随着人们对石油天然气的需求日益增加，地震勘探工作的勘探面积越来越大，勘探密度越来越高(Freed，2008).为了满足大面积、高密度的勘探工作，万道甚至十万道以上的地震数据采集系统被逐渐广泛的应用于实际野外工作中(Heath，2008；王西文等，2010；刘振武等，2010；Lansley，2013).然而使如此庞大的系统能够高效、理想的工作，就必须确保其各部分能够同步工作、高速率通讯、网络路由具有冗余性等(张林行，2007；杨泓渊，2009).因此，通讯技术是地震数据采集系统中使用的关键技术之一.目前陆上地震勘探仪器按照其所应用的通讯技术被分为：有线地震数据采集系统、无线地震数据采集系统、混合式地震数据采集系统(郭建和刘光鼎，2009；吴海超等，2012a).有线地震数据采集系统使用电缆或光缆作为通讯媒介，一般应用RS485或以太网通讯协议进行采集系统的指令传输和数据回收(吴海超等，2012a；张帅帅等，2014)，最具代表性的产品为Sercel公司推出的428XL系统和中国科学技术大学研制的万道地震数据采集系统(谢明璞，2009).无线地震数据采集系统指的是在地震数据采集时不使用线缆进行指令传输和数据回收的地震勘探系统.无线地震数据采集系统一般使用Wi-Fi、VHF等无线通讯技术进行指令传输(易碧金，2008).由于目前无线通讯技术在传输速率、接入节点管理方面无法达到有线通讯技术的水平，无线地震数据采集系统不能够像有线地震数据采集系统那样实现大规模的、实时的回收地震数据(Crice，2014).按照地震勘探系统是否支持实时的回收地震数据可以将无线地震数据采集系统分为无线实时地震数据采集系统和无线非实时地震数据采集系统.无线非实时地震数据采集系统的代表性产品有INOVA公司推出的HAWK记录系统和吉林大学研制的无缆自定位地震勘探系统，无线实时地震数据采集系统的代表性产品有Sercel公司推出的UNITE无线系统和Wireless seismic公司推出的RT2系统.混合式地震数据采集系统使用无线通讯技术与有线通讯技术相结合的方式进行指令传输和数据回收，具有代表性的产品有Sercel公司的508XL系统.

目前，三种陆上地震数据采集系统均已得到人们的不同程度上的认可.有线地震数据采集系统占据着市场份额的绝大部分；无线地震数据采集系统所占据的市场份额呈现出快速增加的趋势，已超过25%；混合式地震数据采集系统刚刚推向市场不久，但已引起了业界内的广泛关注(Ellis，2014).三种陆上地震数据采集系统拥有各自的特点，能够满足不同的应用需求.本文通过分别在这三种系统中选取具有代表性的产品，从组网方式、通讯协议以及其在通讯方面的性能三方面对它们进行分析比较，阐述三种地震数据采集系统中通讯技术的现状.根据目前陆上地震数据采集系统中通讯技术的应用情况，本文总结了通讯技术在地震数据采集工作中需要满足的要求，并由此设计了一种新的通讯框架.

目前，陆上地震勘探主要应用的是采用有线通讯技术的地震数据采集系统.在有线地震数据采集系统中，由法国Sercel公司于2006年推出的428XL地震数据采集系统占据着最大的市场份额，是应用有线通讯技术的地震数据采集系统中最具代表性的产品(刘振武等，2013；鲍五堂等，2013).中国科学技术大学研制了一款基于低功耗、低成本的万道地震数据采集系统，应用了自行设计的非对称传输系统(谢明璞等，2011).该系统使用的通讯技术充分利用了有线地震数据采集系统的特点，在设计专用于地震数据采集的通讯系统方面具有很强的代表性.

