4G移動(dòng)通信技術(shù)在地震勘探裝備中的應(yīng)用

陳榮斌

【摘要】 隨著全球一體化和信息化，世界的經(jīng)濟(jì)正以蓬勃的勢(shì)頭迅猛發(fā)展，人們對(duì)于信息技術(shù)的不斷探究和需要，促進(jìn)著移動(dòng)通信技術(shù)在數(shù)據(jù)通信和多媒體業(yè)務(wù)等方面不斷地更新?lián)Q代。4G移動(dòng)通信技術(shù)是在3G的基礎(chǔ)上延伸出來(lái)的，相比前一代，4G移動(dòng)通信技術(shù)傳輸速度更快，安全性更高。如今地震物理勘探設(shè)備所使用的通信技術(shù)，在幾十年的沉淀后已經(jīng)發(fā)展得較為完善，但隨著4G移動(dòng)通信技術(shù)的投入應(yīng)用，地震勘探儀器也會(huì)有新的進(jìn)步。

【關(guān)鍵詞】 4G移動(dòng)通信技術(shù) 地震儀器 采集同步

隨著如今國(guó)內(nèi)在信息技術(shù)的投入不斷加大，移動(dòng)通信正在一點(diǎn)一滴地改變著人們固有的生活方式，截止2013年6月份，國(guó)內(nèi)移動(dòng)電話用戶的數(shù)量已經(jīng)突破11.7億，足以證明移動(dòng)通信發(fā)展之迅猛。4G移動(dòng)通信技術(shù)作為現(xiàn)在最為先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)，已經(jīng)在各行各業(yè)都開(kāi)展應(yīng)用，其效果也令人滿意。近年來(lái)地震災(zāi)害的頻發(fā)和損害，讓人們更加關(guān)注地震的勘探，地震勘探儀器的更新速率也因此加快。4G移動(dòng)通信技術(shù)以其功能和性能上的優(yōu)勢(shì)都足以應(yīng)對(duì)地震勘探的需要，所以，將4G移動(dòng)通信技術(shù)應(yīng)用到其中去變得非常重要。

一、4G移動(dòng)通信技術(shù)的概念

所謂的4G，指的是第四代通信技術(shù)，它是第三代通信技術(shù)（3G）的衍生物，是對(duì)于3G技術(shù)的發(fā)展和提高。4G移動(dòng)通信技術(shù)運(yùn)用新的通信技術(shù)優(yōu)化移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供更好的服務(wù)，集合了3G技術(shù)和WLAN的優(yōu)點(diǎn)并且可以傳輸高質(zhì)量的視頻圖像信息，其優(yōu)點(diǎn)主要有：傳輸速率快，4G移動(dòng)通信技術(shù)的下行速率能夠達(dá)到100Mbps，是撥號(hào)上網(wǎng)的2000倍，3G技術(shù)的20倍，上傳的速率能達(dá)到20Mpbs。并且4G移動(dòng)通信技術(shù)可以獨(dú)立地建立信息高速公路，不需要電纜作為載體。此外，4G移動(dòng)通信技術(shù)的安全性能也得到了提高。

二、地震勘探儀器對(duì)于4G移動(dòng)通信技術(shù)的需求分析

地震勘探儀器經(jīng)歷過(guò)兩次技術(shù)性的變革：24位采集技術(shù)以及MEMS數(shù)字檢波器。這兩次變革都使得地震勘探儀器在功能和性能上有了飛躍式的發(fā)展。而隨著地震災(zāi)害的頻繁發(fā)生，人們對(duì)于地震的觀測(cè)提出了更高更精確的要求，這便促使地震勘探儀器也不斷地更新?lián)Q代。地震勘探所獲得的數(shù)據(jù)異常龐大，這需要儀器對(duì)于海量數(shù)據(jù)的處理能夠更好地應(yīng)對(duì)。而隨著4G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和完善，地震勘探的專(zhuān)家們都試圖將4G移動(dòng)通信技術(shù)融入地震勘探中以滿足日益增長(zhǎng)的勘探需求。

傳統(tǒng)的地震勘探數(shù)據(jù)都是通過(guò)電纜來(lái)實(shí)現(xiàn)地震數(shù)據(jù)的采集和傳輸?shù)?，而由于地震勘探?shù)據(jù)非常龐大，常常需要鋪設(shè)上萬(wàn)的檢波點(diǎn)甚至更多，所以大量的電纜會(huì)給鋪設(shè)施工和回收增加很多壓力。此外，由于地震勘探的特殊性，需要大量的人員和經(jīng)費(fèi)投入，野外排列比較困難，HSE風(fēng)險(xiǎn)很大，對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸和處理更為不便。為了擺脫困境，有關(guān)專(zhuān)家曾經(jīng)嘗試使用無(wú)線的地震儀器，但無(wú)線傳輸技術(shù)時(shí)至今日都不足以滿足地震勘探的要求，速率和抗干擾能力的不足給地震勘探工作帶來(lái)了困難，尤其無(wú)線地震勘探儀器的功耗較大，對(duì)于后勤能源的保障是以一種挑戰(zhàn)。尤其因?yàn)榈卣鹂碧焦ぷ鹘?jīng)常在一些地貌復(fù)雜的地區(qū)進(jìn)行，隨著道數(shù)的增加，地震勘探儀器的管理和回收都比較困難。這一切都催化著地震勘探儀器的更新。

