基于無線網(wǎng)絡(luò)的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

Remote Monitoring System of Cable-less Seismograph Based on Wireless Network

張曉普　林　君　楊泓淵　趙玉江　朱亞東洋

(吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春　130026)

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基于無線網(wǎng)絡(luò)的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

Remote Monitoring System of Cable-less Seismograph Based on Wireless Network

張曉普林君楊泓淵趙玉江朱亞東洋

(吉林大學(xué)儀器科學(xué)與電氣工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130026)

摘要：針對(duì)地震數(shù)據(jù)采集過程中工作人員無法遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制儀器的問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由無纜地震儀和主控中心兩部分組成。無纜地震儀按照通信方式被分為普通節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)兩種。普通節(jié)點(diǎn)通過WiFi連接到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)連入互聯(lián)網(wǎng)，與主控中心建立TCP連接，主控中心完成對(duì)無纜地震儀工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和地震數(shù)據(jù)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。經(jīng)測(cè)試，基于無線網(wǎng)絡(luò)的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性，能夠在地震數(shù)據(jù)采集工作中使用。

關(guān)鍵詞：無線網(wǎng)絡(luò)WiFi蜂窩網(wǎng)絡(luò)地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)嵌入式Linux系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集通信

Abstract：Aiming at the problems in acquisition process of seismic data,such as staff members are unable to monitor and control instruments remotely,the remote monitoring system for cable-less seismograph based on wireless network technology is designed and implemented.The system consists of two parts, the cable-less seismograph and the main control center.The cable-less seismograph is divided into two types in accordance with the communication modes, one is with normal node,and another one is with gateway node.The normal node is connected to gateway node via WiFi, the gateway node is connected to Internet via cellular network for setting up TCP connection with main control center.The real time monitoring of the operation status of the cable-less seismograph and the detection of the quality of seismograph data are conducted in main control center.The tests show that the system possesses excellent stability and real time performance; it can be used in seismic data acquisition.

Keywords:Wireless networkWiFiCellular networkSeismographRemote monitoring systemEmbedded Linux system

Data acquisitionCommunication

0引言

人們對(duì)石油和天然氣日益增加的需求不斷推動(dòng)著資源勘探工作快速發(fā)展。作為資源勘探最主要的方式，陸上地震勘探具有作業(yè)范圍大、采樣節(jié)點(diǎn)眾多、產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)等特點(diǎn)。實(shí)際工作中，工作人員需要對(duì)幾十萬個(gè)采集設(shè)備進(jìn)行操作(檢測(cè)、布設(shè)、回收)。由于節(jié)點(diǎn)數(shù)量巨大，用于通信的線纜占地震勘探總裝備重量的75%，且對(duì)通信線纜的檢測(cè)、鋪設(shè)以及回收工作是整個(gè)勘探工作量的50%。除此之外，由于通信線纜無法橫穿鐵路、公路，傳統(tǒng)地震勘探設(shè)備在該類區(qū)域內(nèi)無法工作[1]。如果在勘探過程中，使用盲采式的無纜地震儀(在工作中不適用通信技術(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)記錄在存儲(chǔ)設(shè)備中的地震儀)常常會(huì)因?yàn)樵O(shè)備故障、受施工環(huán)境影響等原因，影響到數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，從而導(dǎo)致整個(gè)地震數(shù)據(jù)采集的廢道率升高(在地震勘探中，一個(gè)檢波器采集到一個(gè)分量的地震數(shù)據(jù)稱為一道)[1-3]，降低了工作效率。

針對(duì)以上問題，本文將蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與WiFi技術(shù)結(jié)合，將現(xiàn)有的基于WiFi技術(shù)的無纜地震儀作為普通節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與中控中心軟件，組成了滿足勘探工作所要求的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

1無纜地震儀通信的現(xiàn)狀

目前，無纜地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是采用WiFi技術(shù)進(jìn)行通信[4-6]，例如目前地震勘探領(lǐng)域最常用的設(shè)備之一是由法國(guó)Sercel公司研制的UNITE無線地震勘探系統(tǒng)。基于WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)無纜地震儀監(jiān)控系統(tǒng)，需要在地震儀(采集終端)的附近架設(shè)AP(access point)天線、網(wǎng)橋等網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，以搭建地震儀與主控中心物理層的連接，然后通過相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)通信。利用單一的WiFi技術(shù)實(shí)現(xiàn)地震勘探系統(tǒng)通信的方式主要存在以下三點(diǎn)不足。

