BOOMBOX遥爆系统源驱动功能研究与应用

李跃斌，吴庆松

(东方地球物理勘探有限责任公司大庆物探一公司 黑龙江 大庆 163357)

0 引 言

近几年受国际油价剧烈波动的影响，勘探市场也受到很大的冲击，进一步加剧了市场竞争。在这种大环境下，降本增效是企业在严峻的市场环境中渡过难关的必然选择。优质高效的物探采集作业，需要先进的勘探装备及技术方法，其中，源驱动激发技术已成为各地震勘探队公认最有效的提质增效技术手段。该技术的应用，使炮手和操作员之间，无需通过电台语音播报核对桩号信息，因而，可从技术层面避免因口误、桩号不清、错放等因素导致的废炮，因此，该技术不仅能提高采集效率，还能大幅地提高采集质量。但目前该项技术的应用，还只局限于SGD-S遥爆系统以及固件升级到1.10版本后的ShotProII遥爆系统，如源驱动技术在428XL仪器井炮生产中的应用[1]。BOOMBOX遥爆系统操作简便、技术先进，是目前各勘探队首选的井炮作业装备之一，但该系统对于源驱动技术应用的相关技术资料还是很少，主要原因有两方面：一方面，BOOMBOX编码器的固件及应用软件设计没有源驱动功能选项；另一方面，标准配置的BOOMBOX译码器无GPS组件，甚至，很多标配的译码器线缆也没预留GPS接口。针对现状，本文结合有限的技术资料，通过研究测试形成了BOOMBOX编码器迭代升级的技术方案，使BOOMBOX遥爆系统在428XL仪器应用中实现了源驱动功能，用户也可通过技术延伸应用于G3i等仪器装备。

1 现状分析及对策研究

1.1 源驱动技术工作流程

首先，炮手背负爆炸机来到激发点井口位置，按GPS键采集激发点的地面坐标，通常采集的坐标信息会存储在爆炸机内部的存储器中。然后，炮手离开激发点，到适合操作放炮的作业点(通常距井口30～50 m)，在确保周边环境警戒安全的前提下，按动CHARGE+ARM按键。此时，爆炸机ID号及激发点坐标信息，会随着爆炸机充电时的预备信息，发送给地震仪器。进而，地震仪可依据接收到的坐标位置，自动选择并激活相应的炮点排列及爆炸机ID号，操作员只需按下点火激发即可完成采集操作。

1.2 源驱动技术应用的必要条件及技术现状

1)源驱动技术应用实施的3个必要条件

(1)地震仪器必须具备井炮作业源驱动功能。

(2)编码器接收到预备信息后，能按照地震仪器规定的端口，以特定的微码格式发送给仪器。

(3)译码器需具备GPS功能，能采集炮井的坐标位置，并可通过预备信息发送给编码器。

2)技术现状

(1)SERCEL 428XL仪器能够支持井炮作业源驱动功能，但仅限于SGD-S遥爆系统。

(2)BOOMBOX编码器现有技术状况下不支持源驱动功能。

(3)标准的BOOMBOX译码器未配备GPS定位装置。

1.3 解决方案

鉴于SERCEL 428XL仪器的井炮作业源驱动功能，只能支持SGD-S遥爆系统的指令微码，因此，其他类型的遥爆系统要使用该项技术，只有模拟SGD-S遥爆系统的通讯协议，才能和仪器建立有效的通讯。虽然多方查找了多个版本的BOOMBOX编码器，但反复测试后得出结论，其最新固件1.85版本的编码器，依然不支持源驱动功能。为此笔者多次和厂家研发人员交涉沟通，但给出的答复是近期没有针对BOOMBOX源驱动功能的固件更新计划。因此，考虑利用其迭代产品的兼容模式来解决BOOMBOX编码器无源驱动功能的技术难题。

选择UE3编码器和BOOMBOX3遥爆系统编码器进行测试，连接Sercel 系列仪器，RTI端口均可以输出译码器预备信号的坐标信息，并且输出数据格式也是模拟SGD-S微码标准。测试过程中，通过Windows的超级终端，抓取了RTI端口数据信息，显示编码器在接收到译码器预备信息后，发送给428XL仪器的微码信息情况，如图1所示。从显示结果可知，无论数据结构还是内容格式均和SGD-S编码器一致，这充分说明了UE3编码器和BOOMBOX3遥爆系统的编码器已经能模拟SGD-S遥爆系统并支持428XL仪器的井炮作业源驱动功能。为实现使用UE3或BOOMBOX3作为编码器，BOOMBOX作为译码器实现源驱动功能，依照技术要求反复测试并调整参数，提出给BOOMBOX译码器连接外置GPS模块，将BOOMBOX译码器设置成VibPro预备信息兼容模式的技术方案。基于技术改造难易程度及改造成本的考虑，以及可能出现的兼容性的问题，最终认为使用BOOMBOX3作为编码器更合适。

