《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》是合肥國為電子有限公司於2017年12月07日申請的發明專利，該專利申請號為2017112907846，公布號為CN108051850A，專利公布日為2018年5月18日，發明人是唐學峰、胡鑫、俞小露、崔偉、張俊傑、楊陽、陳靜。
《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》公開了一種無纜存儲式地震儀數據採集方法，在有序初始化與配置無纜式地震儀狀態後，基於採樣不及時逾時處理和數據採樣逾時處理下，可控制數據採集任務的有序進行，在收到上傳數據指令時，先將採集數據寫入環形緩衝區再上傳到PC，且可隨時查看實時採集數據的質量。該發明能夠有效保障無纜存儲式地震儀能進行多種複雜情況的採集採樣工作，確保採樣數據的正確性與完整性。
2021年8月16日，《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
概述圖為《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種無纜存儲式地震儀數據採集方法
- 公布號：CN108051850A
- 公布日：2018年5月18日
- 申請號： 2017112907846
- 申請日：2017年12月07日
- 申請人：合肥國為電子有限公司
- 地址：安徽省合肥市高新區望江西路800號合肥創新產業園C3樓4層
- 發明人：唐學峰、胡鑫、俞小露、崔偉、張俊傑、楊陽、陳靜
- Int.Cl.：G01V1/22(2006.01)I
- 專利代理機構：合肥天明專利事務所
- 代理人：韓燕、金凱
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
無纜存儲式地震儀是一種自主式節點數據採集站，在施工過程中，採集的數據存儲在採集站中，施工結束後，將無纜存儲式地震儀中存儲的數據進行下載，工作人員根據要求合成最終需要的數據。無纜存儲式地震儀不僅能夠套用於地震探勘，而且也實現了在電法勘探中的套用。這種設備輕便，野外布設方便、高效，不受地表等自然環境影響，能夠適應各種複雜地表條件需求，也能夠與其他採集設備（包括有線系統）混合施工。但在實際套用中，隨著勘探領域、套用方式的不同，無纜存儲式地震儀的數據採集方式也不盡相同。如在微動探測中，其常用數據採集方式是長時間進行數據採集且採樣率不發生改變；但在電法探勘中，例如在可控源音頻大地電磁法（CSAMT）套用中，常用數據採集工作方式如圖1所示，整個數據採集過程由多個子採集任務組成，子採集任務之間有空閒時間間隔，在空閒時間間隔過程中，採集站是不進行數據採集工作，各個子採集任務的採樣開始時間、採集結束時間、採樣率和增益也會不同，如何保證這種複雜的採集方式正確有效的完成，是無纜存儲式地震儀數據採集的難點。
一般來說，無纜存儲式地震儀通常利用GPS模組來保證各個採集站的同步採集，同時也用來控制各個子採集任務開始與結束。在實際施工過程中，會出現不可已知的GPS信號短時間丟失情況，當發生GPS信號丟失時，會出現無法及時結束當前子採集任務數據採集，進而影響到下一個子採集任務的執行，最終勢必會影響整個採集站的採集任務，甚至導致整個採集站的採集任務失敗，造成人力物力財力的浪費。此外，在野外難以保證無纜存儲式地震儀一直能夠獲取到GPS信號。若直接將GPS時間同步到FPGA時鐘，長時間採集可能會出現FPGA時鐘偏差，導致各個無纜存儲式地震儀數據不同步，同時FPGA時鐘同步相對較複雜。另一方面，在現場工作人員有時需要查看實時採集的數據質量，即現場判斷數據採集的質量，若採集質量不高，能夠及時反饋，便於工作人員及時調整工作方式。這時不但要保證能夠將數據實時以曲線形式顯示出來，並保證不影響正常的採集站數據存儲。另外，在空閒時間段有時會出現對採集站更換電源等情形，此時無纜存儲式地震儀在重新上電後仍需保證能進行數據採集任務。綜上所述，無纜存儲式地震儀為了滿足多種實際的施工需求，完善的數據採集系統及方法顯得尤為重要。