(1)系統(tǒng)的整體設(shè)備質(zhì)量較大。雖然與傳統(tǒng)基于有線的地震勘探系統(tǒng)相比，由于減少了通信線纜，該類系統(tǒng)總體的質(zhì)量明顯變小，但由于添加了AP天線、網(wǎng)橋等設(shè)備，系統(tǒng)的功耗增加了，工作中還需要攜帶更多的電源，因此整個(gè)系統(tǒng)依然存在改進(jìn)的空間。

(2)野外工作量較大。出于增加無線通信覆蓋面積或跨越障礙等目的，還需要將天線、網(wǎng)橋等設(shè)備架設(shè)到較高的地方，增加了采集前的布設(shè)工作。

(3)通信距離有限。此類系統(tǒng)的通信距離一般不超過100 km，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸功能，無法將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有無線通信技術(shù)的特點(diǎn)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)中應(yīng)用的現(xiàn)狀[7-11]，本文選擇使用已建成的、具有較大覆蓋面積和較大傳輸帶寬的蜂窩網(wǎng)絡(luò)與WiFi結(jié)合，實(shí)現(xiàn)主控中心指令、地震儀工作狀態(tài)以及采集到的地震數(shù)據(jù)等的傳輸功能，從而可以在不架設(shè)AP天線、網(wǎng)橋等設(shè)備的前提下，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)與控制功能，分析采集到的數(shù)據(jù)質(zhì)量，最大化減少勘探系統(tǒng)的重量和野外的工作量。該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分為兩部分：無纜地震儀、主控中心。系統(tǒng)中的無纜地震儀分為兩種：具有WiFi通信功能的普通節(jié)點(diǎn)和具有WiFi+蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信功能的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。一臺(tái)具有公網(wǎng)IP地址的終端即可作為主控中心，通過主控中心軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)多臺(tái)無纜地震儀的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。

基于無線網(wǎng)絡(luò)的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作示意圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

在實(shí)際工作中，為了使主控中心可以建立在任意一臺(tái)具有公網(wǎng)IP地址的終端上，需要使地震儀獲得主控中心IP地址的信息。因此，主控中心先通過短信向網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送服務(wù)器的IP地址。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)讀取來自主控中心的短信以獲得服務(wù)器的IP地址，接著作為AP廣播子網(wǎng)的服務(wù)集標(biāo)志(service set identifier，SSID)。普通節(jié)點(diǎn)(現(xiàn)有基于WiFi技術(shù)的無纜地震儀)通過搜索指定的SSID加入由網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)建立的子網(wǎng)，組成一個(gè)基于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的星狀監(jiān)控子網(wǎng)[6]。主控中心軟件通過互聯(lián)網(wǎng)與各監(jiān)控子網(wǎng)進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)地震儀一對(duì)多的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

由于普通節(jié)點(diǎn)選用目前現(xiàn)有的支持WiFi通信的無纜地震儀，所以本文自行設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)和主控中心軟件。

3網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)

3.1.網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)

3.1.1整體硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)中作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的地震儀由五部分構(gòu)成：控制單元、4通道數(shù)據(jù)采集單元、電源管理單元、通信單元和GPS模塊。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)圖

控制單元是由ARM9處理器(AT91RM9200)、16 MB NOR Flash、64 MB SDRAM和100 Mbit/s以太網(wǎng)接口、RS-232接口組成的嵌入式系統(tǒng)?？刂茊卧脕砜刂葡到y(tǒng)中的通信單元、GPS模塊、采集單元，使地震儀能夠正常工作。4通道數(shù)據(jù)采集單元由FPGA、模擬濾波網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)放模塊、信號(hào)調(diào)制模塊、數(shù)字濾波模塊組成。采集單元在FPGA的控制下對(duì)輸入差分地震信號(hào)進(jìn)行模擬濾波、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波，然后寫入FPGA的FIFO RAM中。ARM與FPGA通過地址總線和數(shù)據(jù)總線進(jìn)行通信[12]。電源管理單元由MCU、大電流降壓芯片、繼電器等器件組成，為控制單元、采集單元、通信模塊和GPS模塊提供電源，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)電源管理，以降低地震儀的功耗[12]。GPS模塊用于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的授時(shí)和定位，為地震勘探系統(tǒng)提供地震儀的排列關(guān)系和同步信號(hào)。GPS模塊通過UART與ARM進(jìn)行通信[12]。通信單元包含蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊和WiFi模塊兩部分。WiFi模塊與ARM通過SPI總線連接，受ARM控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與普通節(jié)點(diǎn)間的通信功能[6]。蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊與ARM通過USB接口通信，受ARM控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與主控中心間的通信功能。

