CN116877063B - 深部空区随钻***及通信质量评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种深部空区随钻***及通信质量评价方法。所述***包括有钻杆装置及地面控制终端；钻杆装置包括钻头、智能探杆及通信钻杆总成；智能探杆沿竖向连接在钻头及通信钻杆总成之间；智能探杆部署有探测模块，探测模块用于至少获取深部空区内的探测数据；通信钻杆总成包括组成通信链路的至少三个通信杆及至少两个中继杆，任意中继杆部署在两个相邻通信杆之间；任意中继杆沿通信链路向地层上方一次或多次的发送各自的标准数据包；地面控制终端接收至少两个中继杆发送的标准数据包，并且根据标准数据包的损失评价至少部分通信链路的通信质量。

Description

深部空区随钻***及通信质量评价方法

技术领域

本发明涉及地质勘探领域，具体而言，涉及一种深部空区随钻***及其通信质量评价方法

背景技术

深部空区的窥视成像一种是测量人员持探测仪器深入地下空间开展探测，另一种是通过钻孔将探测仪器送入到深部空区开展探测。

但是，深部煤矿冒、井下救援现场的深部空区存在如下问题：深部空区的最大埋深超过千米；深部空区的上覆地层曾发生剧烈开采扰动，不易形成稳定钻孔通道；探测人员受环境约束不能直接进入深部空区；深部空区的地理位置存在随机性；深部空区内结构复杂、可视条件差，且多数情况下存在不同程度的积水。因此在实施前述深部空区探测时，地表地球物理勘探方法并不适用。

同时，对于现有的探测仪器，如声呐、激光雷达、摄像装置等，必须事先形成稳定的钻孔通道，使探测仪器能够进入深部空区实施探测，但探测仪器的探测深度有限，无法实施在前述深部空区的探测。

那么，对于深部煤矿开采形成的深部空区，无论是工作面后方的冒落空区，还是井下事故的救援现场，测量人员都不能进入，且由于深部空区的上覆岩层曾发生剧烈的开采扰动破坏，地面不能形成有效的钻孔通道，难以将探测仪器送入深部空区。那么在应急救援工作中，由于时间紧、任务重，则对深部空区的人员测量及钻孔探测都无法满足事故处理要求。

因此，使多种探测设备跟随地质钻头同步进入深部空区，实施随钻随探作业，是当前对深部空区进行探测的关键技术。

同时，深部空区一般远离地表，钻头离地表距离长，探测设备在深部空区获取的探测数据需经过钻杆内较长的通信链路传递到地表。在探测数据沿通信链路传递过程中，考虑到地层下不同环境对传输信号的考虑，如何事先评价通信链路的通信质量是当前配套深部空区随钻的关键技术。

发明内容

本发明实施例为克服现有技术存在缺陷公开深部空区随钻***及方法。

第一方面，本发明实施例公开深部空区随钻***。所述深部空区随钻***包括有钻杆装置及地面控制终端；所述钻杆装置包括钻头、智能探杆及通信钻杆总成；所述智能探杆沿竖向连接在所述钻头及所述通信钻杆总成之间；所述智能探杆部署有探测模块，所述探测模块用于至少获取深部空区内的探测数据；所述通信钻杆总成包括组成通信链路的至少三个通信杆及至少两个中继杆，任意所述中继杆部署在两个相邻所述通信杆之间；任意所述中继杆沿所述通信链路向地层上方一次或多次的发送各自的标准数据包；所述地面控制终端接收至少两个所述中继杆发送的所述标准数据包，并且根据所述标注数据包的损失评价至少部分所述通信链路的通信质量。

此外，本发明实施例所述标准数据包由标准数据及编号信息组成；所述地面控制终端根据所述标准数据及所述编号信息评价任意两个所述中继杆之间通信链路的通信质量。

此外，本发明实施例所述地面控制终端获取任意两个所述中继杆发送的所述标准数据包；所述地面控制终端根据任意两个所述编号信息确认一通信链路的链路段落；所述地面控制终端根据两个所述标准数据评价所述链路段落的通信质量。

此外，本发明实施例所述地面控制终端根据一预置数据确认所述标准数据的数据损失；所述地面控制终端根据两个所述标准数据的数据损失评价所述链路段落的通信质量。

此外，本发明实施例所述地面控制终端根据两个所述标准数据的数据损失度与一损失阈值的比较，评价所述链路段落的通信质量。

此外，本发明实施例所述地面控制终端根据所述通信链路的通信质量生成有向地层下方一个或多个所述中继杆发送的第一控制指令；一个或多个所述中继杆根据所述第一控制指令调整对所述标准数据包的发送策略。

