BOOMBOX遙爆系統(tǒng)源驅(qū)動功能研究與應(yīng)用

李躍斌，吳慶松

(東方地球物理勘探有限責(zé)任公司大慶物探一公司 黑龍江 大慶 163357)

0 引 言

近幾年受國際油價劇烈波動的影響，勘探市場也受到很大的沖擊，進一步加劇了市場競爭。在這種大環(huán)境下，降本增效是企業(yè)在嚴(yán)峻的市場環(huán)境中渡過難關(guān)的必然選擇。優(yōu)質(zhì)高效的物探采集作業(yè)，需要先進的勘探裝備及技術(shù)方法，其中，源驅(qū)動激發(fā)技術(shù)已成為各地震勘探隊公認(rèn)最有效的提質(zhì)增效技術(shù)手段。該技術(shù)的應(yīng)用，使炮手和操作員之間，無需通過電臺語音播報核對樁號信息，因而，可從技術(shù)層面避免因口誤、樁號不清、錯放等因素導(dǎo)致的廢炮，因此，該技術(shù)不僅能提高采集效率，還能大幅地提高采集質(zhì)量。但目前該項技術(shù)的應(yīng)用，還只局限于SGD-S遙爆系統(tǒng)以及固件升級到1.10版本后的ShotProII遙爆系統(tǒng)，如源驅(qū)動技術(shù)在428XL儀器井炮生產(chǎn)中的應(yīng)用[1]。BOOMBOX遙爆系統(tǒng)操作簡便、技術(shù)先進，是目前各勘探隊首選的井炮作業(yè)裝備之一，但該系統(tǒng)對于源驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)技術(shù)資料還是很少，主要原因有兩方面：一方面，BOOMBOX編碼器的固件及應(yīng)用軟件設(shè)計沒有源驅(qū)動功能選項；另一方面，標(biāo)準(zhǔn)配置的BOOMBOX譯碼器無GPS組件，甚至，很多標(biāo)配的譯碼器線纜也沒預(yù)留GPS接口。針對現(xiàn)狀，本文結(jié)合有限的技術(shù)資料，通過研究測試形成了BOOMBOX編碼器迭代升級的技術(shù)方案，使BOOMBOX遙爆系統(tǒng)在428XL儀器應(yīng)用中實現(xiàn)了源驅(qū)動功能，用戶也可通過技術(shù)延伸應(yīng)用于G3i等儀器裝備。

1 現(xiàn)狀分析及對策研究

1.1 源驅(qū)動技術(shù)工作流程

首先，炮手背負(fù)爆炸機來到激發(fā)點井口位置，按GPS鍵采集激發(fā)點的地面坐標(biāo)，通常采集的坐標(biāo)信息會存儲在爆炸機內(nèi)部的存儲器中。然后，炮手離開激發(fā)點，到適合操作放炮的作業(yè)點(通常距井口30～50 m)，在確保周邊環(huán)境警戒安全的前提下，按動CHARGE+ARM按鍵。此時，爆炸機ID號及激發(fā)點坐標(biāo)信息，會隨著爆炸機充電時的預(yù)備信息，發(fā)送給地震儀器。進而，地震儀可依據(jù)接收到的坐標(biāo)位置，自動選擇并激活相應(yīng)的炮點排列及爆炸機ID號，操作員只需按下點火激發(fā)即可完成采集操作。

1.2 源驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用的必要條件及技術(shù)現(xiàn)狀

1)源驅(qū)動技術(shù)應(yīng)用實施的3個必要條件

(1)地震儀器必須具備井炮作業(yè)源驅(qū)動功能。

(2)編碼器接收到預(yù)備信息后，能按照地震儀器規(guī)定的端口，以特定的微碼格式發(fā)送給儀器。

(3)譯碼器需具備GPS功能，能采集炮井的坐標(biāo)位置，并可通過預(yù)備信息發(fā)送給編碼器。

2)技術(shù)現(xiàn)狀

(1)SERCEL 428XL儀器能夠支持井炮作業(yè)源驅(qū)動功能，但僅限于SGD-S遙爆系統(tǒng)。

(2)BOOMBOX編碼器現(xiàn)有技術(shù)狀況下不支持源驅(qū)動功能。

(3)標(biāo)準(zhǔn)的BOOMBOX譯碼器未配備GPS定位裝置。

1.3 解決方案

鑒于SERCEL 428XL儀器的井炮作業(yè)源驅(qū)動功能，只能支持SGD-S遙爆系統(tǒng)的指令微碼，因此，其他類型的遙爆系統(tǒng)要使用該項技術(shù)，只有模擬SGD-S遙爆系統(tǒng)的通訊協(xié)議，才能和儀器建立有效的通訊。雖然多方查找了多個版本的BOOMBOX編碼器，但反復(fù)測試后得出結(jié)論，其最新固件1.85版本的編碼器，依然不支持源驅(qū)動功能。為此筆者多次和廠家研發(fā)人員交涉溝通，但給出的答復(fù)是近期沒有針對BOOMBOX源驅(qū)動功能的固件更新計劃。因此，考慮利用其迭代產(chǎn)品的兼容模式來解決BOOMBOX編碼器無源驅(qū)動功能的技術(shù)難題。

