一种用于地球物理勘探的地震数据采集平台

摘要

本发明公开了一种用于地球物理勘探的地震数据采集平台，在记录控制系统作用下将地震数据发送给数据记录系统，该平台包括电源，产生同步指令的命令同步模块，读取拖缆供电状态信息的电源及同步控制模块，从水下拖缆数据中解析出拖缆状态数据和地震数据并将拖缆状态数据发送给记录控制系统的电缆接口模块，接收辅助道数据的辅助道模块，以及汇总地震数据及辅助道数据后发送给数据记录系统的CPU系统模块。本发明解决了数据交换瓶颈，提高了传输与处理能力，能满足高密度长电缆的数据采集的要求，具有良好的稳定性和可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及地球物理勘探，尤其涉及一种用于地球物理勘探的地震数据采集平台(Data Processor Module，缩写为DPM)。

背景技术

随着勘探开发的精细化，总体上地震勘探方法向着多维、多分量、超多道方向发展，但是采集系统的二维或三维实时地震道采集能力还不能完全满足地震勘探技术发展的要求。与传统的组合方式比较，多维高密度采集的地震数据量成倍的增长，这对地震记录仪器的数据采集能力提出了巨大的挑战。并且这种地震数据量的增长，也对数据的实时处理、传输等技术提出了很高的要求。另外，组成采集系统的基础部件的通用化、标准化程度不高，也一定程度上限制了多维高密度地震勘探技术的推广应用与发展。

地震数据采集系统(Data Processor Module，DPM)是海上拖缆采集系统船载记录系统的一个关键部分，承担着对水下拖缆采集的地震数据的接收、处理、汇集和传输，以及拖缆指令的解析转发和系统同步命令的控制。

现有地震数据采集系统一般是基于VME或其他工业机箱，体积大、数据交换存在瓶颈，并且数据传输与处理能力弱，基础部件的通用化、标准化程度不高，不利于扩展。另外系统与记录单元之间一般采用百兆网络或小型计算机系统接口(SCSI)总线传输，速度比较慢。这些采集、处理及传输能力上的限制，使现有技术无法满足长电缆高分辨地震数据的采集与处理的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在于需要提供一种用于地球物理勘探的地震数据采集平台，以快速采集并处理水下拖缆地震数据。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于地球物理勘探的地震数据采集平台，在记录控制系统作用下将地震数据发送给数据记录系统，包括：

电源，用于对所述采集平台供电；

命令同步模块，用于接收同步信号，并根据所述同步信号产生同步指令；

电源及同步控制模块，与所述命令同步模块相连，用于控制为所述水下拖缆供电的拖缆电源，读取拖缆供电状态信息；

电缆接口模块，与所述电源及同步控制模块相连，用于将所述拖缆供电状态信息发送给所述记录控制系统；经所述电源及同步控制模块将所述同步指令发送给所述水下拖缆；接收所述水下拖缆数据，从所述水下拖缆数据中抽取振子数据，解析出拖缆状态数据和地震数据，将所述振子数据及拖缆状态数据发送给所述记录控制系统；

辅助道模块，与所述电源及同步控制模块相连，用于接收辅助道数据；

CPU系统模块，与所述电缆接口模块及辅助道模块相连，用于完成所述采集平台的初始化，汇总所述地震数据及所述辅助道数据后，发送给所述数据记录系统。

如上所述的地震数据采集平台中，所述命令同步模块所接收的所述同步信号，可以由导航系统及枪控系统发送。

如上所述的地震数据采集平台中，所述地震数据采集平台可以进一步包括：

紧凑型外部互联总线标准背板，为所述电源、命令同步模块、电源及同步控制模块、电缆接口模块、辅助道模块及CPU系统模块的载体。

进一步地，所述电源、命令同步模块、电源及同步控制模块、电缆接口模块、辅助道模块及CPU系统模块，可以以板卡的形式插接在所述紧凑型外部互联总线标准(Compact Peripheral Component Interconnect，Compact PCI或CPCI)背板上。

更进一步地，所述辅助道板可以与所述电缆接口板集成在一起。

以及，所述CPU系统板及电缆接口板可以为所述紧凑型外部互联总线标准背板的前插板；

所述电源及同步控制板及命令同步板可以为所述紧凑型外部互联总线标准背板的后插板。

如上所述的地震数据采集平台中，所述CPU系统模块可以以直接内存访问方式储存所述地震数据。

如上所述的地震数据采集平台中，所述命令同步模块可以进一步与所述CPU系统模块相连，将CPU系统模块传送的主控工作站发送的系统指令同步地转发给所述电源及同步控制模块。