發明內容
專利目的
《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》要解決的技術問題是提供一種無纜存儲式地震儀數據採集方法，有效保障數據採集的正確性和完整性，提高了野外高效施工效率。
技術方案
《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》具體包括有以下步驟：
（1）初始化無纜存儲式地震儀狀態，配置採集站為整秒採集數據，即採樣開始時間必須是秒量級；設定的數據採集開始時間若小於當前GPS時間，則立即開始採集，若大於當前GPS時間，則處於阻塞狀態，一直等待到與GPS時間相同後才進行採集；
（2）當數據的採集任務開始後，即使GPS信號丟失，數據採集任務仍繼續，在沒有收到終止採集指令時，持續進行數據採集工作；
（3）設定數據採集逾時處理，分兩種數據採集逾時模式：第一種模式是當獲取第一個數據包記錄的時間戳時，與設定的採樣開始時間進行對比，若這兩個時間不同，則表明實際採樣時間慢於設定的採樣開始時間，傳送逾時信號並進行相應處理；第二種逾時是指在數據採集過程中，設定接收到下一個數據包的時間閾值εpacket，當在εpacket時間內還沒有收到下一組數據包，表明數據採集出現異常，傳送逾時信號並進行相應逾時處理；
（4）當某個子採集任務結束或被中止後，計算當前時間到下一個採集任務的時間，並記為twait，若twait大於等待時間閾值εwait時，添加定時器，定時時間為twait-εwait，若在twait-εwait時間內收到上傳數據指令，則開啟臨時數據採集模式，將採集的數據上傳到PC端，但不保存臨時數據採集模式下的數據；當定時器結束後，立即終止臨時採集模式並進入下一個子採集任務；
（5）將採集的數據寫入指定檔案，並判斷已存的數據包是否滿足要求，若已達要求，則傳送停止採集指令；
（6）當檢測到上傳數據信號時，若在進行數據採集，則將實時數據傳送到環形緩衝區中，利用網路通信的socket連線埠將環形緩衝區的數上傳到PC連線埠，PC端將接收到的數據進行解析並顯示相關曲線；
（7）當採集站出現人為或突發斷電情況或空閒時間段連線新電源時，斷電時會停止當前子任務，在重新上電並獲取到GPS信號後，會判斷整個採集任務是否完成，若未完成，則繼續採集。
所述的採集任務包括有是由一個或多個子採集任務組成；所述的採集任務是指由採樣開始時間、數據包數目和採樣配置參數組成，進入採集任務是指將無纜存儲式地震儀按採樣配置參數進行配置，採樣結束是根據在指定的時間內，判斷已存儲的數據包數目是否等於採樣任務設定的數據包數目，若等於則表明該採集任務已正常結束，若存儲的數據包數目未能達到要求，則表明該採樣任務異常並給出提示狀態。所述的無纜存儲式地震儀對於不同的採樣狀態設定有相應的指示燈，所述的採樣狀態包括有GPS信號丟失狀態、已獲取GPS信號、開始數據採集狀態、未進行數據採集狀態。所述的步驟（3）中的第一種逾時模式是由採樣開始不及時引起的，所述的採樣開始不及時是指數據採集的第一個數據包記錄的GPS時間戳大於採樣任務設定的開始時間，該逾時處理方法是計算這段時間內丟失的數據包，並重置當前任務採集的數據包數目，防止影響下一個採集任務；所述的第二種逾時模式是在採樣過程中採集站異常引起的，該逾時處理方法是在數據採集過程中，當在時間閾值εpacket內未能接收到下一個數據包，則立即終止當前任務，傳送逾時信號，但並不退出整個採集任務。
所述的步驟（4）的臨時採集模式是指利用上一個子採集任務配置當前臨時採集任務，採集站開始臨時採集任務並將採集數據寫入到環形緩衝區中，臨時數據採集模式下的採集數據不存儲；當twait-εwait小於0，則直接進入下一個子採集任務。所述的第一種逾時模式下，逾時處理方法的具體計算步驟為：