選擇UE3編碼器和BOOMBOX3遙爆系統(tǒng)編碼器進行測試，連接Sercel 系列儀器，RTI端口均可以輸出譯碼器預(yù)備信號的坐標(biāo)信息，并且輸出數(shù)據(jù)格式也是模擬SGD-S微碼標(biāo)準(zhǔn)。測試過程中，通過Windows的超級終端，抓取了RTI端口數(shù)據(jù)信息，顯示編碼器在接收到譯碼器預(yù)備信息后，發(fā)送給428XL儀器的微碼信息情況，如圖1所示。從顯示結(jié)果可知，無論數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)還是內(nèi)容格式均和SGD-S編碼器一致，這充分說明了UE3編碼器和BOOMBOX3遙爆系統(tǒng)的編碼器已經(jīng)能模擬SGD-S遙爆系統(tǒng)并支持428XL儀器的井炮作業(yè)源驅(qū)動功能。為實現(xiàn)使用UE3或BOOMBOX3作為編碼器，BOOMBOX作為譯碼器實現(xiàn)源驅(qū)動功能，依照技術(shù)要求反復(fù)測試并調(diào)整參數(shù)，提出給BOOMBOX譯碼器連接外置GPS模塊，將BOOMBOX譯碼器設(shè)置成VibPro預(yù)備信息兼容模式的技術(shù)方案?；诩夹g(shù)改造難易程度及改造成本的考慮，以及可能出現(xiàn)的兼容性的問題，最終認(rèn)為使用BOOMBOX3作為編碼器更合適。

圖1 超級終端連接UE3或BOOMBOX3的RTI端口讀取到的數(shù)據(jù)內(nèi)容

2 技術(shù)方案實施

2.1 編碼器技術(shù)改造內(nèi)容

1) BOOMBOX3編碼器電臺連線的改造

查閱BOOMBOX用戶手冊[2]及BOOMBOX3用戶手冊[3]，對比BOOMBOX和BOOMBOX 3的D37針連接器的各針腳功能定義，確定這2種爆炸機的多功能接口各針腳功能定義完全一樣，因而可以直接互換。但其供電通訊接口卻略有區(qū)別，由于BOOMBOX3在通訊接口內(nèi)增加了一個PPS信號腳用于GPS授時，所以其尾部的10芯航空插頭的各針腳定義也略有改變，即原來的A腳由電臺地回路信號，改變成GPS-PPS信號。因此，原BOOMBOX編碼器供電通訊線纜，也必須做相應(yīng)改動。根據(jù)其各針腳功能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，引入的GPS信號由H、B、A及E腳連接一個D型9孔插頭完成，如圖2所示。改造后，通過外接的GPS模塊能夠給BOOMBOX3編碼器授時。另外需注意的是，BOOMBOX3對于GPS模塊的要求與BOOMBOX相比也略有不同，BOOMBOX3要求GPS模塊傳輸速率為19.2 kb/s，而BOOMBOX使用9.6 kb/s，這一點在GPS模塊選型及參數(shù)設(shè)置時需加以區(qū)分注意。最后BOOMBOX3編碼器如僅應(yīng)用其源驅(qū)動技術(shù)，可以不考慮GPS授時，所以通常該GPS模塊可無需安裝，增加GPS接口僅僅是為后期功能擴充而設(shè)置。

圖2 BOOMBOX3編碼器供電通訊線纜改裝圖

2)BOOMBOX3編碼器的參數(shù)設(shè)置

目前BOOMBOX3編碼器的參數(shù)設(shè)置已無需B.BView軟件，可以直接使用電腦或智能手機連接其WIFI熱點，打開瀏覽器即可進入WEB設(shè)置頁面，進行參數(shù)設(shè)置。以手機為例，當(dāng)WIFI連接相應(yīng)ID號的BOOMBOX3編碼器后，在瀏覽器地址欄輸入http://192.168.1.1即可進入設(shè)置頁面，當(dāng)使用GM338電臺并配合428XL儀器時，設(shè)置修改的參數(shù)如圖3所示，但具體設(shè)置還需結(jié)合實際情況并參閱BOOMBOX3用戶手冊[8]。