1.1 428XL系统

428XL地震数据采集系统的通讯部分由采集站、交叉站、大线、交叉线组成，428XL系统的野外工作示意见图 1(程建远等，2013).该系统有两种类型的大线：ST+型大线和WPSR型大线.ST+型大线具有8 Mb/s的传输速率，WPSR型大线具有16 Mb/s的传输速率.交叉线也有两种类型：SRHRF型铜芯电缆和光缆.其中SRHRF型铜芯电缆传输速率为100 Mb/s，光缆具有1 Gb/s的传输速率.大线和交叉线都与交叉站相连.交叉站的功能有：数据储存、数据压缩、路由、数据传输.当采集工作进行时，被检波器采集到的地震数据首先由采集站将其进行数字化，然后通过大线发送到交叉站，再由交叉站对采集站发来的数据进行压缩、封包和缓冲储存.之后，交叉站通过交叉线将数据传输到中央单元(Sercel Inc，2008).

图 1

Fig. 1

图 1 428XL系统工作示意图 Fig. 1 Diagram of 428XL system

428XL系统的组网方式是通过使用电缆和光缆作为传输介质.在同一条测线上的采集站通过级联的方式连接到交叉站上，交叉站也是以级联的方式连接到中央单元.

428XL系统的通讯协议采用的是类TCP/IP传输协议.在428XL的地震网络中，一个排列上两个相邻的采集站之间或采集站与交叉站之间的采集链成为数据段.一个数据段的采集数据有序的排列组成一个数据帧.一个数据帧由128个单元组成，每个单元为16字节，第一个单元为帧头段，后127个单元为数据单元，其结构见表 1.在采集时，各个采集站在采样时刻向数据帧的数据单元内写入4个采样数据(最多支持4通道)，每个采样数据长度是3字节.交叉站之间采用的标准以太网TCP/IP协议(梁晓峰等，2008；吴海超等，2012a).

表 1 (Table 1)

表 1 428XL数据单元的结构(吴海超等，2012a) Table 1 Structure of 428XL’s data unit 字节 1 字节 2 字节 3 字节 4~6 字节 7~9 字节 8~11 字节 12~15 字节 16 头段 CMD 状态位 采样1 采样2 采样3 采样4 CRC 检验

表 1 428XL数据单元的结构(吴海超等，2012a) Table 1 Structure of 428XL’s data unit

428XL系统应用了以太网技术，并且根据实际需求而自定义了传输协议，拥有较高传输效率，因此，在通讯方面有着较好的性能.整个系统在500 Hz采样率下具有120160363道实时连续记录能力，单条交叉线在500 Hz采样率下具有10000道实时连续记录能力.

中国科学技术大学研制的万道地震数据采集系统的通讯部分由采集站、交叉站、传输电缆组成.该系统总体的工作模式和组网方式同428XL系统一样，在此不再赘述.该系统最大的特点是根据地震数据采集过程产生数据流的特点在传输电缆中使用了独特的通讯协议，在不影响地震数据回收的前提下实现了低功耗、低成本.

万道地震数据采集系统使用了RS485和以太网两种通讯协议.由于在地震数据采集过程中下行方向(从中央单元到采集站的方向)只存在指令传输，有着较小的数据流量，所以采用了具有低功耗、低成本特点的RS485通讯协议.而在地震数据采集过程中上行方向(从采集站到中央单元的方向)存在地震数据的传输，有很大的数据流量，所以使用拥有较高传输速率的以太网协议.通过在硬件上将RS485芯片和以太网芯片的接受端和发送端都分开使用，分别构成整个传输系统的下行链路和上行链路，并自行定义了数据帧的结构，最终组建成一个非对称传输网络，充分的降低了系统的功耗和成本.

由于采用自行设计的非对称传输网络，万道地震数据采集系统在当前各种有线地震数据采集系统中最为突出的优点就是在通讯方面的成本和功耗是最低的.

有线地震数据采集系统的具有较高的通讯速率和稳定的通讯环境，从而使系统拥有较强的带道能力，可以组成较大规模的地震数据采集系统.有线地震数据采集系统在可以从多种有线通讯技术中选取合适的技术进行融合，进而在满足系统通讯需求的前提下实现低成本和低功耗.

