umfassende Datensammelanlage
erfasst werden. Das Verfahren verwendet vorzugsweise Kompressionstechniken
im Hinblick auf das Optimieren der Benutzung von verfügbaren Übertragungswegen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung findet insbesondere
Anwendung im Bereich der seismischen Exploration, wo es notwendig
ist, zu einer zentralen Station, wie z. B. einem Laborlastwagen,
eine oft beträchtliche
Datenmenge zu transferieren. Signale werden von einer sehr großen Anzahl
von mit einer geologischen Formation gekoppelten Empfängern, wie
z. B. Geophonen, als Antwort auf Erschütterungen, die von einer seismischen
Quelle ausgesandt werden und durch die Diskontinuitäten des
Untergrundes rückgestrahlt
werden. Die aufgefangenen Signale werden durch lokale Erfassungseinheiten gesammelt,
die manchmal über
eine Distanz von mehreren km oder Flächen von mehreren Quadratkilometer
verteilt sind und dazu bestimmt sind, jeweils die durch einen oder
mehrere Empfänger
empfangenen Signale zu sammeln, sie zu digitalisieren, ihnen mehr
oder weniger komplexe, vorangehende Behandlungen zuzuführen und
sie in einem lokalen Speicher vor ihrer Übertragung in Echtzeit oder
zeitlich versetzt über
einen Übertragungsweg,
wie ein Kabel, einen Lichtwellenleiter, einen Funkkanal usw. zu
einer Sammelstation zu speichern.
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STAND DER
TECHNIK
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Verschiedene Systeme zur Übertragung seismischer
Daten werden verwendet, um lokale Erfassungseinheiten mit einer
zentralen Station entweder direkt oder über Zwischenstationen zu verbinden, die
zu mehr oder weniger komplexen Funktionen zur Konzentration oder
zur Kontrolle der lokalen Einheiten vorgesehen sind. Die Ver bindungen
können
mit Hilfe von Kabeln, Funkverbindungen, über eine oder mehrere mögliche Relaisstationen,
sichergestellt werden oder auch die Verbindungen durch Kabel und durch
Funkverbindungen kombinieren, wie z. B. in den Patenten FR 2 720
518,
EP 0 594 477 ,
EP 0 275 781 ,
US 4 815 044 ,
US 4 979 152 ,
US 4 583 206 oder
US 4 908 803 des Anmelders angegeben
ist.
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Insbesondere aus dem Patent
EP 0 275 781 des Anmelders
ist es bekannt, seismische Erfassungsgeräte zu verwenden, die mit zwei Übertragungswegen
ausgestattet sind, der eine mit relativ hoher Datenübertragungsrate,
der andere mit einem Durchlassband, das relativ schmal sein kann,
entsprechend der lokalen Verfügbarkeit
der Übertragungsfrequenzen,
die im Rahmen der geltenden Funkwellen-Emissionsbestimmungen leichter
verfügbar
sind. Die im Verlauf der aufeinanderfolgenden Zyklen gesammelten
Daten werden in einem Massenspeicher in jedem der Geräte gespeichert
und intermittierend zu einer zentralen Steuer- und Aufzeichnungsstation
transferiert. Um es dem Operator in der zentralen Station zu ermöglichen,
zu verifizieren, dass die Erfassung der Daten durch jedes der Erfassungsgeräte normal
abläuft,
wird eine Übertragung partieller
Daten vorgenommen, wozu ein Übertragungsweg
mit relativ schmalem Durchlassband gut brauchbar ist.
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Auch durch das Patent FR 2 692 384
(
US 5 550 787 ) des Anmelders
ist es bekannt, Geräte
zur seismischen Erfassung zu verwenden, die insbesondere mit Verarbeitungsmitteln
versehen sind, die auf die Verarbeitung der Signale spezialisiert
sind, bei denen man zahlreiche Kontrollen der Geophone und Elemente
der Erfassungskette sowie der zuvor bei der zentralen Station nach Übertragung
ausgeführten
Vorverarbeitungen der seismischen Spuren ausführen lässt, was es also erlaubt, das
Volumen rückzuführender
Daten beträchtlich
zu verringern.
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Die gegenwärtige Tendenz, insbesondere
im Rahmen der sogenannten seismischen 3D-Explorationsverfahren,
besteht darin, auf eine zu explorierende Zone auf dem Erdboden,
im Meer oder in den Küstenzonen,
häufig über mehrere
Quadratkilometer, seismische Empfänger zu Hunderten, ja sogar
zu Tausenden zu verteilen. Das Volumen der zu sammelnden und zu übertragenden
Daten hört
nicht auf zu wachsen. Um zu vermeiden, dass die Übertragungsprobleme keine Bremse
bei der Fortentwicklung der seismischen Systeme bilden, besteht
die Tendenz, auf ausgewählte Verfahren
zur Kompression von Daten auszuweichen, um mit den eigenen Forderungen
der Geophysiker vereinbar zu sein.
