陆上地震数据采集节点设备现状与发展

夏波 潘国勇 任烨 叶青

1.上海市地震局；2.上海佘山地球物理国家野外科学观测研究站

文章围绕陆上地震数据采集节点设备的使用情况以及技术操作原则进行灵活分析，逐步探索陆上地震数据采集节点设备的应用方法以及技术操作模式。希望通过本文研究，可以帮助广大工作人员以及技术操作人员明确陆上地震数据采集节点设备的未来发展方向，正确应用不同类型的陆上地震数据采集节点设备，及时采集路上地震数据，及时将各类数据进行有效汇总与处理，明确不同节点设备的操作方法以及技术操作要求，将多种类型的节点设备操作模式进行有效融合与衔接，融入现代化技术控制模式，逐步提升陆上地震数据采集节点设备应用效率，逐步形成独具特色的陆上地震数据采集节点设备技术应用体系。

在现代化陆上地震数据采集节点设备以及相关操作技术不断发展的过程中，更加智能化的陆上地震数据采集节点设备逐渐诞生。现如今，不同类型的陆上地震数据采集节点设备均可以对地震节点的相关数据进行有效记录与分析，也可以为石油开采工作以及地下资源勘探工作奠定良好基础。2007 年欧洲诸多节点设备研发公司逐步推出了更加多样化的节点仪器以及相关设备，尤其是INOVA 公司研制出更多样化的节点控制设备以及自动化控制设备，诸多类型的节点设备可以以GPS 实时系统为基础，快速获取相关的地理位置信息，此类智能化节点设备可以自主记录地震数据，也可以将多样化的地震数据直接反馈给工作人员，工作人员只需要通过计算机设备就可以接收相关数据，并可以对各类数据进行数据处理与数值运算[1]。

1 陆上地震数据采集节点设备特点分析

与传统类型的有线设备相比，陆上地震数据采集节点设备直接摆脱线缆束缚，不仅可以借助GPS 技术以及相关的定位技术进行实时数据追踪，还可以对本地区的地震数据进行综合测定，随后通过数据研究这一形式，快速分析地震数据的主要内容，获取重要信息以及关键数据。通过GPS 实时系统可以精确获取相关数据，节点设备也可以利用各种数据及时研究数据的科学性、准确性与完整性，在采集数据的过程中，也需要节点设备对相关数据进行后期处理与校对，判断数据是否可以直接应用于地震源测定工作之中。利用GPS 技术可以确定地震数据的具体来源与位置。在此之后，工作人员以及技术操作人员便可以直接应用陆上地震数据采集节点设备对各类重要数据进行有效存储，或者是直接使用数据存储器对数据进行实时保存与记录。因此当前情况下，在石油勘探行业日常工作中，应用各种各样的节点设备，尤其是陆上地震数据采集节点设备，不仅可以快速获取相关数据，也可以与各种类型的定位技术相互融合，不同类型的节点设备主要设计原理大致相同，不同节点设备之间的细节差距仅仅在于产品对电路的优化设计以及产品功能等方面。陆上地震数据采集节点设备系统一般包括野外数据采集系统以及数据管理系统，数据管理系统可以分为数据下载管理系统以及数据处理管理系统，陆上地震数据采集节点设备系统之中的野外数据采集系统可以自动收集相关数据，随后对相关数据进行大致处理之后，直接将各类数据统一保存到数据管理系统之中。数据管理系统内部的相关数据经过数据下载管理以及数据处理管理之后，便可以及时明确数据的主要内容与信息，工作人员可以直接从数据管理系统之中调取相关重要信息以及关键数据进行灵活分析，随后将多样化的数据统一保存到计算机系统之中，或者是转移到计算机内部的某一个子系统之中，自动生成专用计算机数据集成系统。野外数据采集系统主要包含数据采集以及数据存储这两方面，在数据采集工作完成之后，陆上地震数据采集节点设备可以自动对相关系统进行初步保存与处理，最后对相关数据进行有效存储与加密处理之后，直接将部分数据移入到数据管理系统之中[2]。工作人员可以对不同型号的陆上地震数据采集节点设备进行适当调整，将陆上地震数据采集节点设备的接口电路与GPS 实时电路进行有效衔接，以便陆上地震数据采集节点设备可以快速接收GPS 实时信号以及相关数据，可以对GPS 信号进行数据处理与保存，随后将GPS 实时信号与地理信息系统深度融合，将多种类型的数据与信息录入到陆上地震数据采集节点设备数据管理系统之中，运用核心部件——FPGA 电路以及ARM 处理器，共同控制GPS 实时信号以及地震信息信号的传输过程，随后对传输过程进行二次加密处理，有效防止出现数据泄漏问题以及数据被篡改问题，随后对各类重要数据进行有效保存，直接将数据移入到数据存储管理系统或者是电源管理系统之中即可。