然而，随着勘探面积和勘探密度的增加，对缆线的长度和数量的需求也越来越大(428XL缆线的参数见表 2)，由此导致设备的重量大大增加，带来运输成本攀升、布设效率降低、高HSE风险等问题也越来越明显.而且由于缆线的存在，采集点在布设时也会受到地形、缆线长度等因素的限制，不能自由的添加、删除采集点.此外，由于地震网络是由缆线以固定拓扑结构建立的，当某段缆线或某个采集站出现问题时，数据传输的路径就断开，整条测线无法在修复原路径之前重新建立连接，网络路由的冗余度比较低.

表 2 (Table 2)

表 2 428XL线缆参数表 Table 2 Parameters of 428XL’s cable 参数 ST+型大线 WPSR型大线 SRHRF型铜芯电缆 光缆 重量 47 kg/km 95 kg/km 100 kg/km 45 kg/km 长度 90 m 75 m 125 m 5 km

表 2 428XL线缆参数表 Table 2 Parameters of 428XL’s cable

随着无线网络技术的发展，多家公司推出了无线地震数据采集系统.在不能够实时回收地震数据的无线非实时地震数据采集系统中，占据较大市场份额的是ION公司推出的Firefly记录系统和INOVA公司(ION公司与中石油的合资子公司)推出的HAWK记录系统(高立兵和靳春光，2014)，Firefly记录系统与HAWK记录系统的原理及特点基本相同，下文选择相对较新的HAWK系统作为无线地震数据采集系统的代表性产品之一进行介绍分析.由吉林大学研制的无缆自定位地震勘探系统使用了Wi-Fi、蜂窝网络、卫星通讯等多种无线通讯技术相融合的传输网络(杨泓渊，2009；吴海超等，2012b；吴海超，2013；赵玉江等，2014；杨泓渊等，2015)，在目前无线非实时地震数据采集系统具有自身鲜明的特色，已投入生产使用当中(朱凯光等，2013)，并在国家深部探测专项的验收过程中获得了专家们的认可.该系统代表着在无线非实时地震数据采集系统中各种常用无线通讯技术的应用情况.在能够实时回收地震数据的无线实时地震数据采集系统中，Sercel公司推出的UNITE无线系统是销量最大的产品，而且被广泛的应用于压裂等要求高实时性的工作中(Mougenot，2010；高立兵和靳春光，2014).因此，UNITE无线系统被认为是无线实时地震数据采集系统中具有代表性的产品之一.由Wireless seismic公司利用无线网络技术开发RT2无线实时遥测系统被认为是目前带道能力最强、实时性最好的无线实时地震数据采集系统(Crice，2014)，也是代表性很强一款产品.

HAWK记录系统的通讯部分由采集站、连接终端、回收终端和接入点组成.在勘探工作中，采集站是一个自主节点，独立供电、工作.连接终端可以通过蓝牙传输技术连接到一台采集站，从而可以查看采集站状态、设置采集站工作参数以及实现采集工作的质量控制等任务.连接终端可由施工人员携带，对单个采集站进行操作.回收终端可以通过Wi-Fi传输技术与一个区域范围内的采集站建立连接，然后实现查看采集站状态、设置采集站工作参数、质量监控以及数据回收等功能.一般情况下，回收终端挂载到汽车或飞机等移动设备上，然后移动设备在勘探区域内的采集站附近经过，从而实现整个勘探区域的数据回收.采集站也可以通过接入点直接与中央单元相连接，接受中央单元监控.

HAWK记录系统的组网方式是使用基于Wi-Fi的无线通讯技术，建立基础架构集中式拓扑结构的无线局域网.在回收终端或者接入点的Wi-Fi覆盖范围内的采集站都接受作为网络中心的回收终端或接入点的协调，从而实现采集站与回收终端或中央单元的通讯.

HAWK记录系统的使用了IEEE 802.15和IEEE 802.11两种通讯协议.如果使用连接终端对单个采集站进行操作时，由于对通讯速率和通讯距离要求较低，所以使用成本和功耗都相对较低的基于IEEE 802.15协议的蓝牙技术进行通讯.如果需要回收终端或者接入点与采集站进行通讯时，由于对通讯速率和通讯距离的要求较高，所以使用通讯能力更强的基于IEEE 802.11协议的Wi-Fi技术进行通讯.

