JP2001502429A - 無線遠隔計測を使用した地震捕捉システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 観測地形を複数の区域（１４）に区画し、各区域には一つの区域アクセス節点（１６）と複数の地中聴音部（１０）を含む地震捕捉システム。地中聴音部（１０）は、ディジタル形式のデータを区域アクセス節点（１６）のそれぞれに無線遠隔計測によって送信し、区域アクセス節点（１６）は中央制御部（１２）に広帯域チャンネルによって転送する。

Description

【発明の詳細な説明】 無線遠隔計測を使用した地震捕捉システム 本発明は、地中聴音器を使用した地震捕捉に関する。 陸地を地球物理学的に観測するのに、連続爆破あるいは、振動装置によって地 面にかけられる連続的な振動の何れかと協働して、複数の地中聴音器を並べたも のを使用することは良く知られている。 これらから得られる結果は貴重であるが、従来の技術では、兵站学的に遅く、 重労働で、かつコストがかかる。膨大な数の地中聴音器を予め調査しておいた基 盤の格子の上に配置する必要がある。各地中聴音器は列毎に別々に中央制御部に 配線される。観測の最中には、後列の地中聴音器を外して、前列へ移動し再接続 しなければならない。この手順は非常に骨が折れ、接続が複雑なためミスを生じ る確率が高い。この問題の規模は、典型的な３次元型地震配列が７５０ｋｍにも 及ぶ長さのケーブル接続によるものである、ということからも推察できるであろ う。 本発明の目的は、これらの手順を単純化する手段を提供するとともに、これに より、観測にかかる時間とコストを大幅に削減することである。 従って、一つの局面から、本発明は、多数の地中聴音部を備えた地震捕捉シス テムが提供され、前記地中聴音部は、使用時、測定対象の地形にわたる配列で配 置され、前記地中聴音器のそれぞれが、地中聴音器の位置の地表の震動を示すデ ィジタルデータを取得する手段と、中央制御部から命令信号を受取るとともに、 命令に応じて、前記中央制御部に前記ディジタル信号を送信する無線遠隔計測手 段と、を含む。 本発明の好ましい態様において、前記地形が多数の区域に分割され、該区域の それぞれが、複数の地中聴音部および一つの区域アクセス節点を含む。所定区域 内の前記複数の地中聴音部が、所定の周波数で、前記無線遠隔計測手段を使用し て前記区域アクセス節点と通信する。 前記区域アクセス節点が、前記中央制御部と、無線によって、有線によって、 あるいはファイバオプティック連結によって、通信する。 前記各区域内における通信は、高周波（２．４ＧＨｚ周波帯域）低出力である 。これにより、数に限りのある周波数を、前記地形にわたって再利用できる。 前記ディジタルデータを取得する手段が、Ａ／Ｄ変換器に接続され、速度を測 定するアナログ地中聴音測器を備えてもよい。 好ましくは、前記地中聴音部のそれぞれが、前記データを短期間記憶するとと もに、特有の識別子を永久的に記憶するメモリを備えている。 好ましくは、前記地中聴音部のそれぞれが、プリアンプと、中央制御部から遠 隔操作されるプリアンプ制御手段とを有する。前記プリアンプ制御手段が、監視 されている地震信号源の場所から前記地中聴音部までの距離および／または時間 の関数として、前記プリアンプのゲインおよび／または動作時間窓を制御しても よい。 前記地中聰音部のそれぞれが、さらに独自のコードを有してもよく、該コード は、前記地中聴音部の一部を形成するマイクロプロセッサに、物理的に具体的に 表現されて、内部にまたは外部に示され、または電気的にタグ付けされ、あるい は、バーコードなどの外部表示として示される。これらは全て、既存のハードウ ェアを使用した無線方法によって読取ることもできる。 無線遠隔計測手段は、好ましくはディジタル型であり、専用の無線システムを 備えてもよく、あるいは、セルーラ方式の無線システムによって提供されてもよ い。 他の局面から、本発明は、複数の地中聴音部を測定対象の地形にわたる配列で 配置し、一連の地震信号を生成して、前記地中聴音部によって収集された地震デ ータを生成し、各前記地中聴音部のデータを該地中聴音部に記憶し、無線遠隔計 測を使用して、同時にまたは後で中枢位置に前記データを送信することを特徴と する地震観測方法を提供する。 本発明の実施例を単なる例として以下の図面を参照しながらここに記述する。 図１は、地震観測システムの概略図である。 図２は、このシステムに使用する地中聴音ユニットの一形態を示すブロック図 である。 図３は、無線周波数の割り当てを示す観測領域の概略図である。 図４は、このシステムで使用する中央制御部のブロック図である。 