此外，本发明实施例一个或多个所述中继杆根据所述第一控制指令增强对所述标准数据包的发送次数和/或频率。

此外，本发明实施例所述标准数据包包括各传感器类型的至少两种标准数据；所述地面控制终端根据对各传感器类型的所述标准数据评价所述通信链路对不同传感器类型数据的通信质量。

此外，本发明实施例所述地面控制终端根据对各传感器类型数据的通信质量生成有向地层下方一个或多个所述中继杆发送的第二控制指令；一个或多个所述中继杆根据所述第二控制指令调整所述标准数据包中各传感器类型的标准数据的的冗余量和/或发送策略。

第二方面，本发明实施例公开一种深部空区随钻***通信质量评价方法，应用所述深部空区随钻***。所述深部空区随钻***通信质量评价方法步骤包括：任意所述中继杆沿所述通信链路向地层上方一次或多次的发送各自的标准数据包；所述地面控制终端接收至少两个所述中继杆发送的所述标准数据包，并且根据所述标注数据包的损失评价至少部分所述通信链路的通信质量。

本发明实施例与现有技术相比，本实施例***一方面能够单独评价通信链路中各链路段落应对不同传感器类型时的通信质量，另一方面也能够通过对应急救援关联的各类传感器的加权，综合评价通信链路中各链路段落在面向应急救援时总体通信质量。

针对上述方案，本发明通过以下参照附图对公开的示例性实施例作详细描述，亦使本发明实施例的其它特征及其优点清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出本实施例深部空区随钻***的结构示意图。

图2示出本实施例深部空区随钻***的结构示意图。

图3示出本实施例中继模块评价通信质量的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，公开这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

本实施例公开有深部空区200随钻***及通信质量评价方法。所述深部空区200随钻***应用在对深部空区200的实时钻进及探测，并且能够在钻进达到深部空区200后对沿***自地层向上形成的通信链路的通信质量作出评价，以评估对深部空区200后续探测数据的可信度，尤其是评估帮助应急救援的三维建模的至少部分探测数据的可信度。

图1示出本实施例深部空区200随钻***的结构示意图。图1示出本实施例例深部空区200随钻***包括钻杆装置100、地面控制终端300及远程控制终端400。

本实施例钻杆装置100用于向地层下方深部空区200钻进，并且在钻进到达深部空区200后获取多种不同传感器类型的数据信息，以及钻杆装置100沿杆内构造的通信链路将数据信息传递到地表。地面控制终端300用于接收来自钻杆装置100的数据信息，并且根据这些数据信息进行数据处理并发送到远程控制终端400。远程控制终端400分析处理后的数据信息，用于图像显示深部空区200内的地貌环境，或者用于重建深部空区200的三维模型。那么在钻杆装置100至少部分的伸入到深部空区200后，部署在钻杆装置100能够对深部空区200内的地貌环境、人员信息等进行数据采集，再沿钻杆装置100自身的通信链路将采集的数据信息向地层上方传递，直到地面控制终端300及远程控制终端400，以实现对深部空区200数据的采集、处理及分析，进而对实施深部空区200的应急救援，提供有支持。

图2示出本实施例钻杆装置100的结构示意图。图2示出本实施例钻杆装置100包括总体沿竖向部署的钻头210、智能探杆220及通信钻杆总成。

本实施例钻头210为通用地质钻机的钻头210。钻头210部署在钻杆装置100朝向地层下方的远端。本实施例通信钻杆总成部署在智能探杆220朝向地层上方的近端。那么钻杆装置100在伸出地表的部分被施加转动力矩时，沿通信钻杆总成及智能探杆220向钻头210传递转动力矩，以实现钻进；在钻头210钻进过程中，部署有传感器组合的智能探杆220将跟随钻头210到达深部空区200。

本实施例智能探杆220包括沿杆壁部署的传感器组合及主控电路板。本实施例智能探杆220的杆壁构造有多个开孔，开孔设置有保护玻璃盖板。本实施例传感器组合以固定的排列方式分布在构造开孔内。传感器组合可采用声呐-激光雷达-音视频综合手段，集成高清影像实时观测，热红外成像、双向语音通话的多功能随钻光学探测组合单元。本实施例主控电路板安装在智能探杆220内，并且与传感器组合形成电气连接。主控电路板至少用于接收并调制用于向地面发送来自传感器组合的探测数据，探测数据包括多种不同传感器类型的数据信息。那么传感器组合将探测数据发送到主控电路板，主控电路板对探测数据可进行基础的数据处理及调制，主控电路板通过接口电路将处理及调制的探测数据传递入通信钻杆总成。