HAWK记录系统采用了Wi-Fi、蓝牙技术实现地震数据采集工作中指令的传输、状态的上报以及数据质量的控制.而且由于没有线缆的限制，没有实时回收地震数据的功能，所以不存在带道能力的限制，在通讯能力上能够满足大规模地震勘探的需求，但是额外增加的数据回收的工作.

吉林大学研制的无缆自定位地震勘探系统的采集站有多种类型，按照采用的通讯技术可以将其分为远程监控站和Wi-Fi采集站两种.远程监控站的应用地区为卫星通讯覆盖范围内或蜂窝网络覆盖范围内.在实际工作中，远程监控站经过卫星通讯网络或者蜂窝网络与主控中心建立连接，从而主控中心可以对采集站实现远程操作和数据质量控制.Wi-Fi采集站应用范围没有限制，通过Wi-Fi进行自组网然后通过Wi-Fi基站与主控中心进行通讯，从而使主控中心可以对每个采集站进行操作和数据质量控制.

无缆自定位地震勘探系统的组网方式如2所示.远程监控站在逻辑上都是直接与主控中心建立连接的.而Wi-Fi采集站则是在多个采集站中选出一个汇聚节点，然后建立移动自组网络，通过汇聚节点连接Wi-Fi基站，从而与主控中心建立连接.

无缆自定位地震勘探系统的远程监控站使用了北斗卫星通讯技术和WCDMA蜂窝网络通讯技术.使用北斗卫星进行通讯时，采集站依据北斗短报文传输的格式，将传输的信息内容封装好由北斗短报文通讯系统的用户机发出；主控中心通过北斗短报文通讯系统的指挥机进行接收并解析.使用WCDMA蜂窝网络通讯技术进行通讯时，则采用的是标准TCP/IP协议.无缆自定位地震勘探系统的Wi-Fi采集站是在标准TCP/IP协议的基础上使用钩子函数挂载AODV的路由协议(顾树威，2013).

无缆自定位地震勘探系统使用多种无线通讯技术能够在各种复杂情况下使用.如果是在北斗卫星通讯覆盖范围内，使用远程监控站，不需要架设基站、网桥等设备即可实现大规模的地震数据采集.如果在蜂窝网络覆盖范围内，一般还能够利用高速的移动互联网络进行实时的远程数据回收，将地震数据直接传输到数据处理中心进行处理.当处于非卫星通讯覆盖范围内和非蜂窝网络覆盖为时，通过Wi-Fi建立的移动自组网也可以在架设较少Wi-Fi基站的前提下实现大面积的采集工作.

由于无线非实时地震数据采集系统取缔了线缆连接，提高了采集站铺设效率，解决了受地形限制的问题，能够实现陆上全地形覆盖.尤其，吉林大学研制的无缆自定位系统还可以实现远程监控，无需技术人员到现场指导施工(杨泓渊等，2015).同时，由于没有线缆等设备，降低了地震勘探工作的HSE风险.此外，因为无线技术的使用，网络拓扑结构的变成基础架构集中式或者移动自组网络，这两种结构的系统都不会因为某个采集站出现了通讯问题就导致整条测线无法正常通讯，具有较高的网络冗余度.

但是，该类系统需要额外进行数据回收工作，延缓地震数据处理工作，不如实时系统能够较高的数据质量保障，而且无法应用于有要求实时性要求的地震数据采集系统中.此外，还需要为采集站提供独立电源，增加了采集站的重量.

UNITE无线系统的通讯部分由采集站、单元访问节点组成.工作时，单元访问节点通过有线以太网与中央单元进行通讯，通过Wi-Fi与采集进行通讯，完成采集站和中央单元的转发任务.采集站通过单元访问节点接收来自中央单元的指令或向中央单元发送地震数据.