图1 超级终端连接UE3或BOOMBOX3的RTI端口读取到的数据内容

2 技术方案实施

2.1 编码器技术改造内容

1) BOOMBOX3编码器电台连线的改造

查阅BOOMBOX用户手册[2]及BOOMBOX3用户手册[3]，对比BOOMBOX和BOOMBOX 3的D37针连接器的各针脚功能定义，确定这2种爆炸机的多功能接口各针脚功能定义完全一样，因而可以直接互换。但其供电通讯接口却略有区别，由于BOOMBOX3在通讯接口内增加了一个PPS信号脚用于GPS授时，所以其尾部的10芯航空插头的各针脚定义也略有改变，即原来的A脚由电台地回路信号，改变成GPS-PPS信号。因此，原BOOMBOX编码器供电通讯线缆，也必须做相应改动。根据其各针脚功能设计标准，引入的GPS信号由H、B、A及E脚连接一个D型9孔插头完成，如图2所示。改造后，通过外接的GPS模块能够给BOOMBOX3编码器授时。另外需注意的是，BOOMBOX3对于GPS模块的要求与BOOMBOX相比也略有不同，BOOMBOX3要求GPS模块传输速率为19.2 kb/s，而BOOMBOX使用9.6 kb/s，这一点在GPS模块选型及参数设置时需加以区分注意。最后BOOMBOX3编码器如仅应用其源驱动技术，可以不考虑GPS授时，所以通常该GPS模块可无需安装，增加GPS接口仅仅是为后期功能扩充而设置。

图2 BOOMBOX3编码器供电通讯线缆改装图

2)BOOMBOX3编码器的参数设置

目前BOOMBOX3编码器的参数设置已无需B.BView软件，可以直接使用电脑或智能手机连接其WIFI热点，打开浏览器即可进入WEB设置页面，进行参数设置。以手机为例，当WIFI连接相应ID号的BOOMBOX3编码器后，在浏览器地址栏输入http://192.168.1.1即可进入设置页面，当使用GM338电台并配合428XL仪器时，设置修改的参数如图3所示，但具体设置还需结合实际情况并参阅BOOMBOX3用户手册[8]。

图3 BOOMBOX3编码器设置内容

2.2 译码器的技术改造

1)译码器参数设置

由于BOOMBOX3或UE3编码器的无线电点火指令，已不再沿用BOOMBOX的点火指令标准，而是使用VibPro的无线电点火指令标准，所以如果用BOOMBOX3或UE3做编码器时，BOOMBOX译码器的预备信息标准也必须做相应修改，即Ready Message Type一栏必须设置成VibPro。该项参数设置错误，可能会出现编码器无法接收预备信息、译码器无法启动等现象。BOOMBOX译码器的Interface Functions设置也需要做一些改动，当使用GM338电台时，建议麦克风和扬声器的极性设置成Normal，该参数的设置情况将影响零时刻校准值，具体参数及设置内容如图4所示。

注：60只是一个校验数字，当GPS-PPS脉冲、仪器启动脉冲、TB信号脉冲及遥控启动脉冲全设置为HIGH，扬声器和麦克风极性设置为NORMAL时，即显示该值。图4 BOOMBOX参数设置情况

2)译码器线缆的改造

BOOMBOX遥爆系统进入国内较早，当时对GPS功能应用也比较局限，所以很多数用户在选购该系统时，多未选择GPS配置，以至于一些配套的译码器线缆都未预留GPS端口。因此，这一类译码器如需应用GPS功能时，必须对译码器线缆实施技术改造，可增加一条GPS连线用于连接外置的GPS模块。另外，BOOMBOX译码器后期也有一部分译码器线缆预留了GPS接口，使用的是DB-9针插头。在实际使用中发现，该插头在插接时，存在供电针脚短路的风险。因此，出于安全考虑，建议将译码器线缆的GPS接口连接器统一由原来的DB-9针插头更换为DB-9孔插头，这样改造更加安全可靠，符合连接器使用规范，具体改造方案如图5所示。

