智能節點采集系統：為油氣勘探裝上“無線千里眼

　　近日，中國石化科技部對石油物探技術研究院（簡稱：物探院）主導完成的”智能節點采集系統研發及應用“成果進行了鑒定，認為該成果有效解決了當前地震全節點采集生產中的實時數據傳輸難題，填補了油氣勘探野外施工無控盲采的技術空白，推動了新一代無線通信技術在地震采集行業中的發展，整體技術達到國際領先水平。

　　充分做好前期場內測試，才能保證野外應用滿足現場需求

　　近年來，隨著高密度地震勘探的實施，現有全節點采集時缺少實時數據傳輸和質控手段的問題越來越突出，而傳統有線數字地震儀的關鍵技術一直掌握在國外廠商手中。為實現技術自主可控，物探院決心啃下這塊”硬骨頭“。

　　實現全節點采集實時數據傳輸及作業質控，第一個要跨越的”山頭“就是研制布設于地面的一道道智能節點地震儀。為推進關鍵核心技術攻關，物探院迅速成立研發團隊，第一時間奔赴山東濟南商河勘探現場進行實地調研。

　　時值隆冬，研發團隊在雪地中布點測試，圍繞儀器埋深、極端天氣下使用條件、便捷回收和充電等問題展開”頭腦風暴“，經過多次調整與改版，最終完成了智能節點儀的工業設計及原型樣機開發。”在樣機開發過程中，我們進行了多次高低溫、耐腐蝕性、電磁干擾等滾動測試。“物探院軟件所技術研發室負責人洪承煜說，”只有充分做好前期的場內測試，才能保證野外應用滿足現場需求。“

　　節點儀的埋置地點多在沙漠、戈壁等地，地質條件復雜，常遇到高溫、積水、腐蝕等問題。研發團隊針對不同地質環境的施工需求，在研發自主定制通信協議技術、地震采集精確時間同步技術、智能節點低功耗控制技術、5G通信技術、5G模組及工業設計的基礎上，成功研制出防塵、防摔、耐腐蝕、耐寒、耐高溫、散熱性好的第一代Smart Point 5G智能節點地震儀（簡稱：5G節點儀）。

　　采集系統就像”核心網“，節點儀則是插進地里的一部部”手機“

　　有了設備，但5G節點儀采集到的數據要完成實時傳輸還需要一套完備的系統來支撐。研發團隊”趁熱打鐵“，集合傳統有纜系統和現有無纜系統的優勢，研發出基于5G的智能節點地震采集系統（簡稱：5G節點采集系統），不僅能有效降低成本，而且在提高施工效率、實現數據回收及質量控制等方面具有突出優勢。

　　該系統由5G核心網絡、智能化軟件系統、野外營地、人機施工系統、5G節點儀和云端平臺構成，每個節點儀中都裝備了5G模組用于通信和數據傳輸。”打個比方，5G節點采集系統就像是'核心網'，各個節點儀是插進地里的一部部'手機'，云端平臺則充當'基站'，可以經由它們實現節點采集系統和大地之間的'通話'，實時精準地傳回地震采集數據。“物探院軟件所所長宋志翔介紹，”應用該系統，我們就有了油氣勘探的'千里眼'，可以遠程對現場進行質量控制，有助于高效采集數據。“

　　為了讓5G節點儀能有更好的網絡通路，物探院還在研發過程中引入了自動化、人工智能、邊緣計算、大數據等技術，形成了面向節點采集系統的工業物聯網技術，研制出了野外5G組網技術與裝備，打通了基于5G通信的控制流程和數據通路。”經過不斷打磨，我們定制開發的5G通信設備具備小型化、可移動、低功耗等優勢，非常適用野外作業場景，而且研發的野外組網技術方法和專業軟件，也能良好支持5G通信基站部署地理位置設計。“物探院軟件所5G組網系統負責人林慶富說，”不僅如此，我們還與中國移動合作，開展大批量物聯網通信卡應用試點，大幅降低了數據流量資費，同時緊密跟進5G技術發展情況，持續保持組網技術領先優勢。“