a、獲取第一個數據包記錄的GPS時間，由於第一個數據包記錄的GPS時間一定以整秒開始的，而配置採樣開始時間也是整秒，對比設定的採樣開始時間和數據包GPS時間；
b、當從數據包GPS時間小於設定的採樣開始時間時，計算這兩個時間差值，在乘以採樣率即可得到丟失的數據包數目，計算公式如下::Nlose＝（tGPS-tstart）×SampleRate（1），（1）式中，tGPS為數據包GPS時間，tstart為設定的採樣開始時間，SampleRate為採樣率，:Nlose為丟失的數據包數目；
c、重置當前子採集任務需存儲的數據包數目為：Nnew＝N-:Nlose（2），（2）式中，N為設定的數據包數目，Nnew為需存儲的數據包數目；當Nnew小於等於0時，則表明當前任務已過時，立即終止當前採集任務；當Nnew大於0時，則按照Nnew要求存儲數據包。所述的第二種逾時模式下，逾時處理方法的具體計算步驟為：
d、創建一個定時器，並設定經過時間閾值為εpacket時，將觸發逾時信號；
e、當每接收到一組數據包時，將定時器重置為0，並重新開始計時；
f、若在時間閾值εpacket內沒有接收到數據包且已存儲的數據包數目未滿足要求，則表明採樣出現異常，為了保證前期採樣的數據有效，將立即終止當前子採集任務。
改善效果
《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》有效保障數據採集的完整性，解決了採集異常或不及時引發的多種問題，確保了各個子採集任務相互獨立且有序的進行。該發明不但適用於多種數據採集模式，而且提高了野外施工效率。
附圖說明
圖1是2017年12月以前的無纜存儲式地震儀數據採集模式的示意圖。
圖2是《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》的流程示意圖；其中，逾時1判斷為第一種逾時模式的判斷即採樣開始不及時逾時；逾時2判斷為第二種逾時模式判斷即採樣數據不連續逾時。
圖3是該發明第一種逾時模式下逾時處理方法的流程示意圖。
圖4是該發明第二種逾時模式下逾時處理方法的流程圖。
技術領域
《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》涉及無纜存儲式地震儀領域，具體是一種無纜存儲式地震儀數據採集方法。
1.《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》特徵在於：具體包括有以下步驟：（1）初始化無纜存儲式地震儀狀態，配置採集站為整秒採集數據，即採樣開始時間必須是秒量級；設定的數據採集開始時間若小於當前GPS時間，則立即開始採集，若大於當前GPS時間，則處於阻塞狀態，一直等待到與GPS時間相同後才進行採集；（2）當數據的採集任務開始後，即使GPS信號丟失，數據採集任務仍繼續，在沒有收到終止採集指令時，持續進行數據採集工作；（3）設定數據採集逾時處理，分兩種數據採集逾時模式：第一種模式是當獲取第一個數據包記錄的時間戳時，與設定的採樣開始時間進行對比，若這兩個時間不同，則表明實際採樣時間慢於設定的採樣開始時間，傳送逾時信號並進行相應處理；第一種逾時模式是由採樣開始不及時引起的，採樣開始不及時是指數據採集的第一個數據包記錄的GPS時間戳大於採樣任務設定的開始時間，該逾時處理方法是計算這段時間內丟失的數據包，並重置當前任務採集的數據包數目，防止影響下一個採集任務，逾時處理方法的具體計算步驟為：a、獲取第一個數據包記錄的GPS時間，由於第一個數據包記錄的GPS時間一定以整秒開始的，而配置採樣開始時間也是整秒，對比設定的採樣開始時間和數據包GPS時間；b、當從數據包GPS時間大於設定的採樣開始時間時，計算這兩個時間差值，再乘以採樣率即可得到丟失的數據包數目，計算公式如下:Nlose＝（tGPS-tstart）×SampleRate（1），（1）式中，tGPS為數據包GPS