该系统的通讯网络由两部分组成.第一部分是由距离单元访问节点较近(在与单元访问节点进行稳定通讯的范围内)的采集站(下文称之为连接节点)和单元访问节点、中央单元构成的子网，采集站与单元访问节点进行基于时分多址(Time Division Multiple Access)模式的通讯.第二部分是由剩余的采集站(下文称之为外围节点)构成，它们之间进行基于多跳的跳频扩频技术的通讯，并在连接节点与单元访问节点通讯的时间片之外与连接节点进行基于跳频扩频技术的通讯(Sagot et al.，2005；马国庆等，2009).整个通讯系统的载波均采用2.4 GHz开放频段内的频率.

在该通讯网络的第一部分中，单元访问节点与连接节点进行基于超帧结构的通讯.每个超帧结构包含活跃期与非活跃期.在活跃期，单元访问节点与连接节点进行TDMA模式的通讯；在非活跃期，单元访问节点进入休眠省电模式，而连接节点与外围节点进行基于跳频扩频技术的通讯.在一个超帧中，首先由单元访问节点广播一个信标帧，然后接到信标帧的连接节点与单元访问节点进行协商，确定该超帧内时隙的分配方案，最后连接节点按照协商好的时隙分配方案与单元访问节点进行无竞争的通讯.单元访问节点 根据连接节点的地理位置、信号强度以及需要传输的信息量大小等因素，通过优化算法对通讯过程进行调度，将一个超帧内的时隙分配给各连接节点，避免了网络拥塞，从而提高系统的实时性.在一个超帧的活跃期，连接节点不仅负责接收中央单元向其发送的命令帧和向中央单元发送本机的信息帧或数据帧，还要负责接收由中央单元发送经本机转发到外围节点的命令帧和发送由外围节点发送经本机转发到中央节点的信息帧或数据帧.若一个连接节点在活跃期没有任何传输任务，则其通讯设备进入休眠省电模式.当进入非活跃期后，连接节点切换到跳频扩频模式，向外围节点转发来自中央单元的命令帧、接受由外围节点发送经本向中央单元转发的信息帧或数据帧(Sagot et al.，2005).在该通讯系统的第二部分中，外围节点组成一个多跳无线网状网络，采用与地理位置相关的路由算法，以跳频扩频技术进行通讯.所有采集站具有一个相同的频率信道跳跃序列、相同跳跃周期，并且跳跃周期绝对小于传输一个最短帧的时间.当一个外围节点要发送信息帧或数据帧时，为了避免冲突执行退避机制.因为使用跳频扩频技术，所以不同时刻的通讯频率不同，可以在勘探区域内同时有多组节点进行通讯，增大了网络的吞吐量，使系统具有较好的实时性(Guichard et al.，2014).

UNITE无线系统采用了多种无线网络技术，在保证稳定性与实时性的同时，充分利用通讯系统的空闲时间进行低功耗设计，降低了整个系统的功耗，从而使其成为目前最轻便的无线实时地震数据采集系统.UNITE系统中一个单元访问节点可以在无遮挡的情况下可以与1000 m内的采集站进行通讯.

RT2地震数据采集系统的通讯部分由无线遥测器、回程器组成.无线遥测器相当于前面介绍过的采集站，负责数据采集、传输.回程器则无线遥测器与中央单元通讯的中继设备.

该系统的通讯网络由两部分组成.第一部分，由无线遥测器以多跳的形式通过2.4 GHz频段的跳频扩频传输技术与回程器进行通讯；第二部分，回程器以5.8 GHz或900 MHx频段的传输技术与中央单元进行，从而避免了其与系统第一部分通讯的互相干扰(Crice，2014).