2 主流陆上地震数据采集节点设备分析

2.1 ZLAND 节点设备

ZLAND 节点设备主要包含了24 位转换数据采集系统，采取单站单道的设备设计形式，与普通类型的陆上地震数据采集节点设备相比，ZLAND 节点设备可以通过数据转化与数据录入的形式，快速将相关数据进行分批次处理，属于一种上市较早的商业化陆上地震数据采集节点设备[3]。在Fairfield 公司深入研究ZLAND 节点设备应用方法的过程中，逐渐开发了两代全新产品，尤其是ZLAND 节点设备之中的野外采集系统之中包含了非常重要的电子控制板以及数据转换器，在最新一代的ZLAND 节点设备产品之中包含了数据存储器，可以具备无线数据下载功能。工作人员可以结合不同的工作需求以及技术操作需求，在应用ZLAND 节点设备的过程中选择不同类型的信号接收器，配合使用信号接收器或者是写好处理器，可以在其他程度上提升ZLAND 节点设备的应用效率。操作人员以及工作人员手持终端控制器直接对节点位置进行适当控制与调整之后，便可以快速获取GPS 接收器内部的各种信息以及数据。在专用接收器启动之后，GPS 卫星将直接发送同步信号。在工作人员终端控制器接收到同步信号之后，便可以直接对GPS卫星同步信号的准确程度进行相关测定，随后将GPS 卫星同步信号发送到ZLAND 节点设备之中。工作人员只需要将相关数据直接储存于ZLAND 节点设备内部的SD卡之中即可，完成数据存储工作之后，需要将数据快速转移到数据传输设备及数据分析设备之上，随后对各类重要数据进行有效分析，提取GPS 卫星同步信号数据之中的各类重要信息。

2.2 GSR 节点设备

在21 世纪初，伴随着陆上地震数据采集节点设备制造技术的进一步发展，更加现代化的GSR 节点设备已经逐渐应用于石油地质勘探环节之中。GSR 节点设备内部装有24 个转换器以及高存储SD 卡，可以在短时间之内快速获取更加大量的信息与数据，随后对大量信息进行集中收集与处理。与ZLAND 节点设备相比，GSR 节点设备可以在短时间之内处理海量数据，也可以及时分析数据之中的重要信息，在分析海量数据重要内容的同时，将相关数据按照不同类型或者是不同批次进行分类处理。GSR 节点设备之中安装了高灵敏度GPS 信号接收器，可以及时接收GPS 卫星发射器所传递而来的各种重要信号以及相关信息，可以对于GPS 信号进行系统保存与记录，随后可以对GPS 系统数据的精确度进行技术性分析，快速将数据计算结果发送给工作人员，工作人员只需要使用计算机设备或者是移动终端接收设备，接收相关数据信号即可。GSR 节点设备一端连接着接收器，另一端连接着电池，GSR 节点设备在正式使用过程中，需要对接口位置的各种参数数据进行数据分析，随后由电池供电检查数据的具体来源，分析数据来源与数据传递流程，判断相关重要信号以及GPS 实时信息是否出现数据泄露问题。GSR 节点设备每一次接收GPS 实时信号或者是定位信号之后，均需要经过3 ～10min 的自我检测与技术分析，经过一段时间的数据自测与研究之后，便可以开始收集相关数据，直接对各种数据进行盲目性收集与处理。这种数据盲目性收集与处理主要指的是对不同类型的数据进行全方位的收集与处理，并不是采取具有针对性的数据处理模式，而是直接将全部数据进行综合处理，数据处理工作量相对较大，数据处理的过程比较复杂，数据处理时间相对较长，需要工作人员全过程使用移动终端设备对GSR 节点设备的数据采集过程以及检测过程进行全过程监督与控制，避免GSR 节点设备出现比较复杂的技术操作问题以及设备故障问题。GSR 节点设备在数据记录以及数据后续处理过程中，需要每隔6min 对周围环境信息以及GPS 实时定位信息进行技术特定，每隔6min 对各类信息进行集中收集与处理，打包发送给工作人员或者是直接发送在移动终端设备。在数据传输以及数据转化等诸多环节中，GSR 节点设备均可以自动完成相关的数据运算任务，只需要工作人员通过手动操作的形式输入相关指令即可。GSR 节点设备的数据采集及数据分析任务主要包含定位位置的经纬度数据、高程数据、卫星实时监控数据、电压数据以及地表温度数据等相关信息[4]。

