地震数据采集中的数据汇聚系统设计

地 震 数 据 采 集 中的数 据 汇聚 系统 设 计
程 宏 才 杨 俊 峰 宋 克柱 。 王东 旅ｈ
（． 国科 学 院核 探 测 技 术 与 核 电子 学 重 点 实 验 室 ， 肥 ，３ ０ ６ １中 合 ２０ ２ ； ２ 中 国科 学 技 术 大 学 近 代 物 理 系 物 理 电 子学 安徽 省重 点 实 验 室 ， 肥 ，３０ ６ ． 合 ２０２）
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据传 输速 度较 低且 受环境 影 响较 大 。 对地 震数 据 针 采集 系统 的 特点 ， 文 给 出了 一个 海上 地震数 据数 本
据采 集 系统 中的数 据汇 聚 系统 的设 计 实例 ， 包括 系 统 的硬件 和软 件设 计 。该 数 据汇 总 系统基 于 Ｃ Ｃ ＰＩ （ ｏ ａｔ Ｃ ） Ｃ ｍｐ ｃ Ｐ Ｉ 总线 ， 多块 板卡 的 数据 汇 聚至 一 将 块控 制板 卡 ， 制板 卡将 汇 总后 的数据 发送 至后 端 控
１ 系统 简 介
海上 地 震 数 据 采集 系统 ［是 分 为 水 下 部 分 和 ７
水上 部分 。 水下 部分 包括 采集 和传输 数据 的数 据拖
缆， 系统 可 以 有 多条 数 据 拖缆 ； 上 部分 包 括 数 据 水
间通 过 机箱 背板 的Ｃ Ｃ 总线通 信 。零 槽控 制板 主 Ｐ Ｉ 要 控制 拖缆 接 口板 将采 集数 据 汇总至 零槽 控制 板 ，
处理模块 。该数 据汇总系统 可灵 活地选 择工作 时使
用 的板卡 数量 ， 时快 速地传输 处理汇 总大量数 据 ， 实 提高 了系统数据汇 总的灵活性和数据传 输速度 。
２ 数 据 汇聚 系统 实现
数据 汇 聚系统 硬件 包括Ｃ Ｃ 机箱 的零 槽控 制 ＰＩ
板 和 多块 拖 缆接 口板 ， 槽控 制 板与 拖缆 接 口板 之 零
缆 ， 条拖 缆有 １９ ０个采 集通 道 ， 每 ２ 每个 采集 通道 每
次采样输 出 ２ ４位 采 集 数 据 ， 样 周 期 时 间 为 ０ ５ 采 ． ｍｓ 则 单 缆 最 大 数 据 率 为 １ ９ ０×２ ０ — ， ２ ４ｘ ２ ０ ０ ９ ． ６Ｍｂ ｓ ４条 拖 缆 的 总 数 据 率 为 ９ ． ６ — ２ １ ｐ ， ２ １ ×４ ３ ８ ６ ｐ 。 ２ 不 同拖缆 数据 同步 到达 。 ６ ． ４Ｍｂ ｓ （ ） 采集 拖 缆 需 要 进 行 数 据 同步 采 集 ， 步 精 度 为 十微 秒 量 同
并提 高数 据 ； 聚 速 度 ， 过 大 容 量缓 存 消 除 数 据 ｉ 聚 死 时 间且 提 高数 据 传输 效 率 。 最 终 实 现 的 系统 可 以 满足 ４ ｒ － 通 ｒ －
缆 共 ７６ ０道 数 据 采 集 系统 的 数 据 汇 聚要 求 。 系统 结 构 简 洁 灵 活 ， 据 汇 聚 速度 高 ， ８ 本 数 实时 性好 ， 够应 用 于其 他 能
（ ＦＰＧＡ ）
数据 分析之 用 。 于地震 勘探 数据 采集 系统 的实 时 基
引
口
多通 道数据 传输 要求 ， 数据源自汇聚子 系统 需要 实时 处 理 汇总大 量数据 。 在 已有 的其 他类 型的数 据采集 系统 中， 的 系 有 统 使 用 单 块 Ｆ ＧＡ （ ｉｌ ｒｇ ａ Ｐ Ｆｅｄ ｐｏ ｒｍｍａ ｌ ｇ ｔ ｂｅ ａｅ ａｒｙ 或 者 专 用 采 集 卡 连 接 多 采 集 通 道［ ］ 数 据 ｒａ ） ３， 汇 总任务 在Ｆ Ｇ 内部完成 ， 降低 了数据 汇总 系 ＰＡ 这
第２卷第４ ７ 期
２１ ０ ２年 ７ 月
数
据
采
集
与
处 理
Ｖｏ ． ７ Ｎｏ ４ １２ ．