再结合图2示出，本实施例通信钻杆总成的结构示意图。图2示出本实施例通信钻杆总成包括多个沿竖向接邻组合的中继杆节240及通信杆230。

本实施例通信杆230与中继杆节240的两端均构造有通用的杆接头。杆接头用于实现中继杆节240与通信杆230、中继杆节240与中继杆节240之间、通信杆230与通信杆230之间同步转动时的力矩传递及电信号传递。通信杆230的内部构造有贯通的导通电缆，导通电缆可实现两个杆接头之间的电信号传输，最靠近地表的通信杆230通过一出线端头引出有线缆后与地面控制终端300连接。部分相邻两个通信杆230的组合之间连接有中继杆节240。多个中继杆节240可实现单独或配合的实现数据的处置。

优选的，中继杆节240的内部构造有中继模块。中继模块的两端分别通过导通电缆实现与两端杆接头之间的电信号传输。中继模块自身可实施对接收和/或发送电信号的进行处置，例如对电信号实施调制、解调、增强、补偿、比较等，为地面控制终端300及远程控制终端400的信号传输、业务应用等提供基础。

此外，本实施例主控电路板基于哈希校验生成各传感器类型的数据信息的校验码。主控电路板调制数据信息及校验码为探测数据，并通过与智能探杆220接邻的通信杆230向地层上方传递调制后探测数据。

本实施例在智能探杆220钻进到深部空区200后多个中继模块分别沿通信钻杆总成形成的通信链路向地层上方传递标准数据包。地面控制终端300接收来自地层下方的各中继模块发送的标准数据包。其中，标准数据包由全部传感器类型的标准数据及对应发送中继模块的编号信息组成。

其中，传感器类型包括但不限于音频类型、视频类型、激光类型、声纳数据、红外数据等。本实施例***传感器组合采用声呐-激光雷达-音视频综合手段，集成高清影像实时观测，热红外成像、双向语音通话等功能。

本实施例地面控制终端300根据各中继模块发送的标准数据及编号信息评价通信质量，通信钻杆总成形成的通信链路在周围地层影响下的通信质量。

图3示出本实施例中继模块评价通信质量的流程示意图。图3示出中继模块对深部空区200随钻***评价通信质量的方法步骤。

S11地面控制终端300获取全部中继杆发送的标准数据包，并解析标准数据包的标准数据及编号信息。

S12地面控制终端300根据编号信息选择任意两个中继杆，并且获取两个中继杆的标准数据。

S13地面控制终端300分别比较一预置数据与两个标准数据，以分别获取两个标准数据与预置数据的数据损失度。

其中，中继杆初始发送的标准数据与预置数据相同。因通信质量出现有数据损失，地面控制终端300后续接收的标准数据与预置数据不同。那么地面控制终端300接收的标准数据与预置数据的数据区别即是数据损失。

优选的，本实施例中继杆以二进制协议发送标准数据包。那么地面控制终端300接收的标准数据与预置数据的数据区别表征为特征码有至少一字节不同。

S14地面控制终端300比较两个标准数据的数据损失度与至少一损失阈值，并且根据比较评价两个中继杆之间链路段落的通信质量。

在两个数据损失度都大于或等于损失阈值时评价两个中继杆之间的链路段落的通信质量为差；

在两个数据损失度都小于损失阈值时评价两个中继杆之间的链路段落的通信质量为优；

在靠远端中继杆的数据损失度大于或等于损失阈值，靠近端中继杆的数据损失度小于损失阈值时评价两个中继杆之间的链路段落的通信质量为良；

在靠近端中继杆的数据损失度大于或等于损失阈值，靠远端中继杆的数据损失度小于损失阈值时评价两个中继杆之间的链路段落的通信质量为异常。

基于此，本实施例靠远端的中继杆的通信路径覆盖靠近端的中继杆的通信路径。考虑到通信质量并非造成固定的数据损失，因此本实施例以两个中继杆发送标准数据的数据损失度间接评价两个中继杆之间链路段落的通信质量。

进一步的，考虑到不同传感器类型数据的数据特征及长度不同，本实施例方法分别对各传感器类型的标准数据作出评价。

因此，在步骤S11中地面控制终端300解析有标准数据包中各传感器类型的标准数据。在步骤S13中地面控制终端300比较与传感器类型对应的预置数据与标准数据，以获取传感器类型对应的标准数据的数据损失度。在步骤S14中地面控制终端300依次比较各传感器类型的标准数据的数据损失度与至少一对应各传感器类型的损失阈值，并且根据比较结果评价两个中继杆之间链路段落在对应各传感器类型数据的通信质量。

