专利名称：无线遥测移动式地震观测仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种地震观测仪器，特别是涉及一种无线遥测移动式地震观测仪器。
背景技术：
数字地震仪 是用来记录人工或天然地震信号，然后根据这些地震信号的记录来寻找油、气、煤和其他矿产资源的地质勘探仪器，或用于天然地震监测、探测地球内部结构、进行工程及地质灾害预测等。按照使用目的可以分为勘探用数字地震仪和天然地震监测用数字地震台站。勘探用地震仪一般要求道数较多、轻便便于搬动、勘探的频率在5Hz到500Hz、道间距在几米到几十米范围内；天然地震监测用数字地震台站一般比较笨重并采用固定式安装、台站之间距离在几公里甚至几十公里以上、常常要求有三个分量、接收频率在几秒到20Hz左右。随着对地震频发地区的高精度监测要求和利用天然地震波或“大炮”人工地震探查地球内部地质结构的需求，移动式地震观测仪器(台站)逐步投入使用。但目前的移动式地震观测仪器均采用数据存储式结构，即把接收的地震数据存储在移动式地震观测仪器内的存储器中，等一定时间后或观测结束后再进行数据的回收和分析，也就是说存在不能实时回收数据的问题。由于移动式地震观测仪器往往分布范围较广，台站之间或台站与中心站之间难于使用合适的数据通讯方式。有线方式由于需要大量的电缆，使得布设太困难；无线方式由于障碍物的阻挡，使得传送距离受到限制。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种无线信号的覆盖范围大大增力口，又能实时传送移动式地震观测仪器数据，能实现数千个甚至到数万个采集站实时通信的无线遥测移动式地震观测仪器。为实现上述目的，本发明无线遥测移动式地震观测仪器由三大部分组成地面远程控制中心RCC(Remote Control Center)、安装在高空飞行器Aircraft上的空中数据接收系统 ARS (Air Receiving System)和无线地震数据采集站 WAS (Wireless AcquisitionStation);所述地面远程控制中心RCC与空中数据接收系统ARS之间采用无线方式发送指令和接收数据或者采用光缆方式建立通讯，如飞行器Aircraft采用系留气球时，可以采用系留缆索带光纤的方式；所述空中数据接收系统ARS与无线地震数据采集站WAS之间采用无线方式发送指令和接收数据；飞行器在空中飞行时，利用无线信号覆盖范围广的空中数据接收系统ARS(Air Receiving System)实现数据实时传送,即利用飞行器在空中飞行时，无线信号，不易受采集站所处地形限制，即天然(或者人工)障碍物阻挡(如图1)，覆盖范围广的特点，解决移动式地震观测仪器的数据实时传送问题。飞行器Aircraft为VHF/UHF通信提供的有效覆盖范围，可以近似地用公式S (km)=3. 57H1/2 (m)来计算。工作高度600至6000m的覆盖半径为87至277km，覆盖面积则大约为2. 4至24万平方公里。本发明的最大特点是引人了安装在高空飞行器Aircraft上的空中数据接收系统ARS，显著提高了数据通信提供的有效覆盖范围，无线信号的覆盖范围大大增加，又能实时传送移动式地震观测仪器数据，能实现数千个甚至到数万个采集站实时通信。可用于天然地震监测，特别是用于地震频发地区的高精度监测，也用于利用天然地震波或“大炮”人工地震探查地球内部地质结构。作为优化，所述地面远程控制中心RCC由三部分组成飞行器姿态控制器APC (Aircraft Posture-Controller)、中央控制操作系统 CCOS (Central Control &Operation System)、数据处理 分析软件DPAS (Data Processing and Analysis Software)；飞行器姿态控制器APC完成对飞行器Aircraft的姿态控制和状态监测；中央控制操作系统CCOS控制地震观察仪器的数据采集和传送；数据处理分析软件DPAS负责对接收的数据进行处理和分析并及时提交初步结果。作为优化，所述空中数据接收系统ARS由二部分组成飞行器Aircraft和地震数据接收系统EDRS (Earthquake Data Recording System);地震数据接收系统EDRS搭载在飞行器Aircraft上；飞行器Aircraft按照飞行器姿态控制器APC的指令保持空中的飞行姿态；地震数据接收系统EDRS按照中央控制操作系统CCOS的指令控制无线地震数据采集站WAS的工作状态，接收无线地震数据采集站WAS采集的地震数据，并向中央控制操作系统CCOS发送数据。