如上所述的地震数据采集平台中，所述电缆接口模块可以通过光纤与所述水下拖缆相连，可以通过百兆网口与所述记录控制系统相连。

如上所述的地震数据采集平台中，所述CPU系统模块可以通过千兆以太网接口将汇总数据发送至数据记录系统。

本发明与现有技术相比，采用紧凑型外部互联总线标准(ComnpactPeripheral Component Interconnect，Compact PCI或CPCI)机箱替代了传统的VME等箱体，整机结构小型化，解决了数据交换瓶颈，提高了传输与处理能力。采用实时操作系统VxWorks和千兆网技术，实时的数据处理与传输能力成倍提高，能满足高密度长电缆的数据采集的要求，具有良好的稳定性和可靠性，满足生产作业的需求。

附图说明

图1是本发明海上地震数据采集平台一实施例的组成示意图。

图2是本发明海上地震数据采集平台一应用实例的示意图。

图3是图2所示应用实例的功能示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。

图1是本发明用于地球物理勘探的地震数据采集平台一实施例的组成示意图，该实施例基于CPCI总线工业机箱构建，DPM箱体内的硬件主要包括电源110、命令同步模块(Command Synchronizing Module，缩写为CSM)120、电源及同步控制模块(Power & Synchronization Controlling Module，缩写为PSC)130、电缆接口(Streamer Controlling Interface，缩写为SCI)模块140、辅助道(Auxiliary Channel，缩写为AXC)模块150及CPU系统(Slot0，缩写为S0)模块160，上述各模块均以板卡的形式，插接在作为载体的CPCI背板上100，其中：

电源110，插在CPCI背板100上，用于对DPM进行供电；

CSM模块120，标准的6U大小的Compact PCI后I/O卡，插在CPCI背板100上，与PSC模块130相连，位于S0模块160的后插卡位置，通过CompactPCI接口的J3、J4、J5接口与S0模块160相连，用于接收导航与枪控系统发送的水下拖缆采集数据的同步信号，根据该同步信号产生同步指令并发送给PSC模块130，由PSC模块130将该同步指令转发给SCI模块140，由SCI模块140将该同步指令发送给水下拖缆；同时接收S0模块160传来的主控工作站发送的各种系统指令，并同步地转发到PSC模块130；

PSC模块130，标准的6U大小的Compact PCI后I/O卡，插在CPCI背板100上，位于SCI模块140的后插卡位置，通过Compact PCI接口的J3接口与SCI模块140相连；用于实现对给水下拖缆供电的拖缆电源的控制，读取拖缆供电状态信息，并将拖缆供电状态信息转发给SCI模块140；同时接收CSM模块120发来的同步指令，并将其转发给SCI模块140；

SCI模块140，标准的6U大小的Compact PCI前插卡，插在CPCI背板100上，通过光纤与水下拖缆相连，通过百兆网口与控制整个拖缆采集平台的船载记录控制系统相连，用于将船载记录控制系统发送的控制命令发送给水下拖缆，同时接收水下拖缆数据，从水下拖缆数据中抽取振子数据，并将振子数据实时发送给船载记录控制系统；所接收的水下拖缆数据包含拖缆状态数据和地震数据，对水下拖缆数据进行解析和分离，获得其中的拖缆状态数据，并将拖缆状态数据发送给船载记录控制系统；以及通过Compact PCI总线与S0模块160互联，将水下拖缆数据中的地震数据发送给S0模块160；通过Compact PCI与后插板PSC模块130连接，完成控制命令的接收，并将PSC模块130获得的缆供电状态信息通过百兆网口发送给记录控制系统；

AXC模块150，与SCI模块140的连接关系相同，用于接收辅助道数据(辅助道数据是用于拖缆采集平台的实时监控和后期地震数据处理)；与SCI模块140相比具有相对较少的通道数，一般集成在SCI模块140中；