3.1.2蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊的硬件設(shè)計(jì)

在網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)中，由蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)監(jiān)控子網(wǎng)與主控中心的通信任務(wù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊的硬件設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到地震勘探儀器的野外工作環(huán)境特點(diǎn)，選擇工作溫度范圍大、功耗低、性能穩(wěn)定的蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信芯片，并且選擇加入覆蓋面積廣、通信速率大的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。綜合上述因素，選擇華為技術(shù)有限公司開發(fā)的MU509模塊作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊，選擇中國(guó)聯(lián)通的WCDMA網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)所加入的蜂窩網(wǎng)絡(luò)。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊的硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了滿足高速率通信的要求，選用USB接口連接ARM與MU509，其中，ARM為主設(shè)備，MU509為從設(shè)備。

圖3　蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊硬件結(jié)構(gòu)圖

3.2網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

3.2.1整體軟件結(jié)構(gòu)

由于地震儀的功能多樣化，為了便捷地實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的要求，選擇Linux系統(tǒng)作為操作系統(tǒng)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)軟件的用戶層應(yīng)用程序中包含三個(gè)主要程序：控制程序、通信程序和PPP撥號(hào)連網(wǎng)程序。控制程序負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)采集相關(guān)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，比如開始采集、通道測(cè)試、系統(tǒng)重置等[12]。PPP撥號(hào)連網(wǎng)程序用于網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)能夠持續(xù)穩(wěn)定地連接到互聯(lián)網(wǎng)。通信程序?qū)崿F(xiàn)主控中心與地震儀間的通信。通信程序需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能。一個(gè)是監(jiān)控子網(wǎng)的路由功能，負(fù)責(zé)子網(wǎng)內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)；另一個(gè)是與控制程序的通信功能，通過共享內(nèi)存將從主控中心獲得的指令通知控制程序，而后再從共享內(nèi)存中讀取控制程序的執(zhí)行結(jié)果并上報(bào)到主控中心。為了實(shí)現(xiàn)地震儀PPP撥號(hào)連網(wǎng)，需要向Linux內(nèi)核中添加PPP撥號(hào)連網(wǎng)的模塊和USB調(diào)制解調(diào)器的驅(qū)動(dòng)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的整體軟件框架如圖4所示。

圖4　網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的軟件框圖

3.2.2配置的Linux內(nèi)核支持PPP撥號(hào)

基于Linux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)PPP撥號(hào)連網(wǎng)功能，需要先向內(nèi)核添加USB調(diào)制解調(diào)器驅(qū)動(dòng)。首先，應(yīng)該添加USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)。添加USB轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)需要內(nèi)核中已包含AT91RM9200的USB主機(jī)控制器的驅(qū)動(dòng)，并在系統(tǒng)的板級(jí)配置文件中完成初始化。USB主機(jī)控制器的初始化函數(shù)在內(nèi)核文件夾內(nèi)/arch/arm/mach-at91的board-dk.c文件里的板級(jí)初始化函數(shù)中。然后，在USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)中注冊(cè)MU509的VID和PID。之后，進(jìn)入內(nèi)核配置界面，將USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)和USB調(diào)制解調(diào)的驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核。

此外，還要使內(nèi)核支持PPP功能，在配置界面的根目錄下選擇Device Drivers中的Network device support，將其中與PPP有關(guān)的選項(xiàng)都以靜態(tài)編譯進(jìn)內(nèi)核的方式選中。最后，使用交叉編譯器將裁剪好的內(nèi)核編譯并燒錄到AT91RM9200中。

