[發明專利]一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法及地震儀器

在審

• 申請號: 202310395641.0
• 申請日: 2023-04-13
• 公開（公告）號: CN116413766A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 韓壯;王偉輝;羅福龍
• 申請（專利權）人: 河北賽賽爾俊峰物探裝備有限公司
• 主分類號: G01V1/18
• 分類號: G01V1/18;H04W4/029;H04W84/06;H04W84/18;G01V1/22
• 代理公司: 北京萬科園知識產權代理有限責任公司 11230
• 代理人: 杜澄心;張亞軍

1.一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法，包括節點單元應急狀態實時自主檢測、判定、編碼、接力傳送步驟，節點單元位置坐標集群同步高精度定位、失蹤節點單元自主播報位置和身份步驟；其特征在于，以“LoRa”無線通信技術為基礎，結合“ZigBee”無線通信技術的通信協議，形成自組網接力傳輸通信平臺，實現任意節點單元之間雙向低功耗通信；節點單元的工作狀態采用二進制編碼，當自主檢測到致命性錯誤時，這些錯誤包括工作電壓過低、存儲容量過少、質控指標超限、工作溫度超限等，編碼相應狀態為1，其他情況的編碼總是為0，并在設定的下一個交互周期內自動將狀態碼1經通信基站以短報文形式傳輸到中央控制系統，進而實現遠程實時質量控制；參考站按設計的時間窗口同步向關聯的節點單元廣播定位修正量，節點單元據此實現高精度的坐標定位；當節點單元進入失蹤狀態時，在計時器觸發下利用太陽能自主報告位置坐標和身份碼，減少因失蹤而丟失節點單元；雙向通信的信息交互也支持利用公網通信平臺，對于有公網的環境可用手機通信取代短報文通信和基準參考站。

2.根據權利要求1所述的一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法，其特征在于，節點單元內有工作狀態實時監測電路，一旦檢測到危害采集數據質量的應急狀態，立刻自主啟動編碼傳送機制，將應急狀態和身份按設計規則編碼，應急狀態采用二進制編碼，即“0”表示正常，“1”表示事件發生，用32位編碼事件狀態，前20位是前綴和節點單元ID號，后12位是事件狀態和校驗碼。應急狀態碼按關聯好的方向經節點單元無線接力傳輸到北斗衛星通信基站，由此轉換為短報文格式上傳到北斗衛星系統，再經由北斗衛星系統或公網將應急狀態碼送到任意遠的地震儀器控制中心。

3.根據權利要求1所述的一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法，其特征在于，所述的節點單元位置坐標集群同步高精度定位步驟是GNSS全球衛星導航系統參考站與北斗衛星通信基站在物理結構上是一體的，參考站按設計的時間窗口接收相應星系的坐標定位信息，并根據參考站已知量求取修正量，然后以無線接力方式將修正量實時廣播到相關聯的所有節點單元，節點單元據此完成高精度定位。參考站的覆蓋半徑不能超過25km，如果作業工區足夠大，就需要設置多個參考站，確保工區內的所有節點單元到全球衛星導航系統參考站的距離都在25km內；在平坦的地表環境，參考站與首個節點單元之間的通信距離大于2km，為解決排列線之間的通信，在山地、叢林、溝壑復雜環境，可以借助靜音節點單元充當中繼站，實現任意距離首個節點單元與參考站的通信；單個參考站最多可管理節點單元4萬個。

4.根據權利要求1所述的一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法，其特征在于，所述的失蹤節點單元自主播報位置和身份步驟是節點單元內有訪問間隔計時器，如果在設定的時間內無任何信息交互，就自動判定為失蹤單元。此時，節點單元自動進入失蹤工作模式，在太陽能支持下一方面按設計的時間窗口廣播所在位置和站號，另一方面又隨時接收任何可能的查尋訪問指令，并按要求報告狀態，實現失蹤單元的自動查找。

5.根據權利要求1所述的一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法實現的地震儀器，其特征在于，節點單元采用結構分層，依次頂層為電路層、中層為電池層、底層傳感層和尾錐四個部分；如果選擇MEMS數字傳感時省略傳感層；在電路層中主要包括采集電路、狀態監控與測試電路、無線數據下載接口、控制電路與固件程序、衛星信號接收電路、時鐘與授時電路、坐標定位電路、無線充電控制接口、電源電路、輸入輸出電路、編碼和譯碼電路、太陽能充電控制電路等；電池層集成有18650鋰電池組；傳感層，僅選擇模擬傳感器時需要內置自然頻率≤5Hz、靈敏度≥100V/m/s、失真度≤0.1％的檢波器芯體；節點單元外形采用適合耦合和機械化收放的流線型設計，頂面中心有三色燈、衛星信號接收天線、微波通信天線，頂面外圍是太陽能板；中層和底層采用一體化設計，頂層和中層之間有防水密封圈并采用若干螺絲固定；電池層正面是RFID標簽，標簽內有ID號等信息。

6.根據權利要求5所述的一種基于北斗短報文通信的地震數據采集方法實現的地震儀器，其特征在于，包括實現無觸點的電池充電和數據下載的無線數據下載接口、無線充電控制接口；還包括鑲嵌的太陽能板支持太陽能輔助充電；節點單元上固化的RFID電子標簽，有唯一的ID號等身份信息，實現節點單元的自動化識別和現場位置ID號關聯；支持選擇MEMS數字傳感器或模擬檢波器，選擇模擬檢波器時具有自然頻率≤5Hz、靈敏度≥100V/m/s、失真度≤0.1％的屬性。