一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法与流程

本发明涉及无缆自定位地震勘探系统领域，尤其涉及一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法。

背景技术：

随着我国中、浅层(≤5000m)油、气藏的长期开发，各大油田当今已进入开发的晚期，深部(＞5000m)探测已成为当前地震勘探的发展趋势。长期以来，深部探测仪器一直依赖进口，并按照勘探任务需求和特定应用条件指定进口方案。因此，自主研发深部探测装备有助于迅速提升我国的地震勘探能力和整体技术水平。在国家公益性行业科研项目“深部探测技术与实验研究专项”——课题四“无缆自定地震勘探系统研制”的资助下，自主研制成功适用于深部探测的无缆自定位地震勘探仪器，摆脱了通讯电缆的束缚和无道数的限制，实现了适用于复杂地形、免测线测量、根据观测需要设置任意道间距的地震数据采集。基于IEEE 802.11ac无线通信协议，结合分层自组织无线通信网络，实现近距离和远距离相结合的复合通信方式，突破了有缆地震仪采集道数和道间距限制等技术瓶颈。

无缆自定位地震仪包含GPS精确定位、地震数据采集、数据存储、供电电池、无线通信等模块。其优势在于依靠无线电波实现地震数据的传输和控制信息的交换，解决了有缆地震仪总道数受限、电缆维护运输成本高、灵活性差等弊端。而现有的无缆自定位地震勘探仪器无线自组网中通常只有一个数据回收中心，由于成百上千的无缆地震仪被部署在野外环境中，大范围长距离的多跳无线数据传输会增加无缆地震仪的能量消耗，缩短了无线自组网的生命时间，不适用于长时间野外作业，降低了野外地震勘探的工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法，适合于长时间野外工作，可降低无缆地震仪功耗，最大化无缆自定位地震勘探仪器无线自组网络生命时间的多基站部署工作方法，本发明考虑无缆地震仪的通信距离和能量消耗，以网络生命时间最大化为目标建立无线数据传输模型，实现对多基站部署数量和位置的最佳选择，满足无线地震数据传输网络的便捷、高能效的需求，大大的提高了野外地震勘探工作效率。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法，无缆自定位地震勘探仪器无线自组网多基站部署方法，包括最佳数量基站部署方法和最佳位置基站部署方法：首先，统计布设好的无缆地震仪数量n,根据基站最大通信范围R，通过图论分割理论计算方法得出最佳基站部署数量。

其次，将布设好的无缆地震仪分成λ个不相交的子通信网络，其子通信网络形成原则是基于无缆地震仪的GPS定位和交互信息，计算与其邻近无缆地震仪的欧几里得距离，完成对λ个不相交的子通信网络创建。

最后，在每个子通信网络内中找出所有基站部署候选位置，并计算每个候选位置的网络生命时间，网络生命时间最大的候选位置即为最佳基站部署位置。

一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法，包括以下步骤：

A.依据地震勘探施工方案获取布设无缆地震仪的布设数量n，构造无向连通通信图；

B.建立布设数量n的函数模型得到R和λ，R为基站最大通信范围，λ为最佳基站部署的数量；

C.获取无缆地震仪的GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，创建λ个不相交的子通信网络；

D.在λ个不相交的子通信网络内找出所有基站部署候选位置；

E.建立无线自组网的能量消耗模型，通过能量消耗模型计算每个所述基站部署候选位置的网络生命时间；

F.在λ个不相交的子通信网络内比较所有所述候选位置的网络生命时间，得出网络生命时间最大的候选位置。

可选的，步骤B中建立所述布设数量n的函数模型得到R和λ，具体包括步骤：

统计勘探区域内所述布设数量n；

设置p是[0,1]之间的任意实数，调整变量p，通过和得出R和λ；其中R为基站最大通信范围，λ为最佳基站部署的数量。

可选的，步骤C中获取无缆地震仪的GPS定位和交互信息，创建λ个不相交的子通信网络利用GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，创建λ个不相交的子通信网络，包括以下步骤：

