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    重庆时时彩双胆玩法: 无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法.pdf

    关 键 词:
    数字 存储 地震仪 工作 状态 无线 监测 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110078110.6

    申请日:

    2011.03.30

    公开号:

    CN102230972A

    公开日:

    2011.11.02

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01V 1/22申请公布日:20111102|||实质审查的生效IPC(主分类):G01V 1/22申请日:20110330|||公开
    IPC分类号: G01V1/22; G01V1/18 主分类号: G01V1/22
    申请人: 吉林大学
    发明人: 陈祖斌; 张怀柱; 张林行; 林君; 杨泓渊
    地址: 130012 吉林省长春市前进大街2699号
    优先权:
    专利代理机构: 长春吉大专利代理有限责任公司 22201 代理人: 王立文
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110078110.6

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2013.09.18|||2011.12.14|||2011.11.02

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法。是在无缆地震仪采集站的基础上引入Wi-Fi无线通讯???,利用无线组网技术将地震仪采集站以及状态监测用的地震仪主机、笔记本电脑或PDA组成无线局域网,通过制定专门通讯协议进行无缆地震仪工作状态无线监测。采用中心站+无线路由站+采集站三级网络结构,地震仪主机连接中心站,中心站通过无线链路连接无线路由站,无线路由站扩大链路的覆盖范围,通讯协议采用主-从模式,为了远距离、大范围覆盖的无缆地震仪能够方便可靠进行组网,解决了现有无缆地震仪不能对仪器工作状态进行实时监测的缺陷,实现了无缆存储式地震仪无线实时监测,大大提高野外施工效率,节约勘探成本。

    权利要求书

    1.一种无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,其特征在于,是
    由中心站+无线路由站+采集站终端三级模式的网络拓扑结构组成无线分布式系
    统,地震仪主机连接至中心站,由中心站通过无线链路连接至无线路由站,无线
    路由站扩大中心站无线通讯链路的覆盖范围,实现地震仪主机与地震仪采集站之
    间的数据通讯;通讯协议采用主-从模式,地震仪主机、笔记本电脑或PDA作为
    主设备,各地震仪采集站作为从设备,主设备能够初始化传输,从设备根据主设
    备查询提供的数据作出响应,主设备能单独与从设备通信,也能以广播方式与所
    有从设备通信。
    2.按照权利要求1所述的无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,
    其特征在于,地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯是由两部分构成:其一
    是与中心站建立无线通讯链路的远端接入点,其二是与地震仪采集站建立无线通
    讯链路的无线AP,每个无线AP支持单个或多个地震仪采集站,地震仪采集站
    通过内置的Wi-Fi??橛胛尴逜P建立无线通讯链路。
    3.按照权利要求1所述的无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,
    其特征在于,地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯,通过制定专门的通讯
    协议进行,通讯协议包括:通讯字头、数据长度、本机IP地址、目的IP地址、
    功能代码、有效数据、错误检测域。
    4.按照权利要求1、3所述的无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方
    法,其特征在于,目的IP地址由地震仪主机设置好中心站的IP地址,由中心站
    为各个无线路由站分配IP地址并建立路由表;各无线路由站的IP地址由中心站
    动态分配并建立之后,为位于其覆盖范围之内的无缆地震仪动态分配IP地址,
    并建立路由表,共有两类路由表:至地震仪主机的路由,至地震仪采集站的路由;
    各地震仪采集站的IP地址由其所在区域的无线路由站为其动态分配,并建立至
    无线路由站的路由表;当有新的地震仪采集站加入网络时,无线路由站将会主动
    发现此采集站,并主动为其分配IP地址;若地震仪采集站同时位于两个无线路
    由站的覆盖范围之内时,采集站能够自动发现附近信号强度最大的无线路由站,
    并通过这个无线路由站来收发数据。
    5.按照权利要求1所述的无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,
    其特征在于,地震仪主机、笔记本电脑或PDA应用程序主要分为连接检测???br />和工作状态监测??榱讲糠?,利用多线程编程开启两个独立的线程,分别运行连
    接检测??楹凸ぷ髯刺嗖饽?榱礁瞿??,通过连接检测??榛竦酶鞑杉镜谋?br />号、物理地址、IP地址信息,利用工作状态监测??榈玫讲杉镜母髦中枰?br />测的状态信息:包括以下顺序和步骤:
    A、程序启动后,直接开启连接检测线程,在该线程中,地震仪主机、笔记
    本电脑或PDA按照通讯协议规则构造连接检测命令,并通过广播的形式将命令
    发送出去,并不断地检测是否收到采集站的返回结果,若收到,将收到的采集站
    的编号、物理地址、以及IP地址信息保存到信息列表中,为后续的工作状态检
    测命令提供已连接采集站的基本信息,若本次连接检测已经超过预置的超时时间
    则退出本次连接检测,同时启动下一次连接检测;
    B、如果采集站编号、物理地址、目的IP地址信息列表已经建立起来,则进
    行采集站工作状态监测,用户通过程序界面进行实际操作,根据需要选择相应的
    工作状态监测命令;
    C、工作状态监测程序收到用户的监测请求后,找到该请求相应的功能代码,
    按照制定好的通讯协议规则进行封装,构造工作状态监测命令,并从检测线程中
    已经建立的列表中提取相应的信息,将该命令直接发送至列表中的采集站;然后
    等待采集站返回结果直至超时退出,若收到采集站的返回结果,则将该结果输出
    至采集站的工作状态报表,同时将该结果记录到日志文件中。
    6.按照权利要求1所述的无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,
    其特征在于,各地震仪采集站无线通讯应用程序是利用多线程程序设计方法单独
    开启一个线程,该线程在进行Wi-Fi??槌跏蓟蟊愎移?,等待上位机命令的到
    来,一旦收到命令立即进入工作就绪状态,对收到的命令进行解析,并调用该命
    令相应的功能???,最后将结果返回给地震仪主机、笔记本电脑或PDA,并再
    次挂起等待下一个命令的到来。