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Wenn man beispielsweise das Problem
der Rückführung in
Echtzeit von 1000 jeweils alle 2 ms während eines Aufzeichnungszyklus
n abgetasteten seismischen "Spuren" zu einer zentralen
Station betrachtet, ergibt sich die Verpflichtung, während des Ablaufs
des Zyklus entsprechend n + 1 eine Rohgesamtdatenrate von 14,4 Mbit/s
zu übertragen
(wenn Bits zur Korrektur und Detektion von Fehlern berücksichtigt
werden), aufzuteilen auf 36 Funkkanäle. Wenn zu diesem Zweck ein
TFM-Modulatiunssystem verwendet wird, das eine Datenübertragungsrate
von 400 Kbits/s in einem Durchlassband von 500 kHz zulässt, ist
ein Gesamtdurchlassband von 18 MHz erforderlich. Dies ist eine sehr
schwierige, in der Praxis aus vielerlei Gründen sogar unmöglich zu
realisierende Bedingung. Es müssen
zuerst die ausreichenden Emissionslizenzen bei den lokalen Institutionen
erhalten werden, welche die Vergabe der Frequenzen an die Benutzer
reglementieren. Es müssen
auch die Funkumgebung und die meteorologischen Bedingungen berücksichtigt
werden, welche die Übertragungen
beeinflussen können:
Gewitter, statische Entladungen usw. Die Konfiguration des durchquerten
Gebiets und die örtlichen
Verbindungsschwierigkeiten können
auch eine zusätzliche
Schwierigkeit bilden. Aus allen diesen Gründen ist das effektiv verfügbare Durchlassband
oft viel geringer als dasjenige, das für die Übertragung der Daten in Echtzeit
erforderlich ist.
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Zusätzlich zu den eigentlichen
Funkzwängen muss
berücksichtigt
werden, dass die seismische Erfassungsgeschwindigkeit auch durch
die Explorationsbedingungen diktiert wird. In den Zwischenzonen am
Rand der Küsten
sind die seismischen Quellen beispielsweise Luftkanonen, die eingetaucht
von einem oder mehreren sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegenden
Schiffen geschleppt werden und die einen besonderen "Schuss"-Rhythmus und auch periodische
Unterbrechungen der seismischen Sessioinen aufzwingen, die Zeit,
die notwendig ist, um Kehrtwendungen durchzuführen und sich entsprechend
einem neuen Profil wiederauszurichten.
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Um zu vermeiden, dass die Übertragungsprobleme
keine Bremse bei der Fortentwicklung der seismischen Systeme bilden,
besteht die Tendenz, auf ausgewählte Verfahren
zur Kompression von Daten auszuweichen, damit sie mit den eigenen
Forderungen der Geophysiker vereinbar sind.
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Durch die Patentanmeldung FR 2 757
641 des Anmelders ist ein Verfahren zur Übertragung komprimierter seismischer
Daten zu einer zentralen Station zu zwei Zeiten und zwar der durch
die seismischen Empfänger
empfangenen und durch die auf dem Gelände angeordneten Sammeleinheiten
erfassten seismischen Signale bekannt, das gut dahingehend angepasst
ist, aus der ungleichmäßigen Verteilung
starker Sammelzeiten seismischer Daten in der üblichen Praxis der Gebiete
seismischer Exploration bestens Nutzen zu ziehen. Dieses Verfahren
erlaubt es, sowohl Kontrollübertragungen,
die den guten Ablauf der Erfassungsoperationen durch jedes der Erfassungsgeräte auf dem
Gelände
verifizieren sollen, als auch vollständige Rückführungen der seismischen Daten
zu einer zentralen Steuerstation auszuführen, um ohne Verlust alle übertragenen
seismischen Spuren wiederherzustellen, wobei zu diesem Zweck die
notwendigen Übertragungszeiten
sehr gut begrenzt werden.
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Es umfasst eine Übertragung der seismischen
Daten zu zwei Zeiten mit einer Übertragung komprimierter
Daten in einer ersten Zeit, was eine Kontrolle der Betriebsqualität der lokalen
Einheiten ermöglicht,
und einer Übertragung
von Daten (komprimiert oder nicht), was eine Aufzeichnung der seismischen
Daten bei der entfernten Station ohne Verlust erlaubt.
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Das vorhergehende Verfahren enthält beispielsweise
die lokale Aufzeichnung der Daten, eine Kompression der Daten mit
einem gewählten
Kompressionsverhältnis,
gefolgt von einem ersten Schritt zur Übertragung dieser komprimierten
Daten, eine Bestimmung der Differenz zwischen den lokal aufgezeichneten
Daten und den komprimierten entsprechenden Daten, einen nachfolgenden,
zweiten Schritt zum Transfer dieser Differenz und eine Wiederherstellung
der durch jede lokale Sammeleinheit gesammelten seismischen Daten
bei der zentralen Station durch Kombination der empfangenen Daten im
Verlauf der beiden Schritte zur Übertragung
und zum Transfer.
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In der ersten Zeit wird bei jeder
seismischen Spur eine Kompression verwendet, deren Verhältnis an
die Dauer eines Übertragungsfensters,
das während
den Zeitinter vallen zwischen aufeinanderfolgenden seismischen Sende-/Empfangszyklen
angeordnet wird, und an die Datenrate des benutzten Übertragungsweges
angepasst ist. Ein Teil wenigstens jeder seismischen Spur wird somit übertragen,
was es einem Operator bei der zentralen Station erlaubt zu überprüfen, dass
die Aufzeichnung in jeder Sammeleinheit korrekt bewerkstelligt wird.