作为优化，所述地震数据接收系统EDRS由控制�？镃M、电源�？镻M、无线发射机T (Transmitter)和多通道无线接收机R(Receiver)、地面通信部件或者远端摇控单元RCU(Remote Communication Unit)和GPS�？榈茸槌桑豢刂颇？镃M根据中央控制操作系统CCOS的指令实现对无线发射机T和多通道无线接收机R的控制；无线接收机R接收来自无线采集站WAS的数据；无线发射机T向无线采集站WAS发射来自中央控制操作系统CCOS的指令；电源�？镻M为地震数据接收系统EDRS提供电源；GPS�？樘峁┑卣鹗萁邮障低矱DRS的位置信息；地面通信部件或者远端摇控单元RCU完成空中数据接收系统ARS与地面远程控制中心RCC的通信联络。作为优化，所述无线地震数据采集站WAS由控制�？镃M、电源�？镻M、4分量地震传感器Sensor、无线通信设备WU(Wireless Unit)和GPS�？榈茸槌�。其中的无线通信设备WU提供单信道的数据接收和发送，建立与搭载在飞行器上的地震数据接收系统EDRS之间的联系；GPS�？樘峁┪恢眯畔ⅲ仓С质奔渫剑豢刂颇？镃M用于控制其它部件；电源�？镻M用于提供电源支持；4分量地震传感器Sensor用于采集地震信号。作为优化，所述4分量地震传感器Sensor由正交的三分量MEMS传感器和常规低频分量组成。即，本仪器中的地震数据采集站采用MEMS三分量加常规低频分量这种四分量模式。作为优化，所述无线遥测采集站WAS，能够实时采集的采集站个数为数百或数千个甚至到数万个。即所述无线遥测采集站WAS，实时采集的采集站个数可以为数百或数千个甚至到数万个。作为优化，所述飞行器Aircraft是系留气球、或者直升机、或者飞艇、或者固定翼飞机等，其它飞行器如风筝、风筝造价低。其它飞行器还可以是火箭或者高射炮弹携带的在设定空域自动启用的小型飞行器装置，它与其它飞行器相比能够显著降低由地面进入设定空域的入空时间、入空成本、特别是飞行器自身造价，该小型飞行器装置除了位置稳定动力装置外，还可以进一步配置用于安全着陆和减少滞空动力消耗的可控气球，或者降落伞。所述直升机、飞艇、固定翼飞机优选无人直升机、无人飞艇、无人固定翼飞机。作为优化，所述系留气球是球型、或者水滴型、或者飞艇型等，例如所述系留气球还可以是热气球；所述系留气球可以具有用于保持气球位置稳定性的动力装置，即也可以具有一定的动力装置以保持气球的位置稳定性。作为优化，飞行器Aircraft采用系留气球时，采用系留缆索嵌入光纤的方式。采用上述技术方案后，本发明无线遥测移动式地震观测仪器针对目前的移动式地震观测仪器(台站)采用数据存储式结构，不能实时回收数据的问题，本发明的特征在于利用飞行器在空中飞行时，无线信号覆盖范围广的特点，解决移动式地震观测仪器的数据实时传送问题，实时采集的采集站个数可以为数千个到数万个。可用于天然地震监测，特别是
用于地震频发地区的高精度监测，也用于利用天然地震波或“大炮”人工地震探查地球内部地质结构。具有无线信号的覆盖范围大大增加，实现移动式地震观测仪器的数据实时传送，实时通信的采集站个数可以为数千个甚至到数万个，能够对天然地震或者人工地震进行高精度实时监测的优点。
图I是本发明无线遥测移动式地震观测仪器的原理框图；图2是本发明无线遥测移动式地震观测仪器的地震数据接收系统EDRS原理框图；图3是本发明无线遥测移动式地震观测仪器的无线遥测采集站WAS原理框图。
具体实施例方式本发明为一种用于天然地震监测的无线遥测移动式地震观测仪器，用于地震频发地区的高精度监测，也用于利用天然地震波或“大炮”人工地震探查地球内部地质结构。本发明装置由三大部分组成(见图I):地面远程控制中心RCC(Remote ControlCenter)、空中数据接收系统ARS (Air Receiving System)和无线地震数据采集站WAS (Wireless Acquisition Station)。本发明无线遥测移动式地震观测仪器,其特征在于利用飞行器在空中飞行时，无线信号覆盖范围广的特点，解决移动式地震观测仪器的数据实时传送问题。