    说明书

    无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法

    技术领域:

    本发明涉及一种地震仪工作状态的无线监测方法,尤其是一种无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法。?

    背景技术:

    地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段,在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面均得到了广泛应用。常规的地震勘探利用电缆连接全部系统并实现信息采集作业,这种方法存在着系统笨重、不易搬运、施工效率低下、人工成本高、采集功能和精度受到限制等弊端,当道数达到一定数量时这种弊端显得尤为突出。?

    为此,国内外先后相继而推出了无缆数字存储式地震仪。目前使用的有ION公司的VectorSeis?SYSTEM?IV、FireFly无线系统,美国Refracture?Technology公司的RefTek130-01记录器,法国Sercel公司的Unite系统,美国Ascend?Geo公司的Ultra无缆陆地地震采集系统,美国OYO?Geospace公司的GSR系统,美国Firfield公司的Z系统,美国Seismic?Source公司的Sigma系统以及日本JGI公司的MS-2000独立系统等。在国内则有东方地球物理公司的GPS授时地震仪、中国科学院地质与地球物理研究所的海底地震仪和金属矿勘探无缆存储式地震仪、吉林大学的无缆遥测地震仪。?

    数字存储式地震仪与有线遥测地震仪的结构不同,其典型特征是,采集站配备大容量非易失性数据存储器,野外采集到的地震数据存储在采集站内部,经过一段时间的施工后,将所有采集站集中到一起,再通过专门的数据回收设备对数据进行回收和整理。地震仪没有中央记录系统,仪器主机主要用于数据回收与处理。此类仪器由于采集站本身能够存储大容量的地震数据,因而不需要对采集站的数据进行实时回收,省去了有线仪器的专用数传电缆和无线仪器中庞大的数据收集装置,并且道数不受传输速率的限制。?