2.3 UNITE 节点设备

UNITE 节点设备属于一种功能较为多样、较为智能的陆上地震数据采集节点设备之一，Sercel 公司在着重研发陆上地震数据采集节点设备的过程中，发现了陆上地震数据采集节点设备可以与WiFi 技术相互融合，UNITE 节点设备可以直接与固定的WiFi 节点相互衔接，自动生成428 条有线数据传输以及数据分析系统。UNITE 节点设备不仅仅可以单独将某一条重要的信息录入到计算机系统之中，也可以及时将多种信息同步录入到计算机系统之中，随后将各种信息打包发送给工作人员或者是直接将计算机系统内部的相关数据打包发送给移动终端设备或者是数据接收设备。与GSR 节点设备技术处理模式以及分析模式有所不同，UNITE 节点设备可以对海量数据进行具有针对性的数据分析与处理，并不会直接采取盲目性数据筛选形式。这主要是由于工作人员在应用数据分析技术或者是应用陆上地震数据采集节点设备的过程中，不仅需要考虑到新设备之间的细节差异以及功能差异，还需要结合不同的工作需求以及技术分析需求，选择不同类型的陆上地震数据采集节点设备。在工作人员以及管理人员选定陆上地震数据采集节点设备之后，便可以直接对各类数据进行不同处理与分析，技术操作人员可以直接使用UNITE 节点设备，对各类重要信号进行技术调试，随后在UNITE 节点设备外部安装电路板，一个电路板用来连接外部电池，另一个电路板用来连接UNITE 节点设备端口，在电路板连接设备端口之后，可以直接连接WiFi 端口，使得UNITE 节点设备可以与WiFi 设备相互衔接，直接接收WiFi 信号，随后对不同类型的数据进行技术处理，WiFi 信号数据传输速度相对较快，可以在短时间之内快速对高灵敏度信号检测器的使用情况进行技术检测，也可以直接对UNITE 节点设备内部各种零部件的使用情况进行有效检测。

3 陆上地震数据采集节点设备的未来发展

陆上地震数据采集节点设备经过几十年的技术发展与调整之后，已经逐渐形成了多样化的技术发展趋势，尤其是在近几年，国内外诸多企业纷纷对陆上地震数据采集节点设备的技术操作模式进行了合理研究与调试之后，逐步探索出更加多样化的技术操作方法与设备应用模式。在不久的将来，陆上地震数据采集节点设备将于石油勘探处理技术形成一体化的研究模式，将陆上地震数据采集节点设备正式应用于石油勘探环节之中，及时了解地下石油资源储存情况以及开采情况，在工作人员正式进入石油井下开展作业工作之前，使用陆上地震数据采集节点设备对地震波进行有效监测与分析，避免出现突发地震或者是地表塌陷问题，可以为广大工作人员的生命安全提供有效的技术支撑与保障。将陆上地震数据采集节点设备与石油勘探处理技术相互融合，一方面可以满足高密度数据覆盖的整体需求；另一方面也可以进一步缩短石油勘探工作的周期，有效降低石油勘探工作的风险与成本，国外公司在2017 年逐渐研究出了更先进的陆上地震数据采集节点设备以及地震数据综合采集系统，随后直接在亚热带雨林地区进行了野外技术试验，取得了较好地研究进展。经过一段时间的技术分析与调试之后，日本公司所研究出的陆上地震数据采集节点设备可以直接应用于雨林环境中，可以有效测定不同地区的地震波变化情况，快速捕捉各类精密数据。

4 结语

经过20 年左右的技术研究与发展之后，陆上地震数据采集节点设备已经逐渐融入到石油资源勘探环节之中，可以及时收集相关数据以及重要信息，也可以为广大石油勘探工作提供有效的数据支撑以及方案支持。伴随着互联网信息技术的进一步发展，陆上地震数据采集节点设备必将向着轻型化、自动化、集成化、一体化的方向不断发展。在不久的将来，会有数量众多、类型各异、功能齐全的陆上地震数据采集节点设备逐渐面世。