In einer zweiten Zeit z. B. am Ende der laufenden seismischen Session
werden die seismischen Spuren in der zentralen Station mit der ganzen
notwendigen Genauigkeit wiederhergestellt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt das
Durchführen
der Rückführung von
seismischen Daten, die im Verlauf von aufeinanderfolgenden Sende/Empfangszyklen
einer seismischen Session erhalten werden, zu einer entfernten Station über Übertragungswege,
umfassend die Aussendung elastischer Wellen in eine unterirdische
Formation, den Empfang durch Empfänger der durch die unterirdische
Formation als Antwort auf die ausgesendeten Wellen rückgestrahlten
Wellen und ihre Erfassung durch eine Datensammelanlage, die eine
Vielzahl von Erfassungsgeräten
umfasst, die ausgelegt sind, um die seismischen Daten zu erfassen
und sie in Speicherungsmitteln zu speichern und sie zu der entfernten
Station zu übertragen,
was es erlaubt, die Übertragungsratenänderungen
der Daten im Verlauf der aufeinanderfolgenden Sende-/Empfangszyklen zum
Verschwinden zu bringen (auf Grund dessen z. B., dass die Dauer,
die zur Übertragung
der durch die Erfassungsgeräte
im Verlauf wenigstens eines Teiles der Sende-/Empfangszyklen der
Session gesammelten Daten über
die verfügbaren Übertragungswege notwendig
ist, größer als
die Dauer von Übertragungsfenstern
ist, die den Erfassungsgeräten
zugeteilt sind).
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass
es umfasst:
- a. die geordnete Anhäufung von
im Verlauf der aufeinanderfolgenden Sende-/Empfangszyklen erhaltenen
Daten in einem Festspeicher jedes Erfassungsgeräts, um eine zu übertragende
Datenmenge zu bilden;
- b. den fortschreitenden Transfer der gespeicherten Datenmenge über einen Übertragungsweg von
jedem Erfassungsgerät
aus zur entfernten Station durch Lesen des Festspeichers mit einer Verteilung
der angehäuften
Daten auf eine Reihe von aufeinanderfolgenden Übertragungsfenstern, um die
eventuellen Übertragungsverzögerungen nach
Abschluss dieser Reihe von Fenstern wettzumachen.
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Wenn die Zeit, die zur Übertragung
von Daten über
die verfügbaren Übertragungswege
während
einer bestimmten Anzahl k von Sende-/Empfangszyklen der genannten
Session über
den benutzten Übertragungsweg
notwendig ist, z. B. größer als
die Übertragungszeit
ist, die jedem Erfassungsgerät
während
dieser k Sende-/Empfangszyklen zugeteilt ist, werden die Daten derart
verteilt, dass diese Übertragungszeit
durchschnittlich höchstens
gleich der Dauer des jedem Erfassungsgerät zugeteilten Übertragungsfensters über eine
bestimmte Anzahl N (N > k)
aufeinanderfolgender Sende-/Empfangszyklen der genannten Session
ist.
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Gemäß einer Ausführungsart
umfasst das Verfahren den fortschreitenden Transfer der Datenmenge
von jedem Erfassungsgerät
aus zur entfernten Station mit einer auf den Zeitpunkt der Speicherung
bezogenen Zeitverschiebung, die gleich wenigstens einem festgelegten
Anteil eines Sende-/Empfangszyklus oder einer ganzzahligen Anzahl von
Sende-/Empfangszyklen ist, und während
der Erfassung der Daten jedes Sende-/Empfangszyklus auch eine Übertragung
von Daten, die für
Qualitätskontrollen
typisch sind.
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Entsprechend einer Ausführungsform
wird der Datentransfer mit einer effektiven Zeitverschiebung durchgeführt, die
für verschiedene
Anteile der im Verlauf eines gleichen Sende-/Empfangszyklus erfassten
seismischen Daten unterschiedlich ist.
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Das Übertragungsverfahren kann z.
B. bei wenigstens einem Teil der in Erfassungsgeräten angehäuften Daten
die Anwendung einer Kompression ohne Verlust sowie einer Dekompression
wenigstens eines Teiles der in Erfassungsgeräten angehäuften Daten vor ihrer Übertragung
zur entfernten Station umfassen.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführung ist
ein Teil der während
jedes zugeteilten Übertragungsfenster übertragenen
Daten für
Ergebnisse von durchgeführten
Qualitätskontrollen
typisch und kann durch eine Kompression mit oder ohne Verlust von erfassten
seismischen Daten gebildet werden.
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Die übertragenen Daten können bei
der entfernten Station dekomprimiert werden.
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Das Übertragungssystem gemäß der Erfindung
umfasst jeweils Erfassungsmittel enthaltende Erfassungsgeräte, wenigstens
einen Datenfestspeicher enthaltende Speicher, Mittel zur Übertragung von
Daten zwischen den verschiedenen Erfassungsgeräten und der entfernten Station über Übertragungswege
und eine Einrichtung zur Verarbeitung der seismischen Daten, Verwaltungsmittel
in den Verarbeitungseinrichtungen zum Steuern der Speicherung von
im Verlauf der aufeinanderfolgenden Sende-/Empfangszyklen erfassten
Daten in jedem Festspeicher, Mittel in den Verarbeitungseinrichtungen
zum Steuern des Transfers der in jedem Festspeicher gespeicherten
Daten über
die Übertragungsmittel
zur entfernten Station und Mittel in der entfernten Station zum
Empfangen der entgegengenommenen Daten.