图5 BOOMBOX译码器线缆及GPS模块接线图

3) GPS模块的选择及连线规则

因BOOMBOX译码器标准配置无内置GPS组件，所以必须依靠外接GPS模块，才能实现位置坐标采集功能。对于GPS模块的选择，可根据用户对于定位精度的要求，选择不同品牌型号的产品，通常3～5 m定位精度即可满足一般施工要求。另外，要求GPS模块能使用直流12 V供电，且具备RS-232标准数据端口，满足NMEA0183通讯协议即可，GPS模块接线可参照图5中GPS模块接线部分进行连接，该插头需使用DB-9针。对于GPS模块数据输出内容设置的几个选项及要求如下:1)GPS数据传输速率设定为9 600 b/s;2)Earth Datum设置为WGS 84;3)NMEA内容选择包括GPGGA、GPGSA、GPRMC数据即可。

2.3 仪器设置

1)爆炸机类型的设置

首先在428XL仪器的JInstall窗口配置里，Blaster Type的配置需要设置为Sgds shooter driven，因为在井炮施工类型中，428XL仪器只为SGD-S遥爆系统设计了源驱动功能，所以，即便是联机其他类型的遥爆系统也必须使用这个选项。

2)坐标转换及设置

在国内施工过程中，调用的SPS文件通常都是BJ-54坐标，而遥爆系统编码器传送给仪器的是WGS84坐标体系的经纬度数据，因此必须进行相应的坐标转换，这个设置需通过JPositioning模块完成。运行JPositioning程序后，在SETUP内的Geodetic选项内，对Datum type(基准面类型)及Projection type(投影类型)[4]分别设置，具体参数应根据所在地理位置，由测量部门提供。只有正确设置这些参数，428XL仪器才能在电子地图上正确地显示排列以及炮手位置。

2.4 应用效果

1)简化操作流程提高采集效率

2)及时发现错误避免废炮提高采集质量

放炮时，如译码器发回的井口坐标与SPS文件偏差超限，则在JPositioning界面会弹出警告窗口，如图6所示，提示实际炮点与设计炮点距离超出13.5 m，询问操作员下一步如何操作？点OK继续激发，点Cancel则暂时放弃激发，待查明实际偏差的原因后，根据施工的技术要求手工调整并激发这个炮点。在没有该项技术时，炮点的偏差会对采集质量直接造成影响甚至废炮，而应用源驱动功能后，操作员能在点火前第一时间发现问题并及时处理，并且，在生成的操作员电子班报里能提供实际的炮井GPS坐标数据，这对后期的资料处理及错误弥补都提供了真实的数据依据，因此该功能可显著提高采集质量。

图6 炮点位置错误警告

3 认识与建议

3.1 BOOMBOX遥爆系统Repeater功能简介及技术缺陷

经技术改进后的BOOMBOX遥爆系统，能够结合428XL仪器实现源驱动功能应用，但在特殊地貌使用中继(Repeater)功能时，还存在一些技术缺陷。BOOMBOX系统中继功能点火时，先由编码器发送无线电指令，指定某一ID的译码器做中继，并转发点火指令，完成点火后，再转发译码器起爆后的QC信号至编码器。鉴于这种工作流程的特殊性，中继译码器在没有获得编码器指令控制的状态下，只是一台普通译码器，因此不能主动转发其他译码器发送的预备信号。也就是说，BOOMBOX遥爆系统Repeater功能，在应用源驱动技术时无法正常工作。而在西南地区或丘陵地带施工时，中继功能又非常重要，如何弥补这个功能的缺失，也是BOOMBOX遥爆系统源驱动功能应用所必须解决的问题。

3.2 遥爆系统无线中继站的应用

近几年随着地震勘探“两宽一高”的推进，一种遥爆系统无线中继站已在各物探队开始推广使用，该设备具有2部电台工作于异频状态，一部用于接收，另一部用于发送，整个过程实时进行。目前，经过精细调试的中继站，传输延迟量已做到<1 000 μs，对于BOOMBOX系统而言，只需校准设置无线电延迟量即可有效地补偿。该设备不仅能中继编/译码器的预备信号及点火信号，还能中继语音信号。因此，遥爆系统无线中继站的使用，很好地解决了BOOMBOX遥爆系统使用源驱功能时Repeater功能无法正常工作的技术难题，并且实际应用也更加成熟可靠，能进一步提高施工效率。

3.3 应用前景及努力方向

井炮作业源驱动技术早在10年前已出现，由于该项技术对提质增效的明显作用，现在多家勘探公司都在着手进行技术攻关，以解决其他遥爆系统不能实现源驱动放炮的难题。对于BOOMBOX遥爆系统而言，通过更换编码器并对译码器实施一系列技术改造，使得BOOMBOX遥爆系统源驱动功能在野外得以应用。随着互联网+相关技术的进一步发展，更多的软硬件技术，如井口坐标采集器，SOURCE-PLUS手机版井炮无线源驱动系统的应用[9]，将会使这一技术的实现更加多样化。