CN108051850B - 一种无缆存储式地震仪数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无缆存储式地震仪数据采集方法，在有序初始化与配置无缆式地震仪状态后，基于采样不及时超时处理和数据采样超时处理下，可控制数据采集任务的有序进行，在收到上传数据指令时，先将采集数据写入环形缓冲区再上传到PC，且可随时查看实时采集数据的质量。本发明能够有效保障无缆存储式地震仪能进行多种复杂情况的采集采样工作，确保采样数据的正确性与完整性。

Description

一种无缆存储式地震仪数据采集方法

技术领域

本发明涉及无缆存储式地震仪领域，具体是一种无缆存储式地震仪数据采集方法。

背景技术

无缆存储式地震仪是一种自主式节点数据采集站，在施工过程中，采集的数据存储在采集站中，施工结束后，将无缆存储式地震仪中存储的数据进行下载，工作人员根据要求合成最终需要的数据。无缆存储式地震仪不仅能够应用于地震探勘，而且也实现了在电法勘探中的应用。这种设备轻便，野外布设方便、高效，不受地表等自然环境影响，能够适应各种复杂地表条件需求，也能够与其他采集设备(包括有线***)混合施工。

但在实际应用中，随着勘探领域、应用方式的不同，无缆存储式地震仪的数据采集方式也不尽相同。如在微动探测中，其常用数据采集方式是长时间进行数据采集且采样率不发生改变；但在电法探勘中，例如在可控源音频大地电磁法(CSAMT)应用中，常用数据采集工作方式如图1所示，整个数据采集过程由多个子采集任务组成，子采集任务之间有空闲时间间隔，在空闲时间间隔过程中，采集站是不进行数据采集工作，各个子采集任务的采样开始时间、采集结束时间、采样率和增益也会不同，如何保证这种复杂的采集方式正确有效的完成，是无缆存储式地震仪数据采集的难点。

一般来说，无缆存储式地震仪通常利用GPS模块来保证各个采集站的同步采集，同时也用来控制各个子采集任务开始与结束。在实际施工过程中，会出现不可已知的GPS信号短时间丢失情况，当发生GPS信号丢失时，会出现无法及时结束当前子采集任务数据采集，进而影响到下一个子采集任务的执行，最终势必会影响整个采集站的采集任务，甚至导致整个采集站的采集任务失败，造成人力物力财力的浪费。此外，在野外难以保证无缆存储式地震仪一直能够获取到GPS信号。若直接将GPS时间同步到FPGA时钟，长时间采集可能会出现FPGA时钟偏差，导致各个无缆存储式地震仪数据不同步，同时FPGA时钟同步相对较复杂。

另一方面，在现场工作人员有时需要查看实时采集的数据质量，即现场判断数据采集的质量，若采集质量不高，能够及时反馈，便于工作人员及时调整工作方式。这时不但要保证能够将数据实时以曲线形式显示出来，并保证不影响正常的采集站数据存储。另外，在空闲时间段有时会出现对采集站更换电源等情形，此时无缆存储式地震仪在重新上电后仍需保证能进行数据采集任务。综上所述，无缆存储式地震仪为了满足多种实际的施工需求，完善的数据采集***及方法显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无缆存储式地震仪数据采集方法，有效保障数据采集的正确性和完整性，提高了野外高效施工效率。

本发明的技术方案为：

一种无缆存储式地震仪数据采集方法，具体包括有以下步骤：

(1)、初始化无缆存储式地震仪状态，配置采集站为整秒采集数据，即采样开始时间必须是秒量级；设置的数据采集开始时间若小于当前GPS时间，则立即开始采集，若大于当前GPS时间，则处于阻塞状态，一直等待到与GPS时间相同后才进行采集；

(2)、当数据的采集任务开始后，即使GPS信号丢失，数据采集任务仍继续，在没有收到终止采集指令时，持续进行数据采集工作；

(3)、设置数据采集超时处理，分两种数据采集超时模式：第一种模式是当获取第一个数据包记录的时间戳时，与设置的采样开始时间进行对比，若这两个时间不同，则表明实际采样时间慢于设置的采样开始时间，发送超时信号并进行相应处理；第二种超时是指在数据采集过程中，设置接收到下一个数据包的时间阈值ε_packet，当在ε_packet时间内还没有收到下一组数据包，表明数据采集出现异常，发送超时信号并进行相应超时处理；

(4)、当某个子采集任务结束或被中止后，计算当前时间到下一个采集任务的时间，并记为t_wait，若t_wait大于等待时间阈值ε_wait时，添加定时器，定时时间为t_wait-ε_wait，若在t_wait-ε_wait时间内收到上传数据指令，则开启临时数据采集模式，将采集的数据上传到PC端，但不保存临时数据采集模式下的数据；当定时器结束后，立即终止临时采集模式并进入下一个子采集任务；