　　全節點采集技術邁向實時可控、實時可視、實時可評階段

　　創新之路，永無止境。在多次的實踐應用中，研發團隊發現5G節點儀還存在有纜監控成本高、部分復雜區域布設困難等問題。為更好地完成地震數據采集任務，他們經過多次測試及實際工區應用，持續對原有5G節點儀進行迭代升級，研制出整體性能更佳的第二代產品，形成了面向采集生產現場的稀疏觀測排列測網監控、全節點采集實時質控技術，以及實用化的增量式質控、有纜監測線替代和環境噪聲自動監測等多項特色方法與流程，實現了地震采集過程實時監控，滿足了中心機儀器指揮系統”即放即所得“的應用需求，使全節點采集技術邁向實時可控、實時可視、實時可評階段。

　　截至今年5月，第二代5G節點儀已完成了1.5萬道生產，7個月內在野外完成了6個以上項目的實時質控試驗，與之前的采集流程相比，在特定探區獲得完整數據所需的質控時間縮短了3~4周。

　　“成功的產品需要經歷有用、好用、愛用的階段，5G節點采集系統還有很大的發展空間。相信在不久的將來，它有望在野外采集作業中實現全流程應用，帶來地震采集施工方式的變革，加快地震采集行業數智化進程，助力油氣勘探實現降本增效。”物探院軟件所黨支部書記袁暉說。

　　3年多來，5G節點儀先后在南方山地、東部平原、東北極寒地區等20個工區推廣應用，得到了業界高度認可。以南方山地的兩個項目--旺隆-鳴鳳三維采集項目和池溪三維采集項目為例，自應用5G節點采集系統后，已多次刷新工區采集日效紀錄。

　　“過去我們要背著一條條接有很多采集設備的電纜進行勘探監控，現在有了無線技術，不僅擺脫了笨重的電纜，而且能更快、更準、更輕松地找到油氣。”布設儀器的勘探人員切身感受到了智能節點采集系統帶來的變化。

　　地震勘探數據采集進入無線時代

　　□石油物探技術研究院原副院長、總工程師 趙改善

　　地震勘探儀器經過了從光點地震儀、模擬地震儀到數字地震儀的發展歷程，而數字地震儀則從有線地震儀、無線遙測地震儀發展到節點地震儀。可以說，節點地震儀的發展將地震勘探數據采集從有線時代帶入無線時代，顯著提高了地震勘探對山地、城鎮等復雜地表條件與人居環境的適應性和靈活性，滿足了油氣地震勘探向大規模、高密度、寬方位（全方位）、高精度、高效率、低成本、綠色化發展的技術要求，降低了野外作業的勞動強度和用工量，提升了地震勘探生產效率和野外作業的HSE水平。

　　節點地震數據采集是地震勘探技術的一次重大變革，已經在能源與礦產資源勘探、工程勘察、防災減災、重大工程安全監測、城市地下空間探測、地球科學研究等領域得到了廣泛應用，未來必將持續釋放強勁活力。但節點地震勘探技術發展不僅僅是地震勘探儀器的變革，同時也伴隨著地震數據采集模式、數據處理模式和數據應用模式的變革。

　　節點地震儀的應用使得地震勘探數據采集模式實現了從集中式向分布式轉變，將促進地震勘探野外作業流程和施工管理模式的優化與變革。節點分布式地震數據采集模式正向著長時間連續觀測、主動源與被動源融合采集、密集采集與稀疏采集共存、實時監控與實時回傳、節點布設與回收自動化輔助等方向發展。

　　節點地震數據處理模式將向著自動化處理流程和智能化分析等方向發展，需要有相應的主動源與被動源地震數據處理、非規則觀測系統地震數據處理功能的支持。增量式數據處理功能和處理流程的創新將建立全新的增量式地震數據處理模式，在某些應用場景下這種增量式地震數據處理可以按實時和自動化流程模式開展。

　　節點地震數據應用模式將向著應用領域與應用場景多樣化、地震數據采集處理解釋軟硬件系統一體化、被動源環境噪聲信息深度應用、主動源與被動源信號融合應用等方向發展。

　　為充分挖掘節點地震勘探技術發展的潛力、釋放節點地震勘探技術發展的活力， 應對節點地震勘探技術的發展進行系統性思考與規劃，實現節點地震勘探儀器裝備、地震數據采集模式、數據處理模式和數據應用模式的同步發展與變革。

　　一是對節點地震勘探技術進行系統化研究，形成節點地震儀器裝備、采集技術、處理技術和應用技術的系統化體系，充分挖掘節點地震勘探技術的巨大潛力并發揮應用價值。

　　二是以應用場景為引導，實現節點地震勘探技術與信息通信技術的融合發展，通過節點儀器、5G和衛星無線通信、人工智能、云計算、無人機、機器人等技術的融合發展，實現實時數據采集、自動化數據處理和智能化數據分析解釋，構建面向不同應用場景的節點地震勘探一體化系統。