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Das System ist dadurch gekennzeichnet, dass
die genannten Verwaltungsmittel ausgelegt sind, um die im Verlauf
der aufeinanderfolgenden Zyklen erfassten Daten in jedem Festspeicher
in Form einer geordneten Datenmenge anzuordnen, die Mittel zum Steuern
des fortschreitenden Transfers der gespeicherten Daten ausgelegt
sind, um die geordnete Menge auf eine Folge von verschiedenen Erfassungsgeräten zugeteilten Übertragungsfenstern
zu verteilen, und die Empfangsmittel in der entfernten Station einen
Prozessor enthalten, der ausgelegt ist, um die Stetigkeit der geordneten
Datenmenge, ausgehend von den in den aufeinanderfolgenden Übertragungsfenstern
verteilten Daten, wiederherzustellen.
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Die Verarbeitungseinrichtung umfasst
vorzugsweise Mittel zum Komprimieren der Daten vor ihrer Speicherung
in den Erfassungsgeräten
und zu ihrem Dekomprimieren möglicherweise
vor ihrer Übertragung
zur entfernten Station, wobei diese z. B. Mittel zum Dekomprimieren
der empfangenen Daten enthält.
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Die Verarbeitungseinrichtung in jedem
Erfassungsgerät
umfasst vorzugsweise einen programmierten Signalprozessor, um bei
den seismischen Daten einen Kompressionsalgorithmus mit oder ohne Verlust
oder möglicherweise
wenigstens zwei verschiedene Kompressionsalgorithmen anzuwenden, mit
Transfer in den entsprechenden Festspeicher der komprimierten seismischen
Daten mit demjenigen der Algorithmen, der das größte Kompressionsverhältnis erzeugt.
_ Entsprechend einer Ausführungsart
enthält
der Festspeicher einen FIFO-Speicher für die geordnete Einreihung
der seismischen Daten, umfasst die Verarbeitungseinrichtung Mittel
zum geordneten Lesen jedes Festspeichers mit einer von den verfügbaren Übertragungsmitteln
abhängenden Datenrate
und umfasst die entfernte Station Mittel zur Wiederherstellung aller übertragenen
seismischen Daten.
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Das System ist besonders gut dafür ausgelegt,
wenn als Übertragungsmittel
Funkmittel Verwendung finden.
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Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinrichtung
jedes Erfassungsgeräts
ausgelegt, um bei den seismischen Daten vorangehende Verarbeitungen anzuwenden.
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Das große Fassungsvermögen der
Festspeicher ermöglicht
es, eine erhebliche Datenmenge anzuhäufen und lässt eine große Zeitabweichung
zwischen dem Anhäufungszeitpunkt
der Daten und dem Zeitpunkt zu, zu dem sie effektiv übertragen
werden. Das Übertragungsverfahren
erlaubt es also, die aus vielerlei Gründen entstehenden Ungleichmäßigkeiten
flexibel zum Verschwinden zu bringen, die man beim Ablauf der seismischen
Sessionen feststellen kann, was erhebliche Veränderungen der mittleren Datenrate
der auf dem Gelände
erfassten seismischen Informationen bewirkt.
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Weitere Merkmale und Vorteile des
Verfahrens und des Systems gemäß der Erfindung
ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung eines nicht
einschränkenden,
bei der Übertragung seismischer
Daten angewendeten Ausführungsbeispiels,
wobei auf die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zur Erfassung und zur Übertragung von seismischen
Daten zeigt; und
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2 schematisch
die Organisation eines lokalen Erfassungsgeräts zeigt.
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Die schematisch in 1 dargestellte, seismische Vorrichtung
enthält
eine häufig
beachtliche Anordnung (aus mehreren hundert bis mehreren tausend)
von seismischen Empfängern
R, die mit Abständen
zueinander über
eine zu explorierende Zone entsprechend einer Anordnung verteilt
sind, die für die
durchzuführende
2D- oder 3D-Prospektionsart zweckmäßig ist, wobei diese Empfänger die
seismischen Wellen auffangen, die durch die unterirdischen Diskontinuitäten als
Antwort auf die Aussendung von durch eine Quelle S erzeugten seismischen
Wellen in den Boden rückgestrahlt
werden, und eine entfernte Station, wie eine zentrale Steuer- und
Aufzeichnungsstation 1, wo alle gesammelten seismischen Signale
schließlich
durch das Mittel des Übertragungssystems
zentralisiert werden, das beschrieben werden wird. Jeder dieser
Empfänger
R wird meistens aus einem Streifen aufgereihter elementarer Sensoren
gebildet, die jeweils eine "seismische Spur" erzeugen.
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Die Vorrichtung enthält eine
Anordnung von Erfassungsgeräten
oder lokale Sammeleinheiten A der seismischen Daten, die jeweils
zum Erfassen von n seismischen Spuren (n variierend z. B. von 1
bis 6) ausgelegt sind.