    无缆数字存储式地震仪实现了地震勘探仪器的轻便化,提高了施工效率,节约了成本,有利于各种复杂地理、地质环境下的作业。但是,无缆存储式地震仪因没有监控装置,各采集站的工作状态得不到有效监视和记录,同时也不具备现场质量控制功能。仪器工作是否正常,以及数据采集质量的好坏只能等勘探作业结束后利用数据回收装置将数据回收后才能知道,这是它非常致命的一个缺点,也是它还不能被工业界普遍接受的重要原因。同时,在我国仍存在不符合地震作业规范等问题,到目前为止,还没有无缆存储式地震仪在我国进行实际地震勘探作业。?

    目前,无线通信技术主要有蓝牙(Bluetooth)、ZigBee和Wi-Fi技术这三种类型。这三种技术的特点如下:?

    1)三者都工作在2.4GHz的频段,但Wi-Fi的传输速率能达到11Mbit/s,而蓝牙和ZigBee一般只能达到1Mbit/s和250kbit/s。?

    2)Wi-Fi的覆盖半径可达100m;蓝牙在超过20m之后信号质量下降严重;而ZigBee的传输通常受其发射天线影响很大,传输距离往往较近。?

    3)Wi-Fi技术支持无线组网,只要设置一台有效距离的无线AP(AccessPoint),就可允许多台PC对其进行访问;蓝牙只能用于点对点连接;而ZigBee在组网复杂时,其传输速度会受到很大限制。?

    无线局域网(Wireless?Local?Area?Networks,WLAN)技术具有传统局域网无法比拟的灵活性。其通信范围不受环境条件的限制,网络的传输范围大大拓宽,最大传输范围可达到几十公里。在有线局域网中,两个站点的距离在使用铜缆时被限制在500米以内,即使采用单模光纤也只能达到3000米,而无线局域网中两个站点间的距离目前可达到50公里,距离数公里的建筑物中的网络可以集成为同一个局域网。?

    采用IEEE?802.11a标准的无线网桥设备的大量出现,为满足用户业务的无线接入需求,提供了廉价有效的传输手段。例如5.8G无线网桥,可以在几公里到几十公里范围内实现两点间的无线通信,短距离还可以实现非视距通信。这类设备价格低,安装快捷方便,而且因为处于ISM频段,国家无线电管理委员会没有对其进行统一的分配,因此比较容易获得批准使用,有利于其在接入网建设中大规模应用。?

    由于无缆地震仪没有数传电缆,因此若要实时监测地震仪采集站的工作状态,只能借助无线通讯技术来实现。例如在国外的地震仪器中,法国Sercel公司的Unite系统采用的是蜂窝无线的专利技术,而美国ION公司的VectorSeisSYSTEM?IV则通过射频天线与所有远程记录仪构成射频遥测系统;在国内,还没有具备无线通讯技术的无缆地震仪问世,郭建等提出了利用短信进行地震仪控制和数据传输的方法(专利申请号:200910169540.1),但由于短信依赖于移动通信网络,在收发信息时网络延迟较大,另外短信在字数上也有所限制。?

    发明内容:

    本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足,提供一种解决现有无缆地震仪不能对仪器工作状态进行实时监测缺陷的无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法。?

    本发明的目的是通过以下技术方案实现的:?

    无缆地震仪工作状态无线监测的方法是在现有无缆地震仪采集站的基础上引入Wi-Fi无线通讯???,利用无线组网技术将地震仪采集站以及状态监测用的?地震仪主机、笔记本电脑或PDA组成无线局域网,通过制定专门的通讯协议进行无缆地震仪工作状态的无线监测。?

    无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,是由中心站+无线路由站+采集站终端三级模式的网络拓扑结构组成无线分布式系统,地震仪主机连接至中心站,由中心站通过无线链路连接至无线路由站,无线路由站扩大中心站无线通讯链路的覆盖范围,实现地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯;通讯协议采用主-从模式,地震仪主机、笔记本电脑或PDA作为主设备,各地震仪采集站作为从设备,主设备能够初始化传输,从设备根据主设备查询提供的数据作出响应,主设备能单独与从设备通信,也能以广播方式与所有从设备通信。?