時間，tstart為設定的採樣開始時間，SampleRate為採樣率，:Nlose為丟失的數據包數目；c、重置當前子採集任務需存儲的數據包數目為：Nnew＝N-:Nlose（2），（2）式中，N為設定的數據包數目，Nnew為需存儲的數據包數目；當Nnew小於等於0時，則表明當前任務已過時，立即終止當前採集任務；當Nnew大於0時，則按照Nnew要求存儲數據包；第二種逾時是在採樣過程中採集站異常引起的，該逾時處理方法是在數據採集過程中，當在時間閾值εpacket內未能接收到下一個數據包，表明數據採集出現異常，則立即終止當前任務，傳送逾時信號，但並不退出整個採集任務，逾時處理方法的具體計算步驟為：d、創建一個定時器，並設定經過時間閾值為εpacket時，將觸發逾時信號；e、當每接收到一組數據包時，將定時器重置為0，並重新開始計時；f、若在時間閾值εpacket內沒有接收到數據包且已存儲的數據包數目未滿足要求，則表明採樣出現異常，為了保證前期採樣的數據有效，將立即終止當前子採集任務；（4）當某個子採集任務結束或被中止後，計算當前時間到下一個採集任務的時間，並記為twait，若twait大於等待時間閾值εwait時，添加定時器，定時時間為twait-εwait，若在twait-εwait時間內收到上傳數據指令，則開啟臨時數據採集模式，將採集的數據上傳到PC端，但不保存臨時數據採集模式下的數據；當定時器結束後，立即終止臨時採集模式並進入下一個子採集任務；（5）將採集的數據寫入指定檔案，並判斷已存的數據包是否滿足要求，若已達要求，則傳送停止採集指令；（6）當檢測到上傳數據信號時，若在進行數據採集，則將實時數據傳送到環形緩衝區中，利用網路通信的socket連線埠將環形緩衝區的數上傳到PC連線埠，PC端將接收到的數據進行解析並顯示相關曲線；（7）當採集站出現人為或突發斷電情況或空閒時間段連線新電源時，斷電時會停止當前子任務，在重新上電並獲取到GPS信號後，會判斷整個採集任務是否完成，若未完成，則繼續採集。
2.根據權利要求1所述的一種無纜存儲式地震儀數據採集方法，其特徵在於：所述的採集任務包括有一個或多個子採集任務；所述的採集任務是指由採樣開始時間、數據包數目和採樣配置參數組成，進入採集任務是指將無纜存儲式地震儀按採樣配置參數進行配置，採樣結束是根據在指定的時間內，判斷已存儲的數據包數目是否等於採樣任務設定的數據包數目，若等於則表明該採集任務已正常結束，若存儲的數據包數目未能達到要求，則表明該採樣任務異常並給出提示狀態。
3.根據權利要求1所述的一種無纜存儲式地震儀數據採集方法，其特徵在於：所述的無纜存儲式地震儀對於不同的採樣狀態設定有相應的指示燈，所述的採樣狀態包括有GPS信號丟失狀態、已獲取GPS信號、開始數據採集狀態、未進行數據採集狀態。
4.根據權利要求1所述的一種無纜存儲式地震儀數據採集方法，其特徵在於：所述的步驟（4）的臨時數據採集模式是指利用上一個子採集任務配置當前臨時採集任務，採集站開始臨時採集任務並將採集數據寫入到環形緩衝區中，臨時數據採集模式下的採集數據不存儲；當twait-εwait小於0，則直接進入下一個子採集任務。
實施方式
《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》其中無纜存儲式地震儀對於不同的採樣狀態設定有相應的指示燈，採樣狀態包括有GPS信號丟失狀態、已獲取GPS信號、開始數據採集狀態、未進行數據採集狀態；採集方法具體包括有以下步驟：
（1）初始化無纜存儲式地震儀狀態，配置採集站為整秒採集數據，即採樣開始時間必須是秒量級；設定的數據採集開始時間若小於當前GPS時間，則立即開始採集，若大於當前GPS時間，則處於阻塞狀態，一直等待到與GPS時間相同後才進行採集；
（2）當數據的採集任務開始後，即使GPS信號丟失，數據採集任務仍繼續，在沒有收到終止採集指令時，持續進行數據採集工作；