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Die Anordnung der Erfassungsgeräte A kommuniziert
mit einer zentralen Station CS entweder direkt (über Funk oder über Kabel)
oder möglicherweise über Zwischenstationen
LS mit mehr oder weniger komplexen Funktionen. Es kann sich um Konzentratoren
handeln, welche die Austauschvorgänge zwischen den Erfassungsgeräten (oder
-einheiten) A und der zentralen Station CS organisieren und ablaufmäßig schalten
sollen, wie z. B. im Patent EP-A-594 477 des Anmelders beschrieben
ist. Außer diesen
Konzentrationsfunktionen kann jede Zwischenstation LS mit Funktionen
zur Steuerung und zur Kontrolle von verschiedenen durch die lokalen Einheiten
A ausgeführten
Aufgaben unter der Kontrolle der zentralen Station ausgestattet
sein, wie im Patent FR-A-2 720 518 beschrieben ist. Jede dieser Zwischenstationen
LS kontrolliert z. B. eine Anzahl p von lokalen Erfassungseinheiten
A. Sie kommunizieren mit den Einheiten ihrer jeweiligen Gruppen
meistens über
eine Funkverbindung. Die Zwischeneinheiten kommunizieren im allgemeinen
mit der zentralen Station CS über
Funkkanäle
F1, F2, ..., Fn.
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Die Quelle S kann impulsartig sein
(z. B. eine Sprengladung oder eine Luftkanone) oder freilich auch
ein Schwingungserzeuger sein. Diese Quelle kann mit den Gebieten
der zu explorierenden Zone und durch Funk oder Steuerkabel mit der
zentralen Station CS gekoppelt sein oder freilich im Fall einer Exploration
von Küstenzonen eventuell
eingetaucht durch ein Zündschiff
geschleppt werden, das über Funk
mit der zentralen Station verbunden ist.
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Jedes Erfassungsgerät A (2) ist zur Erfassung einer
Anzahl k (k = 6 z. B.) von seismischen Empfängern R1,
R2, Rk ausgelegt,
die jeweils eine seismische "Spur" liefern. Zu diesem
Zweck enthält es
z. B. k Erfassungsketten CA1 bis CAk, die jeweils die k Signale empfangen und
jeweils z. B. ein Tiefpassfilter F11, F12, ..., F1k, einen
Vorverstärker
PA1, PA2, ..., PAk, ein Hochpassfilter F21,
F22, ..., F2k und einen
Analog/Digital-Wandler (ADC)AD1, AD2, ..., ADk enthalten,
um die verstärkten
und gefilterten Signale in digitale Wörter zu wandeln. Alle Erfassungsketten sind
an einen die digitalen Wörter
von z. B. 16 bis 32 Bits verarbeitenden Mikroprozessor 2 angeschlossen,
der zum Steuern der Erfassung und der Austauschvorgänge mit
der entfernten Station (nicht dargestellt) programmiert ist. Dem
Mikroprozessor 2 sind ein Arbeitsspeicher M1 und
ein Speicher Mp für die Programme zugeordnet.
Der Prozessor 2 ist mit einer Sende-/Empfangseinheit 3 verbunden,
die an den für
die Kommunikation mit der entfernten Station benützten Übertragungsweg angepasst ist.
Wenn es sich um einen Funkweg handelt, enthält die Einheit 3 einen
Funksender RE und einen Funkempfänger
RR und kommuniziert mit einer Antenne 4. Eine Schnittstelleneinheit 5,
die in dem vorher erwähnten
Patent FR-A-2 608 780 beschrieben ist, erlaubt außerdem eine
Kommunikation mittels Infrarot-Strahlen mit einem Initialisierungsgerät 6,
mit dessen Hilfe ein Operator eventuell zum Verwaltungsprozessor 2 Anweisungen
zur Adressierung und zur Auswahl der Betriebsparameter der Erfassungsketten übermitteln kann.
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Jedes Erfassungsgerät Ai enthält auch
vorzugsweise einen auf die Verarbeitung der Signale spezialisierten
Prozessor 7, so wie beispielsweise einen 32-Bit-Prozessor
mit Gleitkomma z. B. vom Typ DSP 96002, der einer DMA-Einrichtung
zugeordnet ist, um die datenblockweisen Transfers zwischen den Prozessoren 2 und 7 zu
beschleunigen. Diesem letzteren ist ein Arbeitsspeicher M3 zugeordnet.
Jedes Erfassungsgerät
enthält
auch eine autonome elektrische Stromversorgung B.
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Der allgemeine Prozessor 2 hat
als Funktionen das Ausführen
der Decodierung der durch die entfernte Station ausgesendeten Befehle
und das Steuern:
- – der Erfassung der Signale
der Empfänger
R1 bis Rk durch die verschiedenen Erfassungsketten;
- – der Übertragungen
in Beziehung mit der Übertragungseinheit 3;
- – des
Speichers M1 für die vorübergehende Speicherung der
Daten;
- – der
Eingänge-Ausgänge;
- – der
Unterbrechungen zwischen Programmen;
- – der
Austauschvorgänge
mit dem Rechenprozessor DSP 7, usw.