    地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯是由两部分构成:其一是与中心站建立无线通讯链路的远端接入点,其二是与地震仪采集站建立无线通讯链路的无线AP,每个无线AP支持单个或多个地震仪采集站,地震仪采集站通过内置的Wi-Fi??橛胛尴逜P建立无线通讯链路。?

    地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯,通过制定专门的通讯协议进行,通讯协议包括:通讯字头、数据长度、本机IP地址、目的IP地址、功能代码、有效数据、错误检测域。?

    目的IP地址由地震仪主机设置好中心站的IP地址,由中心站为各个无线路由站分配IP地址并建立路由表;各无线路由站的IP地址由中心站动态分配并建立之后,为位于其覆盖范围之内的无缆地震仪动态分配IP地址,并建立路由表,共有两类路由表:至地震仪主机的路由,至地震仪采集站的路由;各地震仪采集站的IP地址由其所在区域的无线路由站为其动态分配,并建立至无线路由站的路由表;当有新的地震仪采集站加入网络时,无线路由站将会主动发现此采集站,并主动为其分配IP地址;若地震仪采集站同时位于两个无线路由站的覆盖范围之内时,采集站能够自动发现附近信号强度最大的无线路由站,并通过这个无线路由站来收发数据。?

    地震仪主机、笔记本电脑或PDA应用程序主要分为连接检测??楹凸ぷ髯刺嗖饽?榱讲糠?,利用多线程编程开启两个独立的线程,分别运行连接检测??楹凸ぷ髯刺嗖饽?榱礁瞿??,通过连接检测??榛竦酶鞑杉镜谋嗪?、物理地址、IP地址信息,利用工作状态监测??榈玫讲杉镜母髦中枰嗖獾淖刺畔?,包括以下顺序和步骤:?

    A、程序启动后,直接开启连接检测线程,在该线程中,地震仪主机、笔记本电脑或PDA按照通讯协议规则构造连接检测命令,并通过广播的形式将命令发送出去,并不断地检测是否收到采集站的返回结果,若收到,将收到的采集站的编号、物理地址、以及IP地址信息保存到信息列表中,为后续的工作状态检测命令提供已连接采集站的基本信息,若本次连接检测已经超过预置的超时时间?则退出本次连接检测,同时启动下一次连接检测;?

    B、如果采集站编号、物理地址、目的IP地址信息列表已经建立起来,则进行采集站工作状态监测,用户通过程序界面进行实际操作,根据需要选择相应的工作状态监测命令;?

    C、工作状态监测程序收到用户的监测请求后,找到该请求相应的功能代码,按照制定好的通讯协议规则进行封装,构造工作状态监测命令,并从检测线程中已经建立的列表中提取相应的信息,将该命令直接发送至列表中的采集站;然后等待采集站返回结果直至超时退出,若收到采集站的返回结果,则将该结果输出至采集站的工作状态报表,同时将该结果记录到日志文件中。?

    各地震仪采集站无线通讯应用程序是利用多线程程序设计方法单独开启一个线程,该线程在进行Wi-Fi??槌跏蓟蟊愎移?,等待上位机命令的到来,一旦收到命令立即进入工作就绪状态,对收到的命令进行解析,并调用该命令相应的功能???,最后将结果返回给地震仪主机、笔记本电脑或PDA,并再次挂起等待下一个命令的到来。?

    有益效果:本发明采用中心站+无线路由站+采集站终端三级模式的网络拓扑结构,为了远距离、大范围覆盖的无缆地震仪能够方便可靠进行组网,解决了现有无缆地震仪不能对仪器工作状态进行实时监测的缺陷,实现了无缆存储式地震仪无线实时监测,大大提高野外施工效率,节约勘探成本。?

    附图说明:

    图1是无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法无线组网模式图。?

    图2是Wi-Fi无线??橛胫骺谻PU硬件接口电路图。?

    图3是嵌入式Wi-Fi无线??榈娜砑峁箍蛲?。?