系统传输的信息按照内容的不同分为两种：命令包和数据包.命令包将嵌入到包结构的时序信息、命令包及子包的目的地址的映射以及下一次循环的频率分配等进行编码，由中央单元发出，经过回程器，以一个接着一个多跳的方式发送到各个无线遥测器.数据包中含有无线遥测器接收到的和采集到的地震数据，由各无线遥测器以一个间隔一个多跳的方式将数据发送到回程器，再由回程器处理后发送到中央单元，如图 3所示.系统收集数据时，每个无线遥测器有两种状态，接收状态和发送状态，两种状态持续时间是相同的，当一种状态结束了就切换到另一种状态.连接同一个回程器的无线遥测器按奇偶被交替的分为两组，每个无线遥测器在接收状态时从同组的上一个无线遥测器接收传输的数据并在发送状态时把接收到的数据和自己新采集到的数据一起发送到同组的下一个无线遥测器.从回程器来看，两组无线遥测器平分时间交替向回程器发送数据包.每个无线遥测器与相邻的无线遥测器采用不同的发送频率，从而避免了无线网络的冲突.各个无线遥测器到回程器的路由不是固定不变的，如果某个无线遥测器出现问题，无法连接到下一个无线遥测器或者回程器，处于其上游的无线遥测器并不会永久的与回程器断开，会选择当前信号最强的无线遥测器进行中继并重新选择发送频率，越过出现问题的无线遥测器最终连接到中央单元(Beffa et al.，2007；Elder et al.，2010).

图 2

Fig. 2

图 2 无缆自定位地震勘探系统的组网方式图 Fig. 2 Diagram of the cable-less self-location seismic exploration system’s network mode

图 3

Fig. 3

图 3 RT2系统通讯网络示意图 Fig. 3 Diagram of RT2 system’s communication network

RT2无线实时遥测系统应用了多跳频分复用的无线传输技术，实现高速率的通讯.以多跳的形式实现同一测线中的各无线遥测器与回程器的通讯，增加了测线长度和勘探范围.此外，通讯中使用频分复用的技术，避免了网络中的冲突现象，从而提高了通讯带宽的利用率与通讯网络的稳定性，保障了系统的实时性.但是，RT2无线实时遥测系统的带道能力明显逊色于428XL系统，RT2系统在500 Hz采样率下具有8000道实时连续记录能力，一个回程器在500 Hz采样率下可以实时管理400个无线遥测器(Crice，2014).

无线实时遥测系统省去了线缆，减少了勘探装备的数量和重量，从而降低了野外施工的成本、运输成本、节省了设备检测时间、提高了布设效率、降低了HSE风险，同时还使得采集点的布设不受缆线的限制，能够按照实际需要添加或者删除采用点，以及通过手持设备查看任意无线遥测器的工作状态和数据.此外，由于无线网络不受缆线的限制，能够自由的选择路由，增加了地震采集网络路由的冗余度，使得采集网络连接更加健壮，不会出现因为某个节点出现问题而导致该采集链路与中央单元断开连接的现象.无线实时遥测系统支持实时显示地震数据，保证数据的完整性，避免盲目放炮和数据丢失，能够让工作人员即时核实数据的质量，提高决策的准确性.

然而，由于传输速率上无线传输技术劣于有线传输技术，无线实时遥测系统的带道能力明显弱于有线地震数据采集系统.除此之外，由于取消了线缆的连接，每个无线遥测器需要添加独立的电源，那么如何进行电源管理、降低仪器功耗，从而减轻添加电源所增加的重量便成为无线实时遥测系统遇到的一个新问题.

随着地震勘探工作向更大规模的、更大采集密度以及宽方位角的方向发展.有线地震数据采集系统受地形限制、施工成本过高等弊端越来越明显；无线地震数据采集系统带道能力弱、实时性较差等弊端也越来越明显.人们逐渐尝试采用有线、无线混合的模式作为地震数据采集工作中通讯问题的解决方案，已达到取长补短的目的.在2013年举办的勘探地球物理学家协会第83届年会上，法国Sercel公司发布了一套命名为508XT的百万道有线地震数据采集系统，实现了百万道采集架构，无等待时间、全地表领域作业等功能.508XT系统被认为是一套新的地震数据采集模式(Ellis，2014)，是混合式地震数据采集系统中最有代表性的产品.