3.2.3PPP撥號(hào)連網(wǎng)程序

根據(jù)PPP連網(wǎng)的需要，應(yīng)向文件系統(tǒng)中加入兩個(gè)開源應(yīng)用程序，分別是PPPD和chat。PPPD是PPP連網(wǎng)的守護(hù)進(jìn)程，它通過向通信模塊發(fā)送AT指令控制著PPP連接過程中各種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換以及處理各階段的外部事件。當(dāng)PPP連接成功后，PPPD就進(jìn)入休眠狀態(tài)，一直到收到斷開連接信號(hào)后直接退出或者發(fā)生意外斷開事件后進(jìn)行重新連接。chat負(fù)責(zé)撥通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在物理層建立連接，并對(duì)連接階段的各種情況進(jìn)行處理。在向文件系統(tǒng)中添加PPPD和chat程序后，還需要建立如下目錄/etc/ppp/peers，并在該目錄下按照PPP開源程序的要求編寫撥號(hào)的腳本程序，以完成對(duì)撥號(hào)過程如用戶名、密碼、串口波特率等參數(shù)的配置[15]。最后執(zhí)行PPPD程序，地震儀即可通過蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊連接到互聯(lián)網(wǎng)。

3.2.4地震儀通信程序

通信進(jìn)程開始后要先從文件讀取本機(jī)的硬件信息，創(chuàng)建用于與控制進(jìn)程進(jìn)行進(jìn)程間通信的共享內(nèi)存完成初始化。然后，通信進(jìn)程向蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊的控制端口發(fā)送AT指令讀取短信，提取出主控中心的IP地址。隨后調(diào)用PPP撥號(hào)連網(wǎng)程序，創(chuàng)建基于TCP的套接字，從而實(shí)現(xiàn)主控中心和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)間的通信。然后設(shè)置WiFi模塊為AP模式，廣播設(shè)置的SSID，與普通節(jié)點(diǎn)組成監(jiān)控子網(wǎng)。建立綁定WiFi網(wǎng)卡的套接字，用于與普通節(jié)點(diǎn)間的通信。通信進(jìn)程調(diào)用iptables命令進(jìn)行源網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)，在接收到普通節(jié)點(diǎn)發(fā)向主控中心的執(zhí)行結(jié)果時(shí)將普通節(jié)點(diǎn)的IP地址轉(zhuǎn)換為蜂窩網(wǎng)絡(luò)模塊的IP地址后，再轉(zhuǎn)發(fā)至主控中心。當(dāng)接收自主控中心的指令時(shí)，先解析出執(zhí)行操作地震儀的編號(hào)。若是本機(jī)，則將指令存入共享內(nèi)存；若是子網(wǎng)內(nèi)其他地震儀，則由WiFi模塊將指令轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的普通節(jié)點(diǎn)。詳細(xì)流程見圖5。

圖5　通信程序流程圖

在通信程序的接收指令、執(zhí)行指令、上報(bào)結(jié)構(gòu)的循環(huán)中，對(duì)于需要執(zhí)行一段時(shí)間才能返回結(jié)構(gòu)的指令(如通道測(cè)試)，通信進(jìn)程創(chuàng)建了一個(gè)分離線程，然后直接返回接收主控中心指令的狀態(tài)；由分離線程對(duì)通道測(cè)試的結(jié)果進(jìn)行等待，而后從共享內(nèi)存中讀取測(cè)試結(jié)果后發(fā)送到主控中心，并在上報(bào)結(jié)果之后自動(dòng)退出并釋放其所占資源。

4主控中心軟件設(shè)計(jì)

為了對(duì)多臺(tái)地震儀實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控工作狀態(tài)和回收關(guān)鍵地震數(shù)據(jù)的功能，主控中心軟件的人機(jī)界面被分為地震儀選擇菜單、命令選擇菜單、反饋信息列表三個(gè)部分。地震儀選擇菜單用于選擇對(duì)哪些地震儀發(fā)出指令。指令選擇菜單用于選擇發(fā)送哪條指令。指令選擇菜單中包含查詢類指令、設(shè)置類指令、控制類指令三類指令。查詢類指令用于查詢地震儀的工作狀態(tài)；設(shè)置指令類用于設(shè)置地震儀的工作參數(shù)，比如設(shè)置采樣率、設(shè)置增益等命令；控制類指令用于控制地震儀進(jìn)入不同的工作模式，比如通道測(cè)試、開始采集、回收數(shù)據(jù)等命令。反饋信息窗口用于顯示從地震儀端接收的執(zhí)行結(jié)果信息。主控中心軟件的處理層可以分為指令信息處理和數(shù)據(jù)管理兩個(gè)模塊。指令信息處理模塊負(fù)責(zé)對(duì)主控中心發(fā)出的指令進(jìn)行處理，包含指令解析、指令構(gòu)建、指令參數(shù)設(shè)置以及消息提醒四個(gè)功能。數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)了主控中心與地震儀間信息的交互，包含數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)解析和數(shù)據(jù)處理四個(gè)功能。主控中心軟件結(jié)構(gòu)如圖6所示，左邊框圖代表主控中心軟件人機(jī)界面中所包含的內(nèi)容，右邊框圖代表主控中心軟件的處理層所包含內(nèi)容。