C1、在无缆自定位地震勘探仪器无线自组网络中选取λ个重点无缆地震仪，在其1跳内广播REQ信息，请求其他无缆地震仪加入该子通信网络；

C2、所述无缆地震仪收到REQ信息，发送REPLY信息申请加入该子通信网络；

C3、新无缆地震仪申请加入子通信网络时，按照上述步骤C1、C2提出申请；

C4、判断是否有无缆地震仪未加入子通信网络，是，返回上一步，否，转下一步；

C5、判断重点无缆地震仪与子通信网络内无缆地震仪的最大通信距离是否满足基站最大通信距离R，否，返回步骤C3，是，转下一步；

C6、依据重点无缆地震仪形成的子通信网络，完成创建λ个不相交的子通信网络。

可选的，步骤D中在λ个不相交的子通信网络内找出所有基站部署候选位置，包括步骤：

选取无缆地震仪i和无缆地震仪j；

判断无缆地震仪i和无缆地震仪j之间的通信距离是否大于2r，是，返回上一步，否，转下一步，为无缆地震仪的通信距离；

以无缆地震仪为圆心，r为半径找出候选圆弧，候选圆弧的中心位置就是基站部署的候选位置；

重复上述步骤，找出每个子通信网络内所有基站部署的候选位置。

可选的，步骤E中的建立无线自组网的能量消耗模型，通过所述能量消耗模型计算每个所述基站部署候选位置的网络生命时间，包括步骤：

任意选取子通信网络内的基站部署候选位置；

结合无缆地震仪能量e_i、无线传输数据量f_i,j和f_j,i，以及通信信道衰落参数ar和as，通过公式得出选取基站部署候选位置的最大化网络生命时间maxT，其中e_i为无缆地震仪无线传输能量消耗；f_i,j和f_j,i为无缆地震仪i和j之间的无线数据传输量；a_r和a_s是无线数据传输信道衰落参数；

重复上述步骤，计算出每个基站部署候选位置的网络生命时间；

网络生命时间最大的候选位置即为最佳基站部署位置。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：解决了现有无线数据传输能耗高、勘探周期时间短和耗费大量人力物力问题。依据无缆地震仪数量，通过设置参数变量，得出最佳基站部署数量。通过计算每个基站部署候选位置的网络生命时间，选出最佳基站部署位置，降低了无缆地震仪的能量消耗，提高了无缆自定位地震勘探你仪器无线自组网的生命时间，保证无线数据传输链路的稳定性和高效性，解决了有缆数据传输的局限性问题，提高了野外工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法流程示意图；

图2为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法的子通信网络流程示意图；

图3为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法的基站部署流程示意图；

图4为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法的实施例的网络示意图；

图5为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法的实施例的无线通信示意图；；

图6为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法的实施例的最佳基站部署网络示意图

图7为本发明一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法的实施例的最佳基站无线通信图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法，依据无缆地震仪数量，通过设置参数变量，得出最佳基站部署数量。通过计算每个基站部署候选位置的网络生命时间，选出最佳基站部署位置，降低了无缆地震仪的能量消耗，提高了无缆自定位地震勘探你仪器无线自组网的生命时间，保证无线数据传输链路的稳定性和高效性，解决了有缆数据传输的局限性问题，提高了野外工作效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明是在现有的无缆自定位地震勘探仪器无线自组网的基础上，为提高无线网络生命时间和能效所做的改进。

无缆自定位地震勘探仪器无线自组网多基站部署方法，包括最佳数量基站部署方法和最佳位置基站部署方法：

首先，统计布设好的无缆地震仪数量n,根据基站最大通信范围R，通过图论分割理论计算方法得出最佳基站部署数量。

其次，将布设好的无缆地震仪分成λ个不相交的子通信网络，其子通信网络形成原则是基于无缆地震仪的GPS定位和交互信息，计算与其邻近无缆地震仪的欧几里得距离，完成对λ个不相交的子通信网络创建。在每个子通信网络内找出所有基站部署候选位置，并计算每个候选位置的网络生命时间，网络生命时间最大的候选位置即为最佳基站部署位置。

在图1中，一种无缆地震勘探仪器多基站部署方法包括：获取无缆地震仪部署数量及位置信息，构造无向连通图；获取无线自组网的能量消耗模型；根据异构通信图和基站通信距离，采用图论的图像分割方法计算基站部署数量λ；通过无缆地震仪收集邻近交互信息，利用子通信网络形成算法完成建立λ个不相交的子通信网络；在每个子通信网络内找出所有部署基站候选位置；为每个部署基站候选位置建立无线传输数据量与网络生命时间的函数映射关系；在每个子通信网络内，网络生命时间最大的部署基站候选位置为最佳基站部署位置。具体的包括：S101、依据地震勘探施工方案获取布设无缆地震仪的布设数量n，构造无向连通通信图；S101、建立布设数量n的函数模型得到R和λ，R为基站最大通信范围，λ为最佳基站部署的数量；S103、获取无缆地震仪的GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，创建λ个不相交的子通信网络；S104、在λ个不相交的子通信网络内找出所有基站部署候选位置；S105、建立无线自组网的能量消耗模型，通过能量消耗模型计算每个所述基站部署候选位置的网络生命时间；S106、在λ个不相交的子通信网络内比较所有所述候选位置的网络生命时间，得出网络生命时间最大的候选位置。