508XT地震数据采集系统通讯部分由采集站、大线、交叉站、交叉线组成，系统的野外工作模式见图 4.该系统的交叉线采用的是光纤材料，具有1 Gb/s的传输速率，极大地提升了系统的带道能力，且重量较轻，为45 kg/km，最大长度为2 km.大线采用新的技术比428XL的大线轻了10%，且大线中包含2条通讯线和2条电源线，采用交替连接的结构，增加了网络的冗余度，能够在某条通讯线或电源线故障时整个系统仍然可以正常工作，提高了系统的容错能力(Duboue et al.，2014).508XT系统的采集站新增加了数据压缩的功能，通过减少传输数据量的方式增强系统的带道能力.

图 4

Fig. 4

图 4 508XT系统工作示意图(Ellis，2014) Fig. 4 Diagram of 508XT system

508XT系统最大的亮点是使用了新的组网方式，即由Sercel公司提出的X-TECH架构.整个X-TECH架构是由多个X-TECH节点组成，X-TECH节点的结构如图 5.一个X-TECH节点中包含至少一个交叉站，1到100或者更多的基节点(采集站)以及大线.由交叉站向采集站提供电源，接受采集站发送的地震数据.交叉站还可以连接上单元接入节点从而实时接受UNITE节点(无线采集站)的采集数据.一个X-TECH节点可以作为一个无线节点通过2.4 GHz无线传输技术连接到其他交叉站上，也可以通过光缆连接到中央单元.一般一个X-TECH节点在两端连接交叉站，这样可以构成双重X-TECH节点以增强系统的稳定性.每个X-TECH节点以网络的形式互联组成采集系统.由于X-TECH架构在508XT系统中的应用，该地震数据采集系统具有百万级带道能力、线缆冗余性、数据自动绕传、电池重量轻等特点(Ellis，2014).

图 5

Fig. 5

图 5 X-TECH 节点(Ellis，2014) Fig. 5 X-TECH node

508XT地震数据采集系统的通讯协议在有线传输网络部分与428XL系统的通讯协议一样，在无线传输网络部分与UNITE无线系统的通讯协议一样.

508XT地震数据采集系统使用了更加先进的线缆，拥有更强的带道能力.整个系统在500 Hz采样率下具有1201603630道实时连续记录能力，单条交叉线在500 Hz采样率下具有120160363道实时连续记录能力，一条大线在在500 Hz采样率下具有2400道实时连续记录能力.同时该系统中的缆线与428XL系统中的缆线相比更加轻便且具有更大的冗余性，可以在大线出现轻度损坏的情况下依然进行通信.此外，由于X-TECH架构在采集网络中的应用，整个通讯网络的连接具有冗余性，可以在某条缆线出现问题后，不修复原路径就可以自动重新建立连接.相比其他系统，508XT能在通讯方面有巨大的优势，依靠的是它在通讯网络的物理层(线缆和连接方式)采用了根据地震数据采集系统的传输特点而设计的协议，满足了系统的需求.

混合式地震数据采集系统结合了目前有线系统和无线系统的优点，既能实现自主采集、本地存储，并兼具实时质量控制、实时传输数据要中央单元，又能应用于各种复杂地形，而且与传统有线地震数据采集系统的相比具有较低的设备成本和施工成本，与现有的无线地震数据采集系统相比又具有较强的带道能力.

然而，目前的混合式地震数据采集系统中并不能实现将远程操作，仍然需要大量技术人员去工作现场了解施工情况进而做出决策.在通讯协议的设计方面，仍然需要依据地震数据采集系统通讯网络的特点进行自定义设计，尤其是针对系统的上层协议，而不是简单将有线系统和无线系统进行简单的混合使用，从而实现更加良好的通讯效果.

根据上文对有线地震数据采集系统、无线地震数据采集系统、混合式地震数据采集系统三者对比分析，概括出目前应用不同通讯技术的陆上地震数据采集系统的特点，如表 3所示.