圖3 BOOMBOX3編碼器設(shè)置內(nèi)容

2.2 譯碼器的技術(shù)改造

1)譯碼器參數(shù)設(shè)置

由于BOOMBOX3或UE3編碼器的無線電點火指令，已不再沿用BOOMBOX的點火指令標(biāo)準(zhǔn)，而是使用VibPro的無線電點火指令標(biāo)準(zhǔn)，所以如果用BOOMBOX3或UE3做編碼器時，BOOMBOX譯碼器的預(yù)備信息標(biāo)準(zhǔn)也必須做相應(yīng)修改，即Ready Message Type一欄必須設(shè)置成VibPro。該項參數(shù)設(shè)置錯誤，可能會出現(xiàn)編碼器無法接收預(yù)備信息、譯碼器無法啟動等現(xiàn)象。BOOMBOX譯碼器的Interface Functions設(shè)置也需要做一些改動，當(dāng)使用GM338電臺時，建議麥克風(fēng)和揚聲器的極性設(shè)置成Normal，該參數(shù)的設(shè)置情況將影響零時刻校準(zhǔn)值，具體參數(shù)及設(shè)置內(nèi)容如圖4所示。

注：60只是一個校驗數(shù)字，當(dāng)GPS-PPS脈沖、儀器啟動脈沖、TB信號脈沖及遙控啟動脈沖全設(shè)置為HIGH，揚聲器和麥克風(fēng)極性設(shè)置為NORMAL時，即顯示該值。圖4 BOOMBOX參數(shù)設(shè)置情況

2)譯碼器線纜的改造

BOOMBOX遙爆系統(tǒng)進入國內(nèi)較早，當(dāng)時對GPS功能應(yīng)用也比較局限，所以很多數(shù)用戶在選購該系統(tǒng)時，多未選擇GPS配置，以至于一些配套的譯碼器線纜都未預(yù)留GPS端口。因此，這一類譯碼器如需應(yīng)用GPS功能時，必須對譯碼器線纜實施技術(shù)改造，可增加一條GPS連線用于連接外置的GPS模塊。另外，BOOMBOX譯碼器后期也有一部分譯碼器線纜預(yù)留了GPS接口，使用的是DB-9針插頭。在實際使用中發(fā)現(xiàn)，該插頭在插接時，存在供電針腳短路的風(fēng)險。因此，出于安全考慮，建議將譯碼器線纜的GPS接口連接器統(tǒng)一由原來的DB-9針插頭更換為DB-9孔插頭，這樣改造更加安全可靠，符合連接器使用規(guī)范，具體改造方案如圖5所示。

圖5 BOOMBOX譯碼器線纜及GPS模塊接線圖

3) GPS模塊的選擇及連線規(guī)則

因BOOMBOX譯碼器標(biāo)準(zhǔn)配置無內(nèi)置GPS組件，所以必須依靠外接GPS模塊，才能實現(xiàn)位置坐標(biāo)采集功能。對于GPS模塊的選擇，可根據(jù)用戶對于定位精度的要求，選擇不同品牌型號的產(chǎn)品，通常3～5 m定位精度即可滿足一般施工要求。另外，要求GPS模塊能使用直流12 V供電，且具備RS-232標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)端口，滿足NMEA0183通訊協(xié)議即可，GPS模塊接線可參照圖5中GPS模塊接線部分進行連接，該插頭需使用DB-9針。對于GPS模塊數(shù)據(jù)輸出內(nèi)容設(shè)置的幾個選項及要求如下:1)GPS數(shù)據(jù)傳輸速率設(shè)定為9 600 b/s;2)Earth Datum設(shè)置為WGS 84;3)NMEA內(nèi)容選擇包括GPGGA、GPGSA、GPRMC數(shù)據(jù)即可。

2.3 儀器設(shè)置

1)爆炸機類型的設(shè)置

首先在428XL儀器的JInstall窗口配置里，Blaster Type的配置需要設(shè)置為Sgds shooter driven，因為在井炮施工類型中，428XL儀器只為SGD-S遙爆系統(tǒng)設(shè)計了源驅(qū)動功能，所以，即便是聯(lián)機其他類型的遙爆系統(tǒng)也必須使用這個選項。

2)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及設(shè)置

在國內(nèi)施工過程中，調(diào)用的SPS文件通常都是BJ-54坐標(biāo)，而遙爆系統(tǒng)編碼器傳送給儀器的是WGS84坐標(biāo)體系的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，因此必須進行相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，這個設(shè)置需通過JPositioning模塊完成。運行JPositioning程序后，在SETUP內(nèi)的Geodetic選項內(nèi)，對Datum type(基準(zhǔn)面類型)及Projection type(投影類型)[4]分別設(shè)置，具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)所在地理位置，由測量部門提供。只有正確設(shè)置這些參數(shù)，428XL儀器才能在電子地圖上正確地顯示排列以及炮手位置。