    图4是无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法通讯协议格式框图。?

    图5是无缆地震仪主机对采集站工作状态监测流程图。?

    图6是无缆地震仪采集站无线数据收发工作流程图。?

    具体实施方式:

    下面结合附图和实施例做进一步的详细说明:?

    无缆数字存储式地震仪工作状态的无线监测方法,是由中心站+无线路由站+采集站终端三级模式的网络拓扑结构组成无线分布式系统,地震仪主机连接至中心站,由中心站通过无线链路连接至无线路由站,无线路由站扩大中心站无线通讯链路的覆盖范围,实现地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯;通讯协议采用主-从模式,地震仪主机、笔记本电脑或PDA作为主设备,各地震仪采集站作为从设备,主设备能够初始化传输,从设备根据主设备查询提供的数据作出响应,主设备能单独与从设备通信,也能以广播方式与所有从设备通信。?

    地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯是由两部分构成:其一是与中心?站建立无线通讯链路的远端接入点,其二是与地震仪采集站建立无线通讯链路的无线AP,每个无线AP支持单个或多个地震仪采集站,地震仪采集站通过内置的Wi-Fi??橛胛尴逜P建立无线通讯链路。?

    地震仪主机与地震仪采集站之间的数据通讯,通过制定专门的通讯协议进行,通讯协议包括:通讯字头、数据长度、本机IP地址、目的IP地址、功能代码、有效数据、错误检测域。?

    目的IP地址由地震仪主机设置好中心站的IP地址,由中心站为各个无线路由站分配IP地址并建立路由表;各无线路由站的IP地址由中心站动态分配并建立之后,为位于其覆盖范围之内的无缆地震仪动态分配IP地址,并建立路由表,共有两类路由表:至地震仪主机的路由,至地震仪采集站的路由;各地震仪采集站的IP地址由其所在区域的无线路由站为其动态分配,并建立至无线路由站的路由表;当有新的地震仪采集站加入网络时,无线路由站将会主动发现此采集站,并主动为其分配IP地址;若地震仪采集站同时位于两个无线路由站的覆盖范围之内时,采集站能够自动发现附近信号强度最大的无线路由站,并通过这个无线路由站来收发数据。?

    地震仪主机、笔记本电脑或PDA应用程序主要分为连接检测??楹凸ぷ髯刺嗖饽?榱讲糠?,利用多线程编程开启两个独立的线程,分别运行连接检测??楹凸ぷ髯刺嗖饽?榱礁瞿??,通过连接检测??榛竦酶鞑杉镜谋嗪?、物理地址、IP地址信息,利用工作状态监测??榈玫讲杉镜母髦中枰嗖獾淖刺畔ⅲ喊ㄒ韵滤承蚝筒街瑁?

    A、程序启动后,直接开启连接检测线程,在该线程中,地震仪主机、笔记本电脑或PDA按照通讯协议规则构造连接检测命令,并通过广播的形式将命令发送出去,并不断地检测是否收到采集站的返回结果,若收到,将收到的采集站的编号、物理地址、以及IP地址信息保存到信息列表中,为后续的工作状态检测命令提供已连接采集站的基本信息,若本次连接检测已经超过预置的超时时间则退出本次连接检测,同时启动下一次连接检测;?

    B、如果采集站编号、物理地址、目的IP地址信息列表已经建立起来,则进行采集站工作状态监测,用户通过程序界面进行实际操作,根据需要选择相应的工作状态监测命令;?

    C、工作状态监测程序收到用户的监测请求后,找到该请求相应的功能代码,按照制定好的通讯协议规则进行封装,构造工作状态监测命令,并从检测线程中已经建立的列表中提取相应的信息,将该命令直接发送至列表中的采集站;然后等待采集站返回结果直至超时退出,若收到采集站的返回结果,则将该结果输出至采集站的工作状态报表,同时将该结果记录到日志文件中。?