其中建立所述布设数量n的函数模型得到R和λ，具体包括步骤：

统计勘探区域内所述布设数量n；

设置p是[0,1]之间的任意实数，调整变量p，通过和得出R和λ；其中R为基站最大通信范围，λ为最佳基站部署的数量。

图2中获取无缆地震仪的GPS定位和交互信息，创建λ个不相交的子通信网络利用GPS定位信息、REQ和REPLY交互信息，创建λ个不相交的子通信网络，包括以下步骤：

C1、在无缆自定位地震勘探仪器无线自组网络中选取λ个重点无缆地震仪，在其1跳内广播REQ信息，请求其他无缆地震仪加入该子通信网络；

C2、所述无缆地震仪收到REQ信息，发送REPLY信息申请加入该子通信网络；

C3、新无缆地震仪申请加入子通信网络时，按照上述步骤C1、C2提出申请；

C4、判断是否有无缆地震仪未加入子通信网络，是，返回上一步，否，转下一步；

C5、判断重点无缆地震仪与子通信网络内无缆地震仪的最大通信距离是否满足基站最大通信距离R，否，返回步骤C3，是，转下一步；

C6、依据重点无缆地震仪形成的子通信网络，完成创建λ个不相交的子通信网络。

图3在λ个不相交的子通信网络内找出所有基站部署候选位置，包括步骤：

选取无缆地震仪i和无缆地震仪j；

判断无缆地震仪i和无缆地震仪j之间的通信距离是否大于2r，是，返回上一步，否，转下一步，为无缆地震仪的通信距离；

以无缆地震仪为圆心，r为半径找出候选圆弧，候选圆弧的中心位置就是基站部署的候选位置；

重复上述步骤，找出每个子通信网络内所有基站部署的候选位置。

步骤S105中的建立无线自组网的能量消耗模型，通过所述能量消耗模型计算每个所述基站部署候选位置的网络生命时间，包括步骤：

任意选取子通信网络内的基站部署候选位置；

结合无缆地震仪能量e_i、无线传输数据量fi,j和fj,i，以及通信信道衰落参数ar和as，通过公式得出选取基站部署候选位置的最大化网络生命时间maxT，其中e_i为无缆地震仪无线传输能量消耗；f_i,j和f_j,i为无缆地震仪i和j之间的无线数据传输量；a_r和a_s是无线数据传输信道衰落参数；

重复上述步骤，计算出每个基站部署候选位置的网络生命时间；

网络生命时间最大的候选位置即为最佳基站部署位置。

以二维无缆自定位地震勘探系统部署为例具体说明：

如附图4所示，设地震勘探区域内共布设100个无缆地震仪，给定基站最大通信范围R＝7m；根据本实例给出的最佳数量基站部署方法，得出需要最佳基站部署数量λ＝7，将无缆自定位地震勘探仪器无线自组网分成7个子通信网络，包括以下步骤如图5所示：

a.统计勘探区域内无缆地震仪数量n＝100，通过无线链接构建无线自组网；

b.设置p是[0,1]之间的任意实数，通过公式和得出基站部署数量和基站通信距离；

c.在[0,1]之间调整变量p，优化步骤b的数值，得出最佳基站部署数量λ＝7和基站通信距离R＝7m；

d.基于无缆地震仪的GPS精确定位信息，在无缆自定位地震勘探仪器网络中选取7个重点无缆地震仪，在其1跳内广播REQ信息，请求其他无缆地震仪加入该子通信网络；

e.无缆地震仪收到REQ信息，发送REPLY信息申请加入该子通信网络；

f.当有新的无缆地震仪申请加入子通信网络时，按照上述步骤d、e向重点无缆地震仪提出申请；

g.判断是否有无缆地震仪未加入子通信网络，是，返回上一步，否，转下一步；

h.判断重点无缆地震仪与子通信网络内无缆地震仪的最大通信距离是否超过基站最大通信距离R，是，返回步骤f，否，转下一步；

i.依据重点无缆地震仪形成的子通信网络，完成7个不相交子通信网络地构建。

部署基站前，在每个子通信网络内找出所有基站部署候选位置，并计算每个候选位置的网络生命时间，网络生命时间最大的候选位置即为最佳基站部署位置。如附图6、图7所示，选取子通信网络A为最佳位置基站部署方法应用实例，包括以下步骤：

A.选取两个无缆地震仪i和j；

B.判断无缆地震仪i和j之间的通信距离是否大于2r，是，返回上一步，否，转下一步；

C.以无缆地震仪为圆心，r为半径找出候选圆弧，候选圆弧的中心位置就是基站部署的候选位置之一；

D.按照上述方法，找出每个子通信网络内所有基站部署的候选位置(红色标记位置)。

E.任意选取子通信网络内的基站部署候选位置；

F.每个无缆地震仪每分钟产生1000bytes地震数据，结合无线多跳通信方式，通过公式计算出每个基站部署候选位置的网络生命时间。

G.每个子通信网络内网络生命时间最大的基站部署候选位置为最佳基站部署位置。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。