表 3 (Table 3)

表 3 不同陆上地震数据采集系统的特点对比表 Table 3 Features of different land seismic data acquisition system 系统名称 优点 不足 有线地震数据采集系统 带道能力强；数据质量保障性高 施工成本高；网络冗余度低；不能应用于复杂地形 无线地震数据采集系统 采样点布设灵活；网络冗余度高；施工成本低；可支持远程操作 功耗大；实时性与带道能力无法同时证 混合式地震数据采集系统 采样点布设灵活；数据质量保障性高；带到能力强；网络冗余度高； 有线系统和无线系统还进一步融合的空间

表 3 不同陆上地震数据采集系统的特点对比表 Table 3 Features of different land seismic data acquisition system

根据应用不同通讯技术的陆上地震数据采集系统的现状，总结出陆上地震数据采集系统中理想的通讯技术需要满足以下4点：

(1)支持超大量节点并且保证节点间具有高通讯速率.地震数据采集系统往往需要几万、几十万甚至上百万的检波器，因此必须要把它们全部纳入地震数据采集网络中，同时还要保证地震数据能够实现实时的回收，以方便质量控制.

(2)通讯网络具有一定冗余度.由于节点数量巨大，在地震数据采集过程中很难保证每条通讯链路都能正常工作，如果出现异常，为了使地震数据采集工作能够正常进行就需要节点间有多条通讯链路可以选择，整个网络具有一定冗余度.

(3)具有较低的功耗.地震数据采集系统的工作地点在野外，需要额外提供电源，低功耗从很大程度上可以减少设备的重量，提高施工效率.

(4)尽量减少使用线缆.地震数据采集系统中的线缆一般都比较重而且需要维护、检查，减少线缆的使用可以提高工作效率.

基于上述分析，陆上地震数据采集系统可以采用无线传感器网络中的簇树结构(Savazzi and Spagnolin，2009，2008；钱志鸿和王义君，2013；Savazzi et al.，2013).每个交叉站可以作为簇头，类似于蜂窝网络一样覆盖一片区域，处于该区域附近的采集站通过2.4 GHz无线传输技术以网状的拓扑结构、多跳的形式连接到交叉站上组成一个子网.为了避免相邻采集站间的相互干扰，在子网的物理层采用时分、频分、码分结合的形式进行信息交互.出于高效利用系统网络资源的目的，交叉站按需分配各采集站的时间片、带宽等资源.对于多跳中挂载越多的子节点(采集站)的采集站，其需要接收和发送的数据量就越大，应分配到的时间片就越长、频带就越宽.根据系统中数据传输是有规律可循的特点，在子网的数据链路层选用无竞争服务的方式比常规网络技术中的竞争服务的方式更能节约资源.子网的网际层选择AODV路由协议，以及时按需调整合适的路由，避免因某个采集站出现故障而导致多个采集站无法连接到交叉站的现象.在子网的运输层以上可以根据实际应用的需求采用自定义通讯协议(赵建刚等，2014).地震数据采集系统的中央单元作为汇聚节点，通过高传输速率的光缆与各交叉站相连.因为采集站以网状的拓扑结构接入交叉站而非传统的线状，在充分利用光缆的带宽的同时减小与交叉站直接连接的采集站的传输负担，从而增加交叉站的带道能力.对于光缆无法到达的区域，可以放置采用卫星通讯、蜂窝网络通讯等技术的采集站直接连接到中央单元或者放置采用5.8 GHz无线传输技术的采集站经接有光缆的交叉站连接到中央单元，从而实现复杂地形的覆盖.此模式的采集系统既具备了同508XT系统相媲美的高速数据传输能力、带道能力，又拥有RT2系统轻便、布设灵活、网络冗余度高的优点.与此同时，优化无线传输部分的通讯结构，按需分配采集站间通讯的时间片和带宽，可以在维持高速数据传输的前提下降低功耗.

随着无线传输技术和光纤技术的发展，陆上地震数据采集中的通讯技术也将更新，地震数据采集网络更加智能化、轻便化，带道能力会得到更大的提升，进而降低地震勘探的成本，提高勘探工作的效率与地震勘探的分辨率.

致 谢 感谢吉林大学地球信息探测仪器教育部重点实验室的各位老师针对相关问题的讨论.