    各地震仪采集站无线通讯应用程序是利用多线程程序设计方法单独开启一?个线程,该线程在进行Wi-Fi??槌跏蓟蟊愎移?,等待上位机命令的到来,一旦收到命令立即进入工作就绪状态,对收到的命令进行解析,并调用该命令相应的功能???,最后将结果返回给地震仪主机、笔记本电脑或PDA,并再次挂起等待下一个命令的到来。?

    1.无缆地震仪采集站无线通讯Wi-Fi??榻涌谏杓?

    W-Fi??橛氩杉綜PU之间的接口原理图如图2所示,其中Wi-Fi??椴捎玫氖荊S1010,采集站CPU为Atmel公司的ARM9系列的AT91RM9200。GS1010与AT91RM9200之间通过SPI接口通信,工作在SPI全双工通信模式,AT91RM9200作为主设备,GS1010作为从设备。将主从设备的SPI口中的SCK、MISO、MOSI引脚互联,主设备的NSS控制采用的是软件控制模式,GS1010的NSS引脚通过AT91RM9200的PA3口控制其从模式选择,实际功能相当于GS1010的片选。另外,由于在与Wi-Fi通信的过程中需不断检测Wi-Fi??榈腎NT信号,因此将GS1010的中断信号INT接至AT91RM9200的PA4口,当有Wi-Fi通讯请求时通过此口向AT91RM9200发送中断请求信号。AT91RM9200的PA5口接至GS1010的RESET信号输入端,用于软件控制Wi-Fi??榈母次?,AT91RM9200的PA6口则接至GS1010的SLEEP信号输入端,使得在没有数据通讯发生时Wi-Fi处于SLEEP状态以降低系统功耗,节省电池电力。?

    2软件驱动程序设计?

    由于采集站上运行的是嵌入式Linux操作系统,若要在采集站上使用Wi-Fi???,还需要编写Linux系统下的Wi-Fi??榈那绦?。该驱动程序由两部分组成:其一是SPI接口的驱动程序,主要实现SPI接口的读写,完成SPI的数据收发功能;其二是Wi-Fi无线通讯??榍绦?,实现UDP、TCP/IP等网络通讯协议,完成无线数据的收发功能,另外还包括对Wi-Fi??榈腞ESET控制、休眠与唤醒机制等。?

    依据通讯协议,进行无缆地震仪工作状态监测的应用程序设计。应用程序分为称为上位机的地震仪主机、笔记本电脑或PDA应用程序和称为下位机的各地震仪采集站的嵌入式应用程序,程序流程图如图5、图6所示。?

    上位机应用程序主要分为连接检测??楹凸ぷ髯刺嗖饽?榱讲糠?,如图5所示。利用多线程编程技术开启两个独立的线程来分别运行这两个???。通过连接检测??榭梢曰竦酶鞑杉镜谋嗪?、物理地址、IP地址等信息,利用工作状态监测??樵蚩梢缘玫讲杉镜母髦中枰嗖獾淖刺畔?。?

    程序启动后,直接开启连接检测线程。在该线程中,上位机按照上述通讯协议规则构造连接检测命令,并通过广播的形式将命令发送出去,之后不断地检测是否收到采集站的返回结果,若收到则将结果保存至包含采集站的编号、物理地址、以及IP地址等信息的表中,为后续的工作状态检测命令提供已连接采集站?的基本信息。若本次连接检测已经超过预置的超时时间则退出本次连接检测,同时启动下一次连接检测。?

    如果上述包括采集站的编号、物理地址、以及IP地址等信息的表已经建立起来,则可以进行采集站的工作状态监测了。用户可以通过程序界面进行实际操作,根据需要选择相应的工作状态监测命令。?

    程序收到用户的监测请求后,找到该请求相应的功能代码,按照上述制定好的通讯协议规则进行封装,构造工作状态监测命令,并从检测线程中已经建立的列表中提取相应的信息,将该命令直接发送至列表中的采集站;然后等待采集站返回结果直至超时退出。若收到采集站的返回结果,则将该结果输出至采集站的工作状态报表,同时将该结果记录到日志文件中。?