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＤａａＡｃ ｕｓｔｏ ＆ Ｐｒｃ ｓ ｉｇ ｏ ｒ ａ ｏ ｔ ｑ ｉｉ ｎ ｉ ｏ ｅ ｓｎ
Ｊ１ ０２ ｕ ．２ １
文 章 编 号 ：０４９ ３ （０ ２ ０—５ ４０ １ ０ —０ ７２ １） ４０ １—７
ｔｒ ． （ ＣＩ ｒ ｔ ｓａ ｏ ｔｄ ａ ｈ ｒ ｍｅ ｒ ｆｔ ｅ ｄ ｔ ａｈ ｒｎ ｙ ｔ ｍ． Ｔｈ ｕ ｅ ｆ ｅ ｎ ＣＰ ）ｃ ａｅ ｉ ｄ ｐ ｅ ｓｔ ｅ ｆａ ｗｏ ｋ ｏ ｈ ａ ａｇ ｔ ｅ ｉｇ ｓ ｓｅ ｅｎ ｍｂ ｒｏ
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级 ， 缆 内每 个 传输 单 元 的延 时 为微 秒 量级 ， 条 拖 一
拖 缆最 多有 １ ０ 传输 单元 ， 同拖缆 数据 到达 时 ２个 不 间 相差 不大 于毫 秒量级 。３ 数 据处理 实 时性要 求 。 （） 在 最大 负荷 情况 下 ， 据拖 缆需 要连 续无 死 时间 的 数 采 集传输 数 据 。
相 关 大型 数 据 采 集 系统 中。
关 键 词 ： 据 汇聚 ； Ｐ Ｉ 箱 Ｄ 数 Ｃ Ｃ 机 ＭＡ 传 输 ； 场 可 编 程 门阵 列 现
中 图分 类 号 ： ２ ４ ＴＰ ７
文献标识码 ： Ａ
Ｄ ａ ａ Ｇａ ｈｅ ｉ ｓ ｅ Ｄｅ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｓ ｉ ｍ ｉ ｔ ｑｕ ｓ ｔｏ ｔ ｔ ｒ ｎｇ Ｓｙ ｔ ｍ ｓｇ ｏ ｅ ｓ ｃ Ｄａ ａ Ａｃ ｉ ｉｉ ｎ
收稿 日期 ：０ １ ０ — ２ 修 订 日期 ：０ １ ０ — ２ ２ １— ７１ ； ２ １ — ９２
第 ４期
程 宏 才 ， ： 震 数 据 采 集 中 的数 据 汇 聚 系 统 设 计 等 地
５５ １
统 的扩展 灵 活性 。 的系统使 用无 线传 输方 式来 汇 有 聚 大量采 集通 道 的数据 ［ ， ６ 这虽 然使 系统 扩展 性 较 ］ 好 ， 是 由于 元 线传 输 自身 的 限制 ， 得 系统 的数 但 使
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地 震勘探 方法 是 目前油 气勘 探 的主要 方法 ， 地震 勘探 对 数据 采 集 系统 有 多通 道 、 高精 度 、 据 数
量大 、 时处 理 等要求 实 引。数 据采 集 系统在 采集 到
地震数 据后 ， 将采 集 的数据汇 总 至纪录模 块供后 期
基金 项 目 ： 家 高 技 术 研 究 发展 计划 （八 六 三 ” 计 划 （０ ６ Ａ０ Ａ１２０ ） 助 项 目 国 “ ） ２ ０ Ａ ９ ０—２ 资
摘 要 ： 出 了一种 地 震 数 据 采 集 系统 中的 高速数 据 汇 聚 系统设 计 。 系统 以 Ｃ Ｃ 机 箱 为框 架 ， 用 机 箱 插 卡 可 插 提 ＰＩ 利
拔 性 和 背 板 高速 Ｐ Ｉ 线 来 实现 灵 活 改 变 系统 的通 道 数 量 和 数 据 的 快 速 汇 聚 ， 过 Ｄ Ｃ 总 通 ＭＡ 传 输 来 简化 Ｃ Ｕ 工 作 Ｐ
ｃ ｎ ｂ ａｈ ｒｄ ｗｉｈ ｈ ｇ ｐ ｅ ｈ ｏ ｇ ｈ ａ ｅｇ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅＰＣＩｂ ｓｏ ｈ ＣＩｃａ ｅ Ｔｈ ｓ ｆ （ ｕ ｆｔ ｅＣＰ ｒ ｔ ． ｅ ｕ ｅ ｏ ＤＭ Ａ ）
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并 将 汇总后 的数 据通 过 千 兆 网络 向室 内控 制 显 示