本发明的最大特点是引人了安装在高空飞行器Aircraft上的空中数据接收系统ARS，显著提高了数据通信提供的有效覆盖范围。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的地面远程控制中心RCC有三部分组成飞行器姿态控制器APC(Aircraft Posture-Controller)、中央控制操作系统CCOS (Central Control & Operation System)、数据处理分析软件 DPAS (Data Processingand Analysis Software)。飞行器姿态控制器APC完成对飞行器Aircraft的姿态控制和状态监测；中央控制操作系统CCOS控制地震观察仪器的数据采集和传送；数据处理分析软件DPAS负责对接收的数据进行处理和分析并及时提交初步结果。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的空中数据接收系统ARS由二部分组成飞行器Aircraft 和地震数据接收系统 EDRS (Earthquake Data Recording System)。地震数据接收系统EDRS搭载在飞行器Aircraft上。飞行器Aircraft按照飞行器姿态控制器APC的指令保持空中的飞行姿态；地震数据接收系统EDRS按照中央控制操作系统CCOS的指令控制无线地震数据采集站WAS的工作状态，接收无线地震数据采集站WAS采集的地震数据，并向中央控制操作系统CCOS发送数据。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的空中数据接收系统ARS与无线地震数据采集站WAS之间采用无线方式发送指令和接收数据。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的地面远程控制中心RCC与空中数据接收系统ARS之间可以采用无线方式发送指令和接收数据，也可以采用光缆方式建立通讯，如飞行器Aircraft采用系留气球时，可以采用系留缆索嵌入光纤的方式。本发明装置的空中数据接收系统ARS包含的地震数据接收系统EDRS (见图2)由 控制�？镃M、电源�？镻M、无线发射机T (Transmitter)和多通道无线接收机R (Receiver)、地面通信部件RCU (Remote Communication Unit)和GPS�？榈茸槌�。控制模块CM根据中央控制操作系统CCOS的指令实现对无线发射机T和多通道无线接收机R的控制；无线接收机R接收来自无线采集站WAS的数据；无线发射机T向无线采集站WAS发射来自中央控制操作系统CCOS的指令；电源�？镻M为地震数据接收系统EDRS提供电源；GPS模块提供地震数据接收系统EDRS的位置信息；地面通信部件RCU完成空中数据接收系统ARS与地面远程控制中心RCC的通信联络。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的无线遥测采集站WAS(见图3)由控制�？镃M、电源�？镻M、4分量地震传感器Sensor、无线通信设备WU (Wireless Unit)和GPS�？榈茸槌�。其中的无线通信设备WU提供单信道的数据接收和发送，建立与搭载在飞行器上的地震数据接收系统EDRS之间的联系；GPS�？樘峁┪恢眯畔ⅲ仓С质奔渫�。本发明装置的无线遥测采集站WAS包含的4分量地震传感器Sensor由正交的三分量MEMS传感器和常规低频分量组成。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的的无线遥测采集站WAS，实时采集的采集站个数可以为数百或数千个甚至到数万个。本发明装置无线遥测移动式地震观测仪器的飞行器Aircraft可以是系留气球、(无人)直升机、(无人)飞艇、或(无人)固定翼飞机等。系留气球可以是球型、水滴型和飞艇型等形状，也可以具有一定的动力装置以保持气球的位置稳定性。
权利要求
1.一种无线遥测移动式地震观测仪器，其特征在于由三大部分组成地面远程控制中心RCC、安装在高空飞行器Aircraft上的空中数据接收系统ARS和无线地震数据采集站WAS ;所述地面远程控制中心RCC与空中数据接收系统ARS之间采用无线方式发送指令和接收数据或者采用光缆方式建立通讯，所述空中数据接收系统ARS与无线地震数据采集站WAS之间采用无线方式发送指令和接收数据；飞行器在空中飞行时，利用无线信号覆盖范围广的空中数据接收系统ARS实现数据实时传送。