    下位机有关无线通讯的应用程序作为整个采集站应用程序的一部分,为了不影响数据的采集以及便于管理,可以利用多线程程序设计方法单独开启一个线程来处理。该线程在进行Wi-Fi??槌跏蓟缺匾墓ぷ骱蟊愎移鸬却衔换畹牡嚼?,一旦收到命令则进入就绪状态,然后对收到的命令进行解析、并调用该命令相应的功能???,最后将结果返回给上位机,并再次挂起等待下一个命令的到来。?

    3.进行无线组网及网络的动态管理?

    如图1所示,为了实现本发明的目的,采用中心站+无线路由站+采集站终端三级模式的网络拓扑结构组成无线分布式系统,从而实现监控装置与用户终端即地震仪采集站之间的数据通讯。?

    中心站采用符合802.11a规范的无线网桥,其工作频率为5.8GHz,覆盖距离可达几公里甚至几十公里,地震仪控制主机连接至中心站,由中心站通过无线链路连接至无线路由站。无线路由站的功能是扩大中心站无线通讯链路的覆盖范围,实现地震仪控制主机与地震仪采集站之间的数据通讯,它由两部分构成:其一是与中心站建立无线通讯链路的远端接入点,其工作频段为5.8GHz,其二是与无缆地震仪采集站建立无线通讯链路的无线AP,其工作频段为2.4GHz,每个无线AP可支持单个或多个地震仪采集站。而无缆地震仪则通过内置的工作在2.4GHz频段上的Wi-Fi??橛胛尴逜P建立无线通讯链路。?

    作为中心站的无线网桥设置于网络的中心位置,它符合IEEE802.11a规范,工作在5.8GHz频段,频率范围为5.725-5.850GHz。它能够提供出色的覆盖、容量与接入特性组合,可提供非视距大容量面向各种地表的点对多点接入能力,速率高达54Mbps,结合高数据速率和频率复用能力,扇区天线可提供高达162Mbps的吞吐量。采用高级OFDM技术,能够克服诸如树林与建筑等多种障碍,实现快速轻松的无线网络部署。?

    该无线网桥包括一个小型室内单元、抱杆安装的室外单元和一面扇区天线?(可选60度、90度或120度)。室内和室外单元之间使用超5类室外屏蔽双绞线CAT-5电缆连接,用于传输电源、信息数据、管理控制信号。室外单元主要是信号的发射装置,为了扩大中心站的覆盖范围,提高无线通讯质量,应将发射天线架设在尽可能高的位置。室内单元通过一个标准IEEE802.3以太网10/100BaseT(RJ45)接口连接到有线网络上。每个无线网桥的扇区天线的覆盖角度最大为120度,根据所选择的扇区天线不同,可以通过三个到六个无线网桥来实现信号的360度覆盖,再通过网络集控装置进行有线组网连接至计算机进行无缆地震仪工作状态的无线监控。?

    网络的第二级为无线路由站,一个中心站负责与多个无线路由站通讯。无线路由站一方面通过5.8GHz频段与中心站通讯,另一方面则通过2.4GHz频段与地震仪采集站终端通讯,用于扩展无线网络的覆盖范围。每个无线路由站可支持单个或多个地震仪采集站,由于Wi-Fi的覆盖半径最大为100m,因此应将无线路由站安装在地震仪采集站附近,无线路由站的数量取决于中心站的接入能力、无线路由站本身的带载能力以及地震勘探的野外施工环境(如测线长度、有无遮挡等)。?

    网络的第三级为无缆地震仪采集站、PDA或现场监测用笔记本电脑等,这些设备均通过Wi-Fi无线网络进行通讯。?

    由于地震勘探在施工过程中的“可移动”特点,以及无缆地震仪的随机散布式特点,因此各个采集站的IP地址(逻辑地址)需要进行动态分配。具体方案如下:?