S0模块160，标准的6U大小的Compact PCI前插卡，插在CPCI背板100上，与CSM模块120、SCI模块140及AXC模块150相连，提供高性能的CPU，大量的缓冲内存，千兆以太网、百兆以太网接口以及其他高速总线接口，用于实现Compact PCI总线设备的初始化，向DPM机箱内的所有板卡发送拖缆初始化信息以完成各板卡的初始化配置，正常工作时，通过64-Bit/66M的PCI总线以直接内存访问(DMA)方式将SCI模块140发送的地震数据存储在内存中，汇总一个DPM上的各个SCI模块和一个辅助道模块上的辅助道数据后，通过千兆以太网接口发送至数据记录系统。

在本发明的部分实施例中，一块SCI模块140对应一条水下拖缆，也即一块SCI模块140负责完成一条水下拖缆数据的接收、解析、预处理和缓存。正常工作时，SCI模块140通过直接内存访问(DMA)方式将地震数据传送至S0模块160上的内存中，S0模块160汇总一个DPM上的4个SCI板和一个辅助道的数据后，将其通过S0模块160的千兆以太网接口发送至数据记录工作站。一个DPM机箱中可插有1～6块SCI板，一个辅助道板，一个CPU系统板，以及与其对应的PSC板(SCI后插板)和一个CSM板(CPU系统板后插板)。一个DPM机箱最多可以完成对6条水下拖缆和1个辅助道的命令发送、数据接收和预处理、振子和状态数据的分离和发送等工作。CPU系统板汇总采集到的拖缆数据和辅助道数据，通过CPU系统板的千兆以太网口发送到与其对应的数据记录工作站。

图2示出了本发明海上地震数据采集平台一应用实例，图3为该应用实例的功能示意图。其中图2所示的该应用实例，是基于CPCI总线工业机箱构建，一个DPM的CPCI机箱中使用一块CPU板卡、一块CSM板卡、4～6块SCI板卡(图中以一块SCI板卡示意，对应于图3所示的4块SCI板卡)和相应的PSC板卡、一个辅助道板(由于实际应用中辅助道板集成在SCI中，框图中未示出)和相应的PSC板。CPCI机箱中有两种尺寸的板卡：尺寸为233.35×160mm的前插板和尺寸为233.35mm×80mm的后插板组成。其中CPU板、SCI板和辅助道板位于机箱的前插板位置，CSM板和PSC板作为机箱的后插板。CPU板卡插在机箱的“0槽”位置，SCI板卡和辅助道板卡插在槽位1-槽位7的前插板位置上，CSM板位于槽位0的后插板位置上，PSC板插在槽位1-槽位7的后插板位置，每个SCI板或辅助道板都对应一个PSC板。导航系统和枪控系统所发送的触发信号，用以对各条拖缆完成同步。其中导航系统发送的是导航触发信号(System Start)，枪控系统发送的是枪控触发信号(TB)。

图2所示的应用实例，四种类型的板卡完成了五种功能，这四种类型的板卡分别为：CPU系统板、电缆接口板、电源及同步控制板以及命令同步板，其中CPU系统板及电缆接口板前后插板机械结构要求；电源及同步控制板和命令同步板满足后插板机械结构要求。

本发明基于CompatPCI总线工业机箱，采用标准模块化通用设计，对采集平台的各功能模块进行划分，应用于海上拖缆地震采集设备中，在记录控制系统操控下，发送系统命令给水下拖缆，并实时接收水下拖缆的地震数据、进行处理和汇集，最后通过千兆以太网传输给数据记录系统，作为室内的数据记录系统的数据采集平台，完成地震数据的实时接收、处理、汇集和传输。

提高了拖缆采集平台实时数据接收、处理和通信的工作能力，并增强了系统的稳定性和可靠性，为油田后期精细开发方案以及海洋油藏勘探提供准确数据。具体地，具有如下特性和效果：

(1)板卡按功能模块进行设计，分为电缆光纤接口板、零槽数据汇集板、同步控制后插板和电源控制后插板，使组成系统的基础部件标准化、通用化，并且整个系统结构简洁紧凑；

(2)采集平台具备导航与枪控系统接口，可完成拖缆地震数据采集的同步触发，对主控系统的指令进行同步并转发给水下拖缆；

(3)采集平台板卡设计采用实时操作系统VxWorks，并引入千兆网络进行传输，大大提高了数据汇集及传输能力；

(4)单CPCI机箱组成的采集平台，实时地震数据采集、处理速度快，带道能力强；

(5)采集平台由CPCI标准机箱构建，一个8槽CPCI机箱可同时连接和采集4～6条拖缆数据，这样的结构可以很方便地对采集平台进行扩展。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。