2.根据权利要求I所述地震观测仪器，其特征在于所述地面远程控制中心RCC由三部分组成飞行器姿态控制器APC、中央控制操作系统CCOS、数据处理分析软件DPAS ;飞行器姿态控制器APC完成对飞行器Aircraft的姿态控制和状态监测；中央控制操作系统CCOS控制地震观察仪器的数据采集和传送；数据处理分析软件DPAS负责对接收的数据进行处理和分析并及时提交初步结果。
3.根据权利要求2所述地震观测仪器，其特征在于所述空中数据接收系统ARS由二部分组成飞行器Aircraft和地震数据接收系统EDRS ;地震数据接收系统EDRS搭载在飞行器Aircraft上；飞行器Aircraft按照飞行器姿态控制器APC的指令保持空中的飞行姿态；地震数据接收系统EDRS按照中央控制操作系统CCOS的指令控制无线地震数据采集站WAS的工作状态，接收无线地震数据采集站WAS采集的地震数据，并向中央控制操作系统CCOS发送数据。
4.根据权利要求3所述地震观测仪器，其特征在于所述地震数据接收系统EDRS由控制�？镃M、电源�？镻M、无线发射机T和多通道无线接收机R、地面通信部件或者远端摇控单元RCU和GPS�？榈茸槌桑豢刂颇？镃M根据中央控制操作系统CCOS的指令实现对无线发射机T和多通道无线接收机R的控制；无线接收机R接收来自无线采集站WAS的数据；无线发射机T向无线采集站WAS发射来自中央控制操作系统CCOS的指令；电源模块PM为地震数据接收系统EDRS提供电源；GPS�？樘峁┑卣鹗萁邮障低矱DRS的位置信息；地面通信部件或者远端摇控单元RCU完成空中数据接收系统ARS与地面远程控制中心RCC的通信联络。
5.根据权利要求I所述地震观测仪器，其特征在于所述无线地震数据采集站WAS由控制�？镃M、电源�？镻M、4分量地震传感器Sensor、无线通信设备WU和GPS�？榈茸槌桑黄渲械奈尴咄ㄐ派璞竁U提供单信道的数据接收和发送，建立与搭载在飞行器上的地震数据接收系统EDRS之间的联系；GPS�？樘峁┪恢眯畔ⅲ仓С质奔渫剑豢刂颇？镃M用于控制其它部件；电源�？镻M用于提供电源支持；4分量地震传感器Sensor用于采集地震信号。
6.根据权利要求5所述地震观测仪器，其特征在于所述4分量地震传感器Sensor由正交的三分量MEMS传感器和常规低频分量组成。
7.根据权利要求I或者5所述地震观测仪器，其特征在于所述无线遥测采集站WAS，能够实时采集的采集站个数为数百或数千个甚至到数万个。
8.根据权利要求I或者2或者3或者4或者5或者6所述地震观测仪器，其特征在于所述飞行器Aircraft是系留气球、或者直升机、或者飞艇、或者固定翼飞机等。
9.根据权利要求8所述地震观测仪器，其特征在于所述系留气球是球型、或者水滴型、或者飞艇型等；所述系留气球可以具有用于保持气球位置稳定性的动力装置。
10.根据权利要求8所述地震观测仪器，其特征在于飞行器Aircraft采用系留气球时，采用系留缆索嵌入光纤的方式。
全文摘要
本发明涉及一种无线遥测移动式地震观测仪器，为解决现有技术无线信号覆盖范围�。荒芙懈呔仁凳惫鄄馕侍猓溆扇蟛糠肿槌傻孛嬖冻炭刂浦行腞CC、安装在高空飞行器Aircraft上的空中数据接收系统ARS和无线地震数据采集站WAS；所述地面远程控制中心RCC与空中数据接收系统ARS之间采用无线方式发送指令和接收数据或者采用光缆方式建立通讯，所述空中数据接收系统ARS与无线地震数据采集站WAS之间采用无线方式发送指令和接收数据；飞行器在空中飞行时，利用无线信号覆盖范围广的空中数据接收系统ARS实现数据实时传送。其具有无线信号的覆盖范围大大增加，实现移动式地震观测仪器的数据实时传送，实时通信的采集站个数可以为数千个甚至到数万个，能够对天然地震或者人工地震进行高精度实时监测的优点。
文档编号G01V1/22GK102721976SQ20121021544
公开日2012年10月10日 申请日期2012年6月28日 优先权日2012年6月28日
发明者刘光鼎, 郭建 申请人:中国科学院地质与地球物理研究所
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