地震勘探儀器的探測(cè)，往往需要的很大的范圍中以線性布置采集器，而采集器的布置往往需要上萬(wàn)道并且正在朝著十萬(wàn)道發(fā)展。每個(gè)采集器一般3道，采集器的改造需要無(wú)線模塊。每一道的傳輸速率可以達(dá)到31kb/s，集合起來(lái)的傳輸速率便可達(dá)到310Mb/s，所以傳輸速率的提高，便要求端點(diǎn)數(shù)量的提高。在QC檢測(cè)中，要求對(duì)于地震勘探數(shù)據(jù)精確的分析，對(duì)于沒(méi)有采樣點(diǎn)或信噪比不好的數(shù)據(jù)，要求會(huì)小于1%。QC檢測(cè)分為分片抽取和分時(shí)抽取，而如今幾萬(wàn)道的無(wú)線傳輸系統(tǒng)還無(wú)法解決方便快捷的問(wèn)題。由于地震勘探是野外作業(yè)，所以對(duì)于供電較為不便，設(shè)備的功耗不宜很大。此外勘探的環(huán)境地形復(fù)雜，無(wú)線通信需要具有更高的抗干擾性。對(duì)于設(shè)備的監(jiān)測(cè)也較為不便，大量的儀器布置會(huì)給監(jiān)測(cè)工作帶來(lái)困難。

三、4G移動(dòng)通信技術(shù)在地震勘探中的具體應(yīng)用

4G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用，需要采用TD-SCDMA技術(shù)（Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access，時(shí)分-同步碼分多址）構(gòu)建一個(gè)移動(dòng)的地震勘探測(cè)控以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠脚_(tái)。同時(shí)這個(gè)平臺(tái)還需要能夠提供現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)音和移動(dòng)辦公。體統(tǒng)具體分為交換調(diào)度系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)以及無(wú)線采集控制三個(gè)組成部分。（1）交換調(diào)度系統(tǒng)。交換調(diào)度系統(tǒng)的主要功能是對(duì)野外排列進(jìn)行監(jiān)控、控制采集以及數(shù)據(jù)回收等工作，交換調(diào)度系統(tǒng)與地震儀器的主機(jī)連接在一起，可以根據(jù)排列大小配置來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)調(diào)度模塊的交換。（2）無(wú)線通信系統(tǒng)。無(wú)線通信系統(tǒng)是由交換控制設(shè)備和基站構(gòu)成的，一個(gè)完整的無(wú)線通信系統(tǒng)可以同步采集控制、回傳采集數(shù)據(jù)、提供測(cè)試區(qū)域的生產(chǎn)調(diào)度無(wú)線通信以及終端檢活防止無(wú)線采集器被盜。（3）無(wú)線采集控制。無(wú)線采集終端的任務(wù)是完成同步采集的控制、QC檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸、采集數(shù)據(jù)的傳輸以及數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存壓縮。（4）TD-LTE系統(tǒng)方案。TD-LTE系統(tǒng)采用OFDM/HARQ（頻分正交調(diào)制方式/混合自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求）快速接入等技術(shù)，可以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什⑶矣幂^少的基站即可完成覆蓋。而在復(fù)雜的地形中，由于TD-LTE系統(tǒng)工作頻點(diǎn)在2或2.5GHz，無(wú)線信號(hào)會(huì)衰減，對(duì)此可以采用移頻壓擴(kuò)等無(wú)線覆蓋延伸設(shè)備來(lái)完成覆蓋。TD-LTE系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)傳輸狀態(tài)數(shù)據(jù)和抽樣數(shù)據(jù)并且能夠在很短的時(shí)間內(nèi)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程回傳。此外，TD-LTE系統(tǒng)可以提供語(yǔ)音通信，方便人員聯(lián)系，取代無(wú)線對(duì)講機(jī)。TD-LTE系統(tǒng)作為一種嚴(yán)格同步系統(tǒng)，只要基站與GPS同步即可工作，數(shù)據(jù)的終端不要求GPS單元，擺脫了對(duì)GPS的依賴(lài)，所以環(huán)境復(fù)雜時(shí)GPS不能鎖星授時(shí)的問(wèn)題便不復(fù)存在了。TD-LTE系統(tǒng)作為移動(dòng)通信系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)過(guò)公網(wǎng)檢驗(yàn)，并且具備各種網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工具和信號(hào)覆蓋優(yōu)化工具。在國(guó)內(nèi)的測(cè)試結(jié)果中，網(wǎng)絡(luò)覆蓋的數(shù)據(jù)傳輸功率高達(dá)99%。在能耗方面，TD-LTE系統(tǒng)低于WiFi，因?yàn)門(mén)D-LTE系統(tǒng)采用的是尋呼機(jī)制，所以只有在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)才會(huì)建立信道，在空閑狀態(tài)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大功耗。但TD-LTE系統(tǒng)的實(shí)施仍存在一些問(wèn)題，比如TD-LTE系統(tǒng)仍需要假設(shè)基站等基本工序，在這些環(huán)節(jié)并沒(méi)有太大優(yōu)勢(shì)，另外由于目前勘探工作只能使用1785到1805的頻率，但在這頻率段的覆蓋效果低于低頻覆蓋效果，所以要求基站大量布設(shè)，施工具有一定的難度。

四、結(jié)語(yǔ)

如今地震物理勘探設(shè)備所使用的通信技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的沉淀，已經(jīng)達(dá)到一個(gè)比較高的水平，但仍然存在著諸多的問(wèn)題，日益提高的地震勘探需要已經(jīng)不再適應(yīng)原有的勘探體系。隨著4G通信技術(shù)的加入，憑借其更快的傳輸速率和更好的安全性能，成熟的移動(dòng)通信技術(shù)勢(shì)必會(huì)給地震勘探儀器帶來(lái)新的發(fā)展契機(jī)。

參 考 文 獻(xiàn)

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