　　三是以開放的心態推動行業協調發展，形成節點地震儀和節點地震數據管理的開源架構，構建開放式地球物理生態系統，促進節點地震勘探技術的良性發展，實現地球物理行業的應用領域拓展與長期可持續發展。

　　新聞會客廳

　　問：智能節點地震技術裝備，對地震采集工作產生了哪些影響？

　　答：智能節點地震技術裝備的研發應用給地震采集領域帶來的變革是全方位的。地震儀從傳統有線數據采集傳輸到規模化基于5G無線網絡實時采集數據傳輸，是一次重大的技術變革，主要體現在兩個方面。一是大幅降低了野外采集施工成本，從而有能力加大地震數據采集密度。相比傳統地震檢波器，這些節點儀能更方便地部署在更廣泛的區域，實現高密度數據采集，進而提高地下目標成像分辨率，能更清晰地獲取地下油氣儲層的詳細情況。二是引領了地震一體化技術的進步。智能節點地震采集系統中的實時數據傳輸和定位技術為未來采集、處理一體化打下了基礎。系統可以完成基于數字孿生的觀測系統自動設計，方便野外隨時進行變形觀測，再將數據實時傳輸至云處理中心，通過增量遞進式處理成像流程，最終實現“采集完成即處理完成”的“實時成像”終極目標。

　　問：智能節點地震技術還需要解決哪些技術和工程轉化問題？

　　答：在節點端，要不斷完善相關設備在野外復雜應用場景的適用性，持續創新攻關檢波器高低頻響應特性、待機時間、儀器小型化、國產元器件替代率等問題。在組網系統方面，要與國內主要通信研發單位合作完成公網、私網無縫銜接技術研發，解決野外復雜地表條件下萬道級甚至十萬道級大面積分布節點終端設備的并發通信問題。在軟件系統方面，要不斷優化現有軟件體系和模塊，加強現場數據實時質量控制，提升野外采集端軟件的易用性，同時要布局并加快增量式實時處理成像技術的研發。

　　兩代節點儀“大比拼”

　　地震數據采集是地震勘探業務流程不可或缺的基礎環節，節點地震儀實現了對地球震動信號的分布式、高精度、數字化感知與記錄存儲，而5G智能節點地震儀更進一步實現了地震信號觀測的實時遠程感知、監控與數據傳輸。由物探院研制的Smart Point 5G智能節點地震儀目前已迭代到2.0版，兩代節點儀到底有什么區別呢？

　　1.重量更輕、體積更小

　　第一代節點儀采用桶形設計，第二代節點儀采用主流梯形結構設計，且重量較第一代減輕了1/4，僅為1.2千克，體積也縮小了一半，大幅提高了便攜性和易布設性，能進一步減少人員和車輛投入，提高物探采集施工效率。

　　2.集成化程度更高、可靠性更強

　　相比第一代節點儀，第二代節點儀大幅提高了元器件的集成化程度，兩塊板卡減少到1塊、主板布線從3層增加到6層，同時保留了原有的全部功能，例如5G現場實時數據回傳、巡檢、參數配置、遠程喚醒等。高度的集成化進一步提高了Smart Ponit節點儀的可靠性和環境適應能力。

　　3.功耗更低、續航時間更長

　　與第一代節點儀相比，第二代節點儀在數據傳輸效率不降低的情況下，在線功耗降低了25毫瓦，而且通過重新制定電源管理策略，整體功耗也實現了大幅下降。更低的功耗，意味著更少的電池投入。第二代節點儀僅用8節18650型號的鋰電池就能達到25天的分時續航時間，提高了在復雜野外環境的連續施工能力。

　　4.天線接收和發射無線信號性能更優

　　第一代節點儀使用“BDS+GPS+QZSS”天線，第二代節點儀則使用了面積更大、干擾更小的定制化多頻段天線，有效提高了天線增益強度、天線空間信號強度分布和輻射模式均勻性、天線與傳輸線的阻抗匹配程度，并擴大了天線有效工作頻率范圍。更優的天線參數，更有利于提高5G傳輸的穩定性和復雜施工環境的適應能力。（于曉東 楊尚琴）

　　轉自：中國石化報

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