(5)、将采集的数据写入指定文件，并判断已存的数据包是否满足要求，若已达要求，则发送停止采集指令；

(6)、当检测到上传数据信号时，若在进行数据采集，则将实时数据发送到环形缓冲区中，利用网络通信的socket端口将环形缓冲区的数上传到PC端口，PC端将接收到的数据进行解析并显示相关曲线；

(7)、当采集站出现人为或突发断电情况或空闲时间段连接新电源时，断电时会停止当前子任务，在重新上电并获取到GPS信号后，会判断整个采集任务是否完成，若未完成，则继续采集。

所述的采集任务包括有一个或多个子采集任务；所述的采集任务是指由采样开始时间、数据包数目和采样配置参数组成，进入采集任务是指将无缆存储式地震仪按采样配置参数进行配置，采样结束是根据在指定的时间内，判断已存储的数据包数目是否等于采样任务设置的数据包数目，若等于则表明该采集任务已正常结束，若存储的数据包数目未能达到要求，则表明该采样任务异常并给出提示状态。

所述的无缆存储式地震仪对于不同的采样状态设置有相应的指示灯，所述的采样状态包括有GPS信号丢失状态、已获取GPS信号、开始数据采集状态、未进行数据采集状态。

所述的步骤(3)中的第一种超时模式是由采样开始不及时引起的，所述的采样开始不及时是指数据采集的第一个数据包记录的GPS时间戳大于采样任务设置的开始时间，该超时处理方法是计算这段时间内丢失的数据包，并重置当前任务采集的数据包数目，防止影响下一个采集任务；所述的第二种超时模式是在采样过程中采集站异常引起的，该超时处理方法是在数据采集过程中，当在时间阈值ε_packet内未能接收到下一个数据包，则立即终止当前任务，发送超时信号，但并不退出整个采集任务。

所述的步骤(4)的临时数据采集模式是指利用上一个子采集任务配置当前临时采集任务，采集站开始临时采集任务并将采集数据写入到环形缓冲区中，临时数据采集模式下的采集数据不存储；当t_wait-ε_wait小于0，则直接进入下一个子采集任务。

所述的第一种超时模式下，超时处理方法的具体计算步骤为：

a、获取第一个数据包记录的GPS时间，由于第一个数据包记录的GPS时间一定以整秒开始的，而配置采样开始时间也是整秒，对比设置的采样开始时间和数据包GPS时间；

b、当从数据包GPS时间大于设置的采样开始时间时，计算这两个时间差值，在乘以采样率即可得到丢失的数据包数目，计算公式如下:

N_lose＝(t_GPS-t_start)×SampleRate (1)，

(1)式中，t_GPS为数据包GPS时间，t_start为设置的采样开始时间，SampleRate为采样率，N_lose为丢失的数据包数目；

c、重置当前子采集任务需存储的数据包数目为：

N_new＝N-N_lose (2)，

(2)式中，N为设置的数据包数目，N_new为需存储的数据包数目；当N_new小于等于0时，则表明当前任务已过时，立即终止当前采集任务；当N_new大于0时，则按照N_new要求存储数据包。

所述的第二种超时模式下，超时处理方法的具体计算步骤为：

d、创建一个定时器，并设置经过时间阈值为ε_packet时，将触发超时信号；

e、当每接收到一组数据包时，将定时器重置为0，并重新开始计时；

f、若在时间阈值ε_packet内没有接收到数据包且已存储的数据包数目未满足要求，则表明采样出现异常，为了保证前期采样的数据有效，将立即终止当前子采集任务。

本发明的优点：

本发明有效保障数据采集的完整性，解决了采集异常或不及时引发的多种问题，确保了各个子采集任务相互独立且有序的进行。本发明不但适用于多种数据采集模式，而且提高了野外施工效率。

附图说明

图1是目前无缆存储式地震仪数据采集模式的示意图。

图2是本发明的流程示意图；其中，超时1判断为第一种超时模式的判断即采样开始不及时超时；超时2判断为第二种超时模式判断即采样数据不连续超时。

图3是本发明第一种超时模式下超时处理方法的流程示意图。

图4是本发明第二种超时模式下超时处理方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种无缆存储式地震仪数据采集方法，其中无缆存储式地震仪对于不同的采样状态设置有相应的指示灯，采样状态包括有GPS信号丢失状态、已获取GPS信号、开始数据采集状态、未进行数据采集状态；

采集方法具体包括有以下步骤：

(1)、初始化无缆存储式地震仪状态，配置采集站为整秒采集数据，即采样开始时间必须是秒量级；设置的数据采集开始时间若小于当前GPS时间，则立即开始采集，若大于当前GPS时间，则处于阻塞状态，一直等待到与GPS时间相同后才进行采集；