同时，考虑到本实施例***应用在对深部空区200的应急救援领域。本实施例中各传感器类型的部分，例如视频类传感器、激光扫描类传感器等，能够以直接显示或间接重建三维模型的方式帮助应急救援人员观察深部空区200的地貌环境等，因此本实例方法可倾向性地重点与应急救援关联的各传感器类型数据各自的通信质量，以及基于应急救援关联的各传感器类型数据的总体通信质量。

因此，本实施例地面控制终端300进一步的获取各传感器类型的评价权重，并且根据评价权重加权计算面向应急救援时段落链路的总体通信质量评价。

例如，本实施例中地面控制终端300使视频类传感器的评价权重为1，使音频类传感器的评价权重为0.2；使各传感器类型的段落链路的通信质量从高到低的配置评价分数3、2、1及0等，在地面控制终端300中以各传感器类型的评价权重与评价分数的加权平均数为对应段落链路面向应急救援的总体通信质量评价。

本发明实施例与现有技术相比，本实施例***一方面能够单独评价通信链路中各链路段落应对不同传感器类型时的通信质量，另一方面也能够通过对应急救援关联的各类传感器的加权，综合评价通信链路中各链路段落在面向应急救援时总体通信质量。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。

基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种深部空区随钻***，

其特征在于，

所述深部空区随钻***包括有钻杆装置及地面控制终端；

所述钻杆装置包括钻头、智能探杆及通信钻杆总成；

所述智能探杆沿竖向连接在所述钻头及所述通信钻杆总成之间；

所述智能探杆部署有探测模块，所述探测模块用于至少获取深部空区内的探测数据；

所述通信钻杆总成包括组成通信链路的至少三个通信杆及至少两个中继杆，任意所述中继杆部署在两个相邻所述通信杆之间;

任意所述中继杆沿所述通信链路向地层上方一次或多次的发送各自的标准数据包；

所述地面控制终端接收所述至少两个中继杆发送的所述标准数据包，并且根据所述标准数据包的损失评价至少部分所述通信链路的通信质量。

2.根据权利要求1所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述标准数据包由标准数据及编号信息组成；

所述地面控制终端根据所述标准数据及所述编号信息评价任意两个所述中继杆之间通信链路的通信质量。

3.根据权利要求2所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述地面控制终端获取任意两个所述中继杆发送的各自的所述标准数据包；

所述地面控制终端根据任意两个所述编号信息确认通信链路的链路段落；

所述地面控制终端根据两个所述标准数据评价所述链路段落的通信质量。

4.根据权利要求3所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述地面控制终端根据预置数据确认所述标准数据的数据损失；

所述地面控制终端根据两个所述标准数据的数据损失评价所述链路段落的通信质量。

5.根据权利要求4所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述地面控制终端根据两个所述标准数据的数据损失度与损失阈值的比较，评价所述链路段落的通信质量。

6.根据权利要求1所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述地面控制终端根据所述通信链路的通信质量生成向地层下方一个或多个所述中继杆发送的第一控制指令；

一个或多个所述中继杆根据所述第一控制指令调整对所述标准数据包的发送策略。

7.根据权利要求6所述的深部空区随钻***，其特征在于，

一个或多个所述中继杆根据所述第一控制指令增强对所述标准数据包的发送次数和/或频率。

8.根据权利要求1所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述标准数据包包括各传感器类型的至少两种标准数据；

所述地面控制终端根据对各传感器类型的所述标准数据评价所述通信链路对不同传感器类型数据的通信质量。

9.根据权利要求8所述的深部空区随钻***，其特征在于，

所述地面控制终端根据对各传感器类型数据的通信质量生成向地层下方一个或多个所述中继杆发送的第二控制指令；

一个或多个所述中继杆根据所述第二控制指令调整所述标准数据包中各传感器类型的标准数据的冗余量和/或发送策略。

10.一种深部空区随钻***通信质量评价方法，

用于深部工程灾害应急救援，

应用如权利要求1所述的深部空区随钻***，

其特征在于，所述深部空区随钻***通信质量评价方法步骤包括：

任意所述中继杆沿所述通信链路向地层上方一次或多次的发送各自的标准数据包；

所述地面控制终端接收所述至少两个中继杆发送的所述标准数据包，并且根据所述标准数据包的损失评价至少部分所述通信链路的通信质量。