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Der Rechenprozessor DSP (7)
ist hauptsächlich
dazu ausgelegt, mit großer
Geschwindigkeit Operationen durchzuführen, wie z. B. Formatumwandlungen,
Multiplikationen komplexer Zahlen, FFT-Fourier-Transformationen,
Korrelationen zwischen den empfangenen Signalen und den ausgesendeten
Signalen, Digitalfilterungen, Summierungen von aufeinanderfolgenden
Schüssen
mit Eliminierung der Störgeräusche nichtseismischer
Natur, Kombinationen der durch seismische Mehrachsen-Empfänger, wie
z. B. dreiachsige Geophone, gelieferten Signale untereinander, usw.
Die vor der Übertragung
lokal vollendeten Vorverarbeitungen tragen dazu bei, die Anzahl
von der entfernten Station zugefallenen Aufgaben und somit die installierte
Rechenleistung wesentlich zu reduzieren, die beträchtlich
wird, wenn die Anzahl von in Echtzeit zu erfassenden seismischen
Spuren mehrere hundert beträgt,
ja sogar tausend übersteigt.
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Jedes Erfassungsgerät enthält außerdem einen
Festspeicher 9 von großem
Fassungsvermögen, der
fähig ist,
das Volumen von Daten aufzunehmen, das zeitversetzt zur entfernten
Station entsprechend den verschiedenen Betriebsarten übertragen
wird, die später
noch beschrieben werden. Es wird z. B. ein sogenannter "Flash"-Speicher verwendet. Dieser Speicher
kann beispielsweise ein FIFO-Speicher sein oder ein Speicher, der
wie ein FIFO-Speicher mit ausreichendem Fassungsvermö gen arbeiten
kann, um die seismischen Daten mehrerer hundert seismischen Sende-/Empfangszyklen
oder "Schüsse" (500 Schüsse beispielsweise)
zu enthalten.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung beruht in seiner
größten Allgemeingültigkeit
auf einer Anhäufung
von Daten im Datenfestspeicher 9, die im Verlauf der aufeinanderfolgenden
seismischen Sende-/Empfangszyklen erhalten werden, um eine zu übertragende
Datenmenge zu erreichen, und auf einem mehr oder weniger zeitversetzten,
geordneten Transfer seines Inhalts zur entfernten Station über den
verfügbaren Übertragungsweg.
Diese Daten entsprechen den erfassten und möglicherweise durch den Prozessor 7,
wie vorher angegeben, vorverarbeiteten und möglicherweise (vorzugsweise)
vorher komprimierten seismischen Daten.
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Die effektive Datenrate zur Entladung
des Festspeichers 9 und zum Transfer zur entfernten Station
hängt von
mehreren Faktoren ab.
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Sie hängt zuerst von der Datenrate
der verwendeten Übertragungswege
ab, die von Fall zu Fall in Abhängigkeit
von der Verfügbarkeit
der Funkkanäle,
die man von der lokalen Institution zur Verwaltung der Funkausstrahlungen
für das
Explorationsgelände erhalten
hat, und auch von den örtlichen Übertragungsbedingungen
variieren kann.
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Sie hängt auch vom Kompressionsverhältnis ab,
das effektiv bei den Daten angewandt worden ist und das die "Länge" der komprimierten seismischen Spuren ändert, wobei
Länge hier
dazu verwendet ist, um den zu ihrer Speicherung notwendigen FIFO-Speicher-Raum
zu bezeichnen.
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Sie hängt auch von der mittleren
Datenrate der erfassten seismischen Informationen ab, die mit der
Abtastfrequenz der empfangenen seismischen Signale verknüpft ist.
Für einen
festgesetzten Abtastschritt hängt
die mittlere Datenrate ganz klar vom Intervall zwischen den Sende-/Empfangszyklen
einer seismischen Session ab, die gleichmäßig mit einem Intervall von
einigen Sekunden (2s beispielsweise) zwischen den Zyklen oder auf
Grund technischer Unterbrechungen der Sessionen zur seismischen
Erfassung ungleichmäßig sein
kann. Unterbrechungen sind nämlich
z. B. notoder um wendig, um die Quelle zu verschieben (terrestrische
Anwendungen) z. B. dem die Meeresschallquelle schleppenden Schift, das,
auf hoher See kreuzt, zu ermöglichen,
eine Kehrtwende zu machen und sich neu auszurichten, um einen Fahrweg
längs des
seismischen Profils für die
Offshore-Seismik-Anwendungen zu machen.
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Die "Länge" der komprimierten
Information ist sehr variabel. Für
die nahen Spuren der Quelle, bei denen das Signal-Rausch-Verhältnis S/B
groß ist, kann
man ein sehr großes
Kompressionsverhältnis (in
der Größenordnung
von 70 bis 80%) und somit eine kurze "Länge" erreichen. Für die entfernten
Spuren der Quelle, für
welche das S/B kleiner ist, kann das effektiv angewendete Kompressionsverhältnis niedrig,
ja sogar null sein. Es kann sogar vorkommen, dass die komprimierte
Spur "länger" als die ursprüngliche
ist, wenn das S/B-Verhältnis
zu niedrig ist.