圖6　主控中心軟件結(jié)構(gòu)框圖

5測(cè)試結(jié)果及分析

為了測(cè)試該系統(tǒng)的穩(wěn)定性與實(shí)時(shí)性，將地震儀機(jī)放在長(zhǎng)春城郊，主控中心設(shè)在北京市區(qū)做了五次試驗(yàn)，每次試驗(yàn)中樣機(jī)持續(xù)運(yùn)行三天。在測(cè)試中對(duì)系統(tǒng)做了網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、平均通信速率兩個(gè)項(xiàng)目的檢測(cè)，使用ping命令測(cè)試網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，通過回收數(shù)據(jù)測(cè)試平均通信速率。五次試驗(yàn)的結(jié)果見表1。由數(shù)據(jù)分析可以看出，在五次試驗(yàn)中，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)受信號(hào)強(qiáng)弱和網(wǎng)絡(luò)情況影響，一般網(wǎng)絡(luò)延時(shí)在1 s以內(nèi)，極少出現(xiàn)2 s以上的情況。在建立連接后3 s內(nèi)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)超時(shí)的現(xiàn)象，但是基本在3 s后丟包率為0，這說明連接初期的通信的質(zhì)量會(huì)比較不穩(wěn)定，但會(huì)在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的穩(wěn)定性。每次試驗(yàn)的平均通信速率都在560 kbit/s左右，最低為528 kbit/s，最高為608 kbit/s。

表1　系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

在勘探工作中，地震儀可以允許監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)較小的延時(shí)，2 s內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)可以滿足系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求并且具有良好的穩(wěn)定性。地震儀有四個(gè)采集通道，一般工作使用的采樣率在500 Hz～2 kHz范圍內(nèi)，因此一臺(tái)地震儀每秒鐘可產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量在8～32 kB之間。本監(jiān)控系統(tǒng)平均通信速率在560 kbit/s左右，在測(cè)試的同時(shí)實(shí)時(shí)回收三臺(tái)地震儀的采集數(shù)據(jù)的延時(shí)一般在1～3 s之間，可以滿足實(shí)時(shí)性要求。

6結(jié)束語

基于無線網(wǎng)絡(luò)的無纜地震儀遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)地震儀的工作狀態(tài)和采集數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，同時(shí)能夠進(jìn)行關(guān)鍵地震數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程回收。此系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性高、實(shí)時(shí)性好、通信速率較高，不僅可以根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)野外施工進(jìn)行導(dǎo)引，輔助確定故障地震儀的位置和故障原因，提供故障排除方案，減少野外工作量，還可以下載現(xiàn)場(chǎng)地震數(shù)據(jù)，供數(shù)據(jù)質(zhì)量分析使用和前期數(shù)據(jù)處理，充分保證無纜地震儀采集的地震數(shù)據(jù)質(zhì)量，降低地震采集廢道率，提高地震采集工作效率。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，蜂窩網(wǎng)絡(luò)也可以選用4G、5G網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)更高的通信速率，使一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)同時(shí)回收更多普通節(jié)點(diǎn)采集到的地震數(shù)據(jù)。

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中圖分類號(hào)：TP273;TH86

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201602012

國(guó)家深部探測(cè)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)研究專項(xiàng)(Sinoprobe-0904)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：201011081)；

吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：2015074)。

修改稿收到日期：2015-06-07。

第一作者張曉普(1990-)，男，現(xiàn)為吉林大學(xué)測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器專業(yè)在讀碩士研究生；主要從事地震勘探技術(shù)及儀器方面的研究。