(2)、当数据的采集任务开始后，即使GPS信号丢失，数据采集任务仍继续，在没有收到终止采集指令时，持续进行数据采集工作；

(3)、设置数据采集超时处理，分两种数据采集超时模式：第一种模式是当获取第一个数据包记录的时间戳时，与设置的采样开始时间进行对比，若这两个时间不同，则表明实际采样时间慢于设置的采样开始时间，发送超时信号并进行相应处理；第一种超时模式是由采样开始不及时引起的，采样开始不及时是指数据采集的第一个数据包记录的GPS时间戳大于采样任务设置的开始时间，该超时处理方法是计算这段时间内丢失的数据包，并重置当前任务采集的数据包数目，防止影响下一个采集任务，超时处理方法的具体计算步骤为：

a、获取第一个数据包记录的GPS时间，由于第一个数据包记录的GPS时间一定以整秒开始的，而配置采样开始时间也是整秒，对比设置的采样开始时间和数据包GPS时间；

b、当从数据包GPS时间大于设置的采样开始时间时，计算这两个时间差值，在乘以采样率即可得到丢失的数据包数目，计算公式如下:

N_lose＝(t_GPS-t_start)×SampleRate (1)，

(1)式中，t_GPS为数据包GPS时间，t_start为设置的采样开始时间，SampleRate为采样率，N_lose为丢失的数据包数目；

c、重置当前子采集任务需存储的数据包数目为：

N_new＝N-N_lose (2)，

(2)式中，N为设置的数据包数目，N_new为需存储的数据包数目；当N_new小于等于0时，则表明当前任务已过时，立即终止当前采集任务；当N_new大于0时，则按照N_new要求存储数据包；

第二种超时是在采样过程中采集站异常引起的，该超时处理方法是在数据采集过程中，当在时间阈值ε_packet内未能接收到下一个数据包，表明数据采集出现异常，则立即终止当前任务，发送超时信号，但并不退出整个采集任务，超时处理方法的具体计算步骤为：

d、创建一个定时器，并设置经过时间阈值为ε_packet时，将触发超时信号；

e、当每接收到一组数据包时，将定时器重置为0，并重新开始计时；

f、若在时间阈值ε_packet内没有接收到数据包且已存储的数据包数目未满足要求，则表明采样出现异常，为了保证前期采样的数据有效，将立即终止当前子采集任务；

(4)、判断数据包存储是否满足要求，若已满足要求，则结束当前子采集任务，再判断是否有后续子采集任务，若有下一个子任务，则计算当前结束时间与下一个子采集任务开始的时间间隔，并记为t_wait，若t_wait大于等待时间阈值ε_wait，则开启定时器，并设置定时器的定时时间为t_wait-ε_wait，当定时器触发后，则进行下一个子任务采集；

(5)、若收到上传数据指令，则将当前子采集任务的数据写入环形缓冲区中，再将环形缓冲区中的数据上传到PC；若当前处于空闲时间区域，则开始临时数据采集模式，临时数据采集模式是指利用上一个子采集任务的参数配置当前临时采集任务，采集站开始临时采集任务并将采集数据写入到环形缓冲区中，临时数据采集模式下的采集数据不存储；当t_wait-ε_wait小于0，则直接进入下一个子采集任务；

(6)、采集的数据写入指定文件，并判断已存的数据包是否满足要求，若已达要求，则发送停止采集指令；

(7)、当检测到上传数据信号时，若在进行数据采集，则将实时数据发送到环形缓冲区中，利用网络通信的socket端口将环形缓冲区的数上传到PC端口，PC端将接收到的数据进行解析并显示相关曲线；

(8)、重复上述步骤完成所有子采集任务后，退出数据采集。

当采集站出现人为或突发断电情况或空闲时间段连接新电源时，断电时会停止当前子任务，在重新上电并获取到GPS信号后，会判断整个采集任务是否完成，若未完成，则继续采集。

其中，采集任务包括有一个或多个子采集任务；采集任务是指由采样开始时间、数据包数目和采样配置参数组成，进入采集任务是指将无缆存储式地震仪按采样配置参数进行配置，采样结束是根据在指定的时间内，判断已存储的数据包数目是否等于采样任务设置的数据包数目，若等于则表明该采集任务已正常结束，若存储的数据包数目未能达到要求，则表明该采样任务异常并给出提示状态。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种无缆存储式地震仪数据采集方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

(1)、初始化无缆存储式地震仪状态，配置采集站为整秒采集数据，即采样开始时间必须是秒量级；设置的数据采集开始时间若小于当前GPS时间，则立即开始采集，若大于当前GPS时间，则处于阻塞状态，一直等待到与GPS时间相同后才进行采集；