（3）設定數據採集逾時處理，分兩種數據採集逾時模式：第一種模式是當獲取第一個數據包記錄的時間戳時，與設定的採樣開始時間進行對比，若這兩個時間不同，則表明實際採樣時間慢於設定的採樣開始時間，傳送逾時信號並進行相應處理；第一種逾時模式是由採樣開始不及時引起的，採樣開始不及時是指數據採集的第一個數據包記錄的GPS時間戳大於採樣任務設定的開始時間，該逾時處理方法是計算這段時間內丟失的數據包，並重置當前任務採集的數據包數目，防止影響下一個採集任務，逾時處理方法的具體計算步驟為：a、獲取第一個數據包記錄的GPS時間，由於第一個數據包記錄的GPS時間一定以整秒開始的，而配置採樣開始時間也是整秒，對比設定的採樣開始時間和數據包GPS時間；b、當從數據包GPS時間小於設定的採樣開始時間時，計算這兩個時間差值，在乘以採樣率即可得到丟失的數據包數目，計算公式如下::Nlose＝（tGPS-tstart）×SampleRate（1），（1）式中，tGPS為數據包GPS時間，tstart為設定的採樣開始時間，SampleRate為採樣率，:Nlose為丟失的數據包數目；c、重置當前子採集任務需存儲的數據包數目為：Nnew＝N-:Nlose （2），（2）式中，N為設定的數據包數目，Nnew為需存儲的數據包數目；當Nnew小於等於0時，則表明當前任務已過時，立即終止當前採集任務；當Nnew大於0時，則按照Nnew要求存儲數據包；第二種逾時是在採樣過程中採集站異常引起的，該逾時處理方法是在數據採集過程中，當在時間閾值εpacket內未能接收到下一個數據包，表明數據採集出現異常，則立即終止當前任務，傳送逾時信號，但並不退出整個採集任務，逾時處理方法的具體計算步驟為：d、創建一個定時器，並設定經過時間閾值為εpacket時，將觸發逾時信號；e、當每接收到一組數據包時，將定時器重置為0，並重新開始計時；f、若在時間閾值εpacket內沒有接收到數據包且已存儲的數據包數目未滿足要求，則表明採樣出現異常，為了保證前期採樣的數據有效，將立即終止當前子採集任務；
（4）判斷數據包存儲是否滿足要求，若已滿足要求，則結束當前子採集任務，再判斷是否有後續子採集任務，若有下一個子任務，則計算當前結束時間與下一個子採集任務開始的時間間隔，並記為twait，若twait大於等待時間閾值εwait，則開啟定時器，並設定定時器的定時時間為twait-εwait，當定時器觸發後，則進行下一個子任務採集；
（5）若收到上傳數據指令，則將當前子採集任務的數據寫入環形緩衝區中，再將環形緩衝區中的數據上傳到PC；若當前處於空閒時間區域，則開始臨時採集模式，臨時採集模式是指利用上一個子採集任務的參數配置當前臨時採集任務，採集站開始臨時採集任務並將採集數據寫入到環形緩衝區中，臨時數據採集模式下的採集數據不存儲；當twait-εwait小於0，則直接進入下一個子採集任務；
（6）採集的數據寫入指定檔案，並判斷已存的數據包是否滿足要求，若已達要求，則傳送停止採集指令；
（7）當檢測到上傳數據信號時，若在進行數據採集，則將實時數據傳送到環形緩衝區中，利用網路通信的socket連線埠將環形緩衝區的數上傳到PC連線埠，PC端將接收到的數據進行解析並顯示相關曲線；
（8）重複上述步驟完成所有子採集任務後，退出數據採集。
當採集站出現人為或突發斷電情況或空閒時間段連線新電源時，斷電時會停止當前子任務，在重新上電並獲取到GPS信號後，會判斷整個採集任務是否完成，若未完成，則繼續採集。其中，採集任務包括有是由一個或多個子採集任務組成；採集任務是指由採樣開始時間、數據包數目和採樣配置參數組成，進入採集任務是指將無纜存儲式地震儀按採樣配置參數進行配置，採樣結束是根據在指定的時間內，判斷已存儲的數據包數目是否等於採樣任務設定的數據包數目，若等於則表明該採集任務已正常結束，若存儲的數據包數目未能達到要求，則表明該採樣任務異常並給出提示狀態。
榮譽表彰
2021年8月16日，《一種無纜存儲式地震儀數據採集方法》獲得安徽省第八屆專利獎優秀獎。