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In der praktischen Ausführung, bei
der die seismischen Daten vorzugsweise komprimiert werden, wird
der Signalprozessor (DSP) in jedem Erfassungsgerät Ai vorteilhaft programmiert,
um die Kompression zu optimieren. Er kann z. B. parallel wenigstens
zwei verschiedene Kompressionsalgorithmen mit verschiedenen Kriterien
anwenden, die z. B. die Energie des seismischen Signals einsetzen,
wobei der benutzte Typ der seismischen Quelle, um die es sich handelt,
ein Schwingungserzeuger, eine Luftkanone, eine Sprengladung usw.
ist. Ein Vergleich wird nach Abschluss dieser parallelen Kompressionen ohne
Verlust zwischen den komprimierten Daten (die seismischen Spuren
im vorliegenden Fall) und den anfänglichen Daten durchgeführt und
man behält
das "kürzeste" Ergebnis (besitzt
das beste Kompressionsverhältnis).
Der Signalprozessor kann noch programmiert werden, um über bestimmte
Betriebskriterien zu wählen,
den Kompressionsalgorithmus, der das beste Kompressionsverhältnis möglichst
ohne Verlust bietet.
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Werden im Ganzen alle Faktoren berücksichtigt,
die für
das bei verschiedenen Spuren eines gleichen Satzes von Spuren angewendete,
effektive Kompressionsverhältnis
zum Tragen kommen können,
wird in der Praxis verifiziert, dass ein mittleres Verhältnis von
40 bis 50% erreicht wird.
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Der verwendete Festspeicher mit seinem
erheblichen Fassungsvermögen
ermöglicht
es, mit viel Flexibilität
Ungleichmäßigkeiten
im Ablauf der seismischen Sessionen zu berücksichtigen, die erhebliche
Variationen der mittleren Datenrate der erfassten seismischen Information
bewirken und dies, wie auch immer die effektive Datenrate der verwendeten Übertragungswege
ist. Die Verzögerung
zwischen der Erfassung einer Spur und ihres effektiven Transfers
zur zentralen Station kann somit in weiten Bereichen variieren und,
wenn es das Speichervolumen erlaubt, mehrere zehn Minuten (Dauer
von mehreren hundert Zyklen seismischer Erfassung oder "Schüssen") Verzögerung erreichen,
die für
die Geophysiker annehmbar ist, insbesondere wenn partielle Übertragungen
zwischen den aufeinanderfolgenden Schüssen bewerkstelligt werden,
um zu prüfen,
ob die Erfassung normal abläuft,
wie es das im Patent
EP 0 275
781 (US 4 905 205) beschriebene Verfahren vorsieht.
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Verschiedene Organisationsarten der
Abfolge der Erfassungen und Transfers werden nun beschrieben werden.
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Das Übertragungssystem eignet sich
zuallererst für
zwei verschiedene Betriebsabfolgen, die nicht den Festspeicher 9 in
Anspruch nehmen, sondern nur die Arbeitsspeicher M1 und M2:
- 1) diejenige, bei welcher der Schuss N erfasst wird
und danach die entsprechenden Daten transferiert werden, und
- 2) diejenige, bei welcher der Schuss N erfasst wird, während zur
gleichen Zeit der Schuss N-1 transferiert wird.
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Die folgenden Arten umfassen die
Verwendung des Festspeichers 9 für zeitversetzte Transfers.
- 3) Nacheinander werden die Daten einer bestimmten
Anzahl von Schüssen
N, N + 1, N + 2 usw. erfasst, jedes Mal mit Speicherung der entsprechenden
Daten; mit fortschreitender Füllung des
Festspeichers 9. Entsprechend dieser Art übt die Verarbeitungsanordnung
keinerlei Qualitätskontrolle
aus. Die drei folgenden Arten umfassen eine solche Kontrolle.
- 4) Entsprechend einer Variante der vorhergehenden Art werden
während
der Erfassung eines der Schüsse
der Reihe partielle Daten des vorhergehenden Schusses zur entfernten
Station übertragen,
was ausreichend ist, damit die Operatoren eine Qualitätskontrolle
(QC) durchführen
und alles in allem verifizieren können, ob das Erfassungsgerät korrekt
arbeitet. Solche partiellen Übertragungen
zu Kontrollzwecken sind z. B. bereits in der vorher erwähnten Patentanmeldung FR
96/15.823 beschrieben.
- 5) Man erfasst und speichert in einem Festspeicher 9 die
Daten einer Reihe aufeinanderfolgender Schüsse N, N + 1, N + 2 usw. und
während
der Erfassung der Daten mehrerer der folgenden Schüsse N +
1, N + 2 usw. liest man und überträgt man aufeinanderfolgende
Anteile der Daten des Schusses N. Diese Betriebsart eignet sich
für den Fall,
bei dem die Datenrate des verwendeten Übertragungsweges und/oder das
Datenvolumen jedes Schusses eine längere Übertragungszeit notwendig macht.
- 6) Man erfasst die Daten des Schusses N und zur gleichen Zeit
liest und überträgt man einen
bestimmten Anteil X der Daten des Schusses N-p und man speichert
im Festspeicher 9 die Daten dieses Schusses N. Diese Art
erlaubt es, die Übertragung
der Daten eines gleichen Schusses über mehrere (i) spätere Sende-/Empfangszyklen zu
verteilen, ohne den Folgerhythmus dieser Zyklen zu verzögern. Die
Daten werden also auf i aufeinanderfolgend übertragene Spurengruppen verteilt.