    由地震仪主机设置好无线网桥的IP地址,然后将无线网桥的工作模式设置为基站模式,此时无线网桥作为整个网络的DHCP服务器,在服务器中指定要分配的地址池,并且可以制定掩码,网管和DNS等,无线路由站自动到服务器上去申请一个动态分配的地址,并建立路由表;?

    各无线路由站的IP地址由无线网桥充当的DHCP服务器动态分配并建立之后,启用DHCP服务器的功能,并做好相应的地址池的设置,为位于其覆盖范围之内的无缆地震仪动态分配IP地址,并建立路由表,共有两类路由表:至地震仪主机的路由,至地震仪采集站的路由;?

    各地震仪采集站的IP地址由无线路由站担当的DHCP服务器为其动态分配,建立至无线路由站DHCP服务器的路由表。?

    当有新的地震仪采集站加入网络时,无线路由站DHCP服务器能够发现此采集站,并主动为其分配IP地址。?

    若地震仪采集站同时位于两个无线路由站DHCP服务器的覆盖范围之内时,采集站能够自动发现附近信号强度最大的无线路由站,并通过这个无线路由站来收发数据,保持不间断的网络连接。?

    4.基于TCP/IP协议的无线通讯协议的实现方案?

    通讯协议的格式如图4所示,具体包括:通讯字头、数据长度、本机IP地址、目的IP地址、功能代码、有效数据、错误检测域。?

    无缆地震仪采集站的工作状态监测主要包括电源状态监测、仪器自检结果监测、检波器状态监测、GPS定位信息监测、仪器工作状态监测等,具体包括:?

    1)采集站编号,四个字节的数据;?

    2)采集站电源电力情况,用百分比表示,0-100%,占用一个字节,0x00-0x64;?

    3)采集站存储空间情况,以MB为最小单位,用四个字节表示;?

    4)采集站噪声水平情况,四个字节表示,单位为微伏;?

    5)采集站通道隔离度情况,四个字节表示的双精度浮点数,单位为dB;?

    6)采集站通道一致性情况,四个字节表示的双精度浮点数,单位为dB;?

    7)采集站返回四通道检波器状态:正常/断开/短路,四个字节的数据,每个字节的前2位表示通道号,后两位表示检波器状态;?

    8)采集站GPS定位情况:同时观测的卫星数,单字节数据;?

    9)采集站GPS经纬度信息,四个字节表示的双精度浮点数;?

    10)采集站目前的工作状态:无任务/预热中/采集中/采集结束/任务完成;?

    11)采集站当前任务的起始时间,四个字节表示的数据;?

    12)采集站当前任务的结束时间,四个字节表示的数据;?

    13)采集站下一任务的起始时间,四个字节表示的数据;?

    14)采集站下一任务的结束时间,四个字节表示的数据;?

    15)采集站GPS数据记录的起始时间,四个字节表示的数据;?

    16)采集站GPS数据记录的时间长度,四个字节表示的数据;?

    另外,还可以向地震仪采集站发送诸如休眠、关机、停止采集等控制命令。?

    具体实现可以通过以下步骤进行:?

    首先,根据通讯协议定义一个数据结构,该结构的成员变量包括:?

    (1)通讯字头:用二个字节表示。若通讯由主设备发起,则通讯字头为0x55AA,否则若通讯由从设备发起则通讯字头为0xAA55;?

    (2)数据长度:用四个字节表示;?

    (3)本机IP地址,用四个字节表示;?

    (4)目的IP地址:用四个字节表示;?

    (5)功能代码:用两个字节表示;?

    (6)有效数据:字节数不确定,根据实际的功能代码确定。?

    (7)错误检测域:采用CRC冗余校验方式,占用两个字节。?

    具体定义如下:?

    然后,根据上述所列举的采集站工作状态的具体内容设计功能代码。一个功能代码可以对应一个工作状态的参数,也可以对应一组参数,还可以对应采集站所有参数。有效数据段内容及长度则根据功能代码的不同而有所不同。功能代码与相对应的有效数据段的定义如下表所示。?

    通讯协议功能代码和有效数据定义及说明?

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