2.4 應(yīng)用效果

1)簡化操作流程提高采集效率

2)及時發(fā)現(xiàn)錯誤避免廢炮提高采集質(zhì)量

放炮時，如譯碼器發(fā)回的井口坐標(biāo)與SPS文件偏差超限，則在JPositioning界面會彈出警告窗口，如圖6所示，提示實際炮點與設(shè)計炮點距離超出13.5 m，詢問操作員下一步如何操作？點OK繼續(xù)激發(fā)，點Cancel則暫時放棄激發(fā)，待查明實際偏差的原因后，根據(jù)施工的技術(shù)要求手工調(diào)整并激發(fā)這個炮點。在沒有該項技術(shù)時，炮點的偏差會對采集質(zhì)量直接造成影響甚至廢炮，而應(yīng)用源驅(qū)動功能后，操作員能在點火前第一時間發(fā)現(xiàn)問題并及時處理，并且，在生成的操作員電子班報里能提供實際的炮井GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)，這對后期的資料處理及錯誤彌補都提供了真實的數(shù)據(jù)依據(jù)，因此該功能可顯著提高采集質(zhì)量。

圖6 炮點位置錯誤警告

3 認(rèn)識與建議

3.1 BOOMBOX遙爆系統(tǒng)Repeater功能簡介及技術(shù)缺陷

經(jīng)技術(shù)改進后的BOOMBOX遙爆系統(tǒng)，能夠結(jié)合428XL儀器實現(xiàn)源驅(qū)動功能應(yīng)用，但在特殊地貌使用中繼(Repeater)功能時，還存在一些技術(shù)缺陷。BOOMBOX系統(tǒng)中繼功能點火時，先由編碼器發(fā)送無線電指令，指定某一ID的譯碼器做中繼，并轉(zhuǎn)發(fā)點火指令，完成點火后，再轉(zhuǎn)發(fā)譯碼器起爆后的QC信號至編碼器。鑒于這種工作流程的特殊性，中繼譯碼器在沒有獲得編碼器指令控制的狀態(tài)下，只是一臺普通譯碼器，因此不能主動轉(zhuǎn)發(fā)其他譯碼器發(fā)送的預(yù)備信號。也就是說，BOOMBOX遙爆系統(tǒng)Repeater功能，在應(yīng)用源驅(qū)動技術(shù)時無法正常工作。而在西南地區(qū)或丘陵地帶施工時，中繼功能又非常重要，如何彌補這個功能的缺失，也是BOOMBOX遙爆系統(tǒng)源驅(qū)動功能應(yīng)用所必須解決的問題。

3.2 遙爆系統(tǒng)無線中繼站的應(yīng)用

近幾年隨著地震勘探“兩寬一高”的推進，一種遙爆系統(tǒng)無線中繼站已在各物探隊開始推廣使用，該設(shè)備具有2部電臺工作于異頻狀態(tài)，一部用于接收，另一部用于發(fā)送，整個過程實時進行。目前，經(jīng)過精細(xì)調(diào)試的中繼站，傳輸延遲量已做到<1 000 μs，對于BOOMBOX系統(tǒng)而言，只需校準(zhǔn)設(shè)置無線電延遲量即可有效地補償。該設(shè)備不僅能中繼編/譯碼器的預(yù)備信號及點火信號，還能中繼語音信號。因此，遙爆系統(tǒng)無線中繼站的使用，很好地解決了BOOMBOX遙爆系統(tǒng)使用源驅(qū)功能時Repeater功能無法正常工作的技術(shù)難題，并且實際應(yīng)用也更加成熟可靠，能進一步提高施工效率。

3.3 應(yīng)用前景及努力方向

井炮作業(yè)源驅(qū)動技術(shù)早在10年前已出現(xiàn)，由于該項技術(shù)對提質(zhì)增效的明顯作用，現(xiàn)在多家勘探公司都在著手進行技術(shù)攻關(guān)，以解決其他遙爆系統(tǒng)不能實現(xiàn)源驅(qū)動放炮的難題。對于BOOMBOX遙爆系統(tǒng)而言，通過更換編碼器并對譯碼器實施一系列技術(shù)改造，使得BOOMBOX遙爆系統(tǒng)源驅(qū)動功能在野外得以應(yīng)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)+相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，更多的軟硬件技術(shù)，如井口坐標(biāo)采集器，SOURCE-PLUS手機版井炮無線源驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用[9]，將會使這一技術(shù)的實現(xiàn)更加多樣化。