-
Wenn beispielsweise N = 5 und die
gesamte Anzahl von Spuren 200 beträgt, wird diese Anzahl in 4
Spurengruppen aus 50 Spuren aufgeteilt, was 4 aufeinanderfolgende
Zyklen für
das Lesen und die Übertragung
dieser 4 Gruppen erfordert. Während der
Erfassung der aufeinanderfolgenden Schüsse N°5, N°6, N°7, N°8 werden die Spuren 1 bis 50, 51 bis 100, 101 bis 151 und 151 bis 200 des
Schusses N°4
wiedergelesen und aufeinanderfolgend übertragen.
- 7)
Diese Art entspricht der Erfassung eines Schusses N und gleichzeitig
der Wiederlesung und Übertragung
der Daten eines vorhergehenden Schusses N-x, gefolgt von einer Speicherung des
Schusses N in den Festspeicher 9. Es handelt sich um eine
Art, bei welcher der Speicher 9 wie ein FIFO-Speicher arbeitet,
ohne eine beliebige Verlangsamung des Rhythmus der Schüsse nach sich
zu ziehen, wie diese sich bei den vorher angegebenen Arten 1 und 2 ausbilden
kann. Die Zeitabweichung zwischen der Speicherung der Daten eines
Schusses und ihrer effektiven Übertragung
durch Wiederlesen des Speichers 9 hängt ganz klar von den Übertragungsbedingungen
ab, d. h. von der Anzahl der verfügbaren Frequenzen und ihren
jeweiligen Datenübertragungsraten.
- 8) Diese Art entspricht dem Wiederlesen und der Übertragung
der vorhergehend gespeicherten Schussdaten.
- 9) Diese Art entspricht dem Fall, bei dem das Volumen der zum
Rückführen erfassten
seismischen Daten schwierig mit den Mitteln vereinbar ist, über die
verfügt
werden kann, um jedes der Erfassungsgeräte mit der zentralen Station
zu verbinden. Dies ergibt sich, wenn die Anzahl von Übertragungsfrequenzen, über die
verfügt
werden kann, und/oder ihre Datenübertragungsraten
unzureichend ist. Dies ist auch der Fall, wenn die seismische Quelle
z. B. eine Luftkanone ist, die dazu fähig ist, in dicht aufeinanderfolgenden
Intervallen (z. B. alle 15s) zu "schießen", was die Übertragungsfenster
sehr "schmal" macht, zu schmal jedenfalls,
um eine vollständige
Rückführung in einem
vernünftigen
Zeitraum sicherzustellen. In diesem Fall wird das bereits im Patent US 4 905 205 des Anmelders
beschriebene Transferverfahren verWendet, indem die Übertragung
wenigstens eines Teiles oder der Gesamtheit der angehäuften Daten
auf ein Übertragungsfenster
konzentriert wird, während
welchem an jedes ErFassungsgerät
ein auf dem Gelände
verlegter und daran über
eine Verbindung mit kurzer Reichweite angebundener Massenspeicher
angeschlossen wird: ein Kabel oder eine optische Infrarot-Verbindung
beispielsweise. Bei einer solchen Ausführung wird Nutzen aus der Flexibilität gezogen,
die durch den Festspeicher verschafft wird, bei dem die andauernd
angehäuften
Daten alle einzeln identifiziert und registriert werden. Die Leerung des
Festspeichers 9 jedes Erfassungsgerätes kann unter diesen Bedingungen
in jedem Augenblick durchgeführt
werden, sogar während
einer Erfassungsphase und in welcher Reihenfolge auch immer.
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Alle vorhergehenden Arten funktionieren, gleichgültig, ob
die seismischen Daten vor ihrer Speicherung im Festspeicher 9 komprimiert
werden oder nicht und ob sie zum Wiederlesen in komprimierter Form
oder nach Dekompression übertragen
werden.
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Bei den seismischen Daten werden
vorzugsweise verlustfreie Kompressionsalgorithmen angewendet, wie
in der vorher erwähnten
Patentanmeldung FR 2 757 641 des Anmelders beschrieben ist. Die
partiellen Daten, die zu bei manchen der vorhergehenden Arten durchgeführten Kontrollzwecken übertragen
werden, können
entweder durch eine verlustfreie Kompression erhaltene partielle
Daten oder mit Verlust komprimierte Daten sein, die aber trotz des
angewendeten Kompressionsverhältnisses
genügend
typisch bleiben, um die Qualität
des Betriebs der Erfassungsgeräte
zu beurteilen.
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Die zur entfernten Station CS übertragenen Daten
werden vorzugsweise durch einen Prozessor 10 (1) vor ihrer Aufzeichnung
in einem Massenspeicher dekomprimiert. Es wird ebenso sehr der Fall nicht
ausgeschlossen, bei dem die in jedem Erfassungsgerät in einer
komprimierten Form gespeicherten Daten durch den Prozessor 7 (2) vor ihrer Übertragung
zur entfernten Station CS dekomprimiert werden.