(2)、当数据的采集任务开始后，即使GPS信号丢失，数据采集任务仍继续，在没有收到终止采集指令时，持续进行数据采集工作；

(3)、设置数据采集超时处理，分两种数据采集超时模式：第一种模式是当获取第一个数据包记录的时间戳时，与设置的采样开始时间进行对比，若这两个时间不同，则表明实际采样时间慢于设置的采样开始时间，发送超时信号并进行相应处理；第一种超时模式是由采样开始不及时引起的，采样开始不及时是指数据采集的第一个数据包记录的GPS时间戳大于采样任务设置的开始时间，该超时处理方法是计算这段时间内丢失的数据包，并重置当前任务采集的数据包数目，防止影响下一个采集任务，超时处理方法的具体计算步骤为：

a、获取第一个数据包记录的GPS时间，由于第一个数据包记录的GPS时间一定以整秒开始的，而配置采样开始时间也是整秒，对比设置的采样开始时间和数据包GPS时间；

b、当从数据包GPS时间大于设置的采样开始时间时，计算这两个时间差值，再 乘以采样率即可得到丢失的数据包数目，计算公式如下:

N_lose＝(t_GPS-t_start)×SampleRate (1)，

(1)式中，t_GPS为数据包GPS时间，t_start为设置的采样开始时间，SampleRate为采样率，N_lose为丢失的数据包数目；

c、重置当前子采集任务需存储的数据包数目为：

N_new＝N-N_lose (2)，

(2)式中，N为设置的数据包数目，N_new为需存储的数据包数目；当N_new小于等于0时，则表明当前任务已过时，立即终止当前采集任务；当N_new大于0时，则按照N_new要求存储数据包；

第二种超时是在采样过程中采集站异常引起的，该超时处理方法是在数据采集过程中，当在时间阈值ε_packet内未能接收到下一个数据包，表明数据采集出现异常，则立即终止当前任务，发送超时信号，但并不退出整个采集任务，超时处理方法的具体计算步骤为：

d、创建一个定时器，并设置经过时间阈值为ε_packet时，将触发超时信号；

e、当每接收到一组数据包时，将定时器重置为0，并重新开始计时；

f、若在时间阈值ε_packet内没有接收到数据包且已存储的数据包数目未满足要求，则表明采样出现异常，为了保证前期采样的数据有效，将立即终止当前子采集任务；

(4)、当某个子采集任务结束或被中止后，计算当前时间到下一个采集任务的时间，并记为t_wait，若t_wait大于等待时间阈值ε_wait时，添加定时器，定时时间为t_wait-ε_wait，若在t_wait-ε_wait时间内收到上传数据指令，则开启临时数据采集模式，将采集的数据上传到PC端，但不保存临时数据采集模式下的数据；当定时器结束后，立即终止临时采集模式并进入下一个子采集任务；

(5)、将采集的数据写入指定文件，并判断已存的数据包是否满足要求，若已达要求，则发送停止采集指令；

(6)、当检测到上传数据信号时，若在进行数据采集，则将实时数据发送到环形缓冲区中，利用网络通信的socket端口将环形缓冲区的数上传到PC端口，PC端将接收到的数据进行解析并显示相关曲线；

(7)、当采集站出现人为或突发断电情况或空闲时间段连接新电源时，断电时会停止当前子任务，在重新上电并获取到GPS信号后，会判断整个采集任务是否完成，若未完成，则继续采集。

2.根据权利要求1所述的一种无缆存储式地震仪数据采集方法，其特征在于：所述的采集任务包括有一个或多个子采集任务；所述的采集任务是指由采样开始时间、数据包数目和采样配置参数组成，进入采集任务是指将无缆存储式地震仪按采样配置参数进行配置，采样结束是根据在指定的时间内，判断已存储的数据包数目是否等于采样任务设置的数据包数目，若等于则表明该采集任务已正常结束，若存储的数据包数目未能达到要求，则表明该采样任务异常并给出提示状态。

3.根据权利要求1所述的一种无缆存储式地震仪数据采集方法，其特征在于：所述的无缆存储式地震仪对于不同的采样状态设置有相应的指示灯，所述的采样状态包括有GPS信号丢失状态、已获取GPS信号、开始数据采集状态、未进行数据采集状态。

4.根据权利要求1所述的一种无缆存储式地震仪数据采集方法，其特征在于：所述的步骤(4)的临时数据采集模式是指利用上一个子采集任务配置当前临时采集任务，采集站开始临时采集任务并将采集数据写入到环形缓冲区中，临时数据采集模式下的采集数据不存储；当t_wait-ε_wait小于0，则直接进入下一个子采集任务。