[发明专利]一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法及地震仪器

权利要求书

1.一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法，包括节点单元应急状态实时自主检测、判定、编码、接力传送步骤，节点单元位置坐标集群同步高精度定位、失踪节点单元自主播报位置和身份步骤；其特征在于，以“LoRa”无线通信技术为基础，结合“ZigBee”无线通信技术的通信协议，形成自组网接力传输通信平台，实现任意节点单元之间双向低功耗通信；节点单元的工作状态采用二进制编码，当自主检测到致命性错误时，这些错误包括工作电压过低、存储容量过少、质控指标超限、工作温度超限等，编码相应状态为1，其他情况的编码总是为0，并在设定的下一个交互周期内自动将状态码1经通信基站以短报文形式传输到中央控制系统，进而实现远程实时质量控制；参考站按设计的时间窗口同步向关联的节点单元广播定位修正量，节点单元据此实现高精度的坐标定位；当节点单元进入失踪状态时，在计时器触发下利用太阳能自主报告位置坐标和身份码，减少因失踪而丢失节点单元；双向通信的信息交互也支持利用公网通信平台，对于有公网的环境可用手机通信取代短报文通信和基准参考站。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法，其特征在于，节点单元内有工作状态实时监测电路，一旦检测到危害采集数据质量的应急状态，立刻自主启动编码传送机制，将应急状态和身份按设计规则编码，应急状态采用二进制编码，即“0”表示正常，“1”表示事件发生，用32位编码事件状态，前20位是前缀和节点单元ID号，后12位是事件状态和校验码。应急状态码按关联好的方向经节点单元无线接力传输到北斗卫星通信基站，由此转换为短报文格式上传到北斗卫星系统，再经由北斗卫星系统或公网将应急状态码送到任意远的地震仪器控制中心。

3.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法，其特征在于，所述的节点单元位置坐标集群同步高精度定位步骤是GNSS全球卫星导航系统参考站与北斗卫星通信基站在物理结构上是一体的，参考站按设计的时间窗口接收相应星系的坐标定位信息，并根据参考站已知量求取修正量，然后以无线接力方式将修正量实时广播到相关联的所有节点单元，节点单元据此完成高精度定位。参考站的覆盖半径不能超过25km，如果作业工区足够大，就需要设置多个参考站，确保工区内的所有节点单元到全球卫星导航系统参考站的距离都在25km内；在平坦的地表环境，参考站与首个节点单元之间的通信距离大于2km，为解决排列线之间的通信，在山地、丛林、沟壑复杂环境，可以借助静音节点单元充当中继站，实现任意距离首个节点单元与参考站的通信；单个参考站最多可管理节点单元4万个。

4.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法，其特征在于，所述的失踪节点单元自主播报位置和身份步骤是节点单元内有访问间隔计时器，如果在设定的时间内无任何信息交互，就自动判定为失踪单元。此时，节点单元自动进入失踪工作模式，在太阳能支持下一方面按设计的时间窗口广播所在位置和站号，另一方面又随时接收任何可能的查寻访问指令，并按要求报告状态，实现失踪单元的自动查找。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法实现的地震仪器，其特征在于，节点单元采用结构分层，依次顶层为电路层、中层为电池层、底层传感层和尾锥四个部分；如果选择MEMS数字传感时省略传感层；在电路层中主要包括采集电路、状态监控与测试电路、无线数据下载接口、控制电路与固件程序、卫星信号接收电路、时钟与授时电路、坐标定位电路、无线充电控制接口、电源电路、输入输出电路、编码和译码电路、太阳能充电控制电路等；电池层集成有18650锂电池组；传感层，仅选择模拟传感器时需要内置自然频率≤5Hz、灵敏度≥100V/m/s、失真度≤0.1％的检波器芯体；节点单元外形采用适合耦合和机械化收放的流线型设计，顶面中心有三色灯、卫星信号接收天线、微波通信天线，顶面外围是太阳能板；中层和底层采用一体化设计，顶层和中层之间有防水密封圈并采用若干螺丝固定；电池层正面是RFID标签，标签内有ID号等信息。

6.根据权利要求5所述的一种基于北斗短报文通信的地震数据采集方法实现的地震仪器，其特征在于，包括实现无触点的电池充电和数据下载的无线数据下载接口、无线充电控制接口；还包括镶嵌的太阳能板支持太阳能辅助充电；节点单元上固化的RFID电子标签，有唯一的ID号等身份信息，实现节点单元的自动化识别和现场位置ID号关联；支持选择MEMS数字传感器或模拟检波器，选择模拟检波器时具有自然频率≤5Hz、灵敏度≥100V/m/s、失真度≤0.1％的属性。