図１によれば、観測対象の地形の「予想」または領域にわたってなされる地震 観測は、複数の地中聴音ユニットまたはリモート捕捉ユニット（以後、ＲＡＵと 略す）１０が周知の場所、典型的には規則的な配列、に配置されて行われる。本 発明のシステムにおいて、各ＲＡＵ１０は、無線遠隔計測を使用する中央制御ユ ニット（以後、ＣＣＵと略す）１２から信号を受信し、ＣＣＵ１２へ信号を送信 する。 この配列は符号１４で示される複数の区域に区画することができ、各区域は、 送信機／受信機あるいは区域アクセス節点（以後、ＣＡＮ略す）１６を備えてい る。この区画は地形の特徴に応じて行なわなければならないが、いずれにしても ＲＡＵ１０は低電力で済むのでサイズおよびコストを削減できて好都合である。 図２は、図１のシステムで使用できるＲＡＵ１０単体を示している。ＲＡＵ１ ０は、図２の２０において、一つの従来の地中聴音器または（複数）列の地中聴 音器を使用して、速度情報をアナログ形式で、プリアンプおよびフィルタ段２１ を経由してＡ／Ｄ変換器２２に提供する。このディジタル化された情報は２４に 保存され、ＣＡＮ１６から受信された制御信号に従ってＣＡＮ１６に送信機／受 信機２６を経由して送信される。 ＲＡＵ１０は、電源２８および制御電子回路部３０をさらに備えている。電源 ２８は、好ましくは、再充電式電池または使い捨て型電池を含み、より好ましく はソーラーパネルでもよい。 ＲＡＵ１０のそれぞれは、記憶部２４の２４ａで示されるような専用の記憶領 域に記憶される個別のコードによって識別される。 制御電子回路部３０は、プリアンプ２１の操作を２つの方法で制御する。 第一に、プリアンプ１２のゲインは、地震信号源の位置から特定のＲＡＵ１０ までの距離と相関関係に調整され、これにより源からの距離が遠いほど、感度が より良くなる。源の位置が替わった時に、この調整を適切に行って替えれば、Ｒ ＡＵはそのまま据え付けておける。 第二に、ゲインは、地震信号源からの返答が衰えるにつれて時間経過に伴って 変化させてもよく、その衰退に応じて、信号の電圧を上げるのに使用される前置 増幅を増加させることによって変化させてもよい。例えば、あるＲＡＵが地震信 号源の近くにあるとき、そのＲＡＵの初期ゲインは２⁰に設定することができる 。この値は、信号の第１秒目に使用され、続く秒毎に、２¹、２²、および２³と 増加する。一方、遠い位置にあるＲＡＵの初期ゲインは２⁴にセットされ、２⁵、 ２⁶、および２⁷と増加する。これら２つの因子はＣＣＵ１２からプログラムでき る。 制御電子回路部３０は、ディジタル無線遠隔計測の操作の制御も行う。すなわ ち、出力を変化させて、どの特定のＣＡＮ１６関しても、特定のＣＡＮ１６に記 録を行うＲＡＵ１０の台数および特定のＣＡＮ１６からＲＡＵ１０への距離をプ ログラムでき、地震調査の設計を柔軟なものにすることができる。これらの因子 もＣＣＵ１２からプログラムできる。 作用において、ＣＣＵ１２は、地震信号源の始まりより前に、信号を送信して ＲＡＵ１０を間接的に起動し、そして、各ユニットは特定の期間データを保存し て、その後信号を送信する。ＣＡＮ１６は対応するＲＡＵ１０とそれぞれポーリ ングして、各ＲＡＵに識別コードを先頭に付した保存情報を送信させる。異なる 区域１４内に異なる周波数を使用することによって、各区域とのポーリングが同 時に可能となる。ポーリングはＣＡＮ１６が少数の広帯域無線連結、あるいはデ ータケーブルまたはファイバオプティク連結を介してＣＣＵ１２と通信すること によって行われる。 変更態様において、各ＲＡＵは、メモリ、制御電子回路部および送信機／受信 機を一台ずつ備えた地中聴音器を２つ以上備えたものを使用しても良い。 区域の形状およびサイズは、無線送信機の距離範囲、地形、障害物によって決 まり、さらに天候にも多少左右される。特定の区域内のＲＡＵは、一つの無線周 波数で動作する。隣接する区域は、異なる周波数で動作する。 遠隔計測システムは、隣り合わない区域では同じ周波数を再使用することが可 能である。図３は、尾根（等高線３７で示される）を含む観測領域についてこれ を説明している。無線トランシーバは範囲が限定されているが、その範囲外にな ると、特定の周波数は他の区域で再利用可能である。従って、無線周波数はロー リングに基づいて再利用でき、システムに必要な周波数の数を最小限にできる。 無線システムは、低い出力において２．４ＧＨｚ周波数帯で特に動作する。こ のオーダーの高周波は、距離が離れると急速に衰退するので、数に限りのある周 波数を、数限りない区域に使用することができる。２．４ＧＨｚ周波数帯は、多 くの領土においても無許可で使用できる帯域なので特に好ましい。 複数の異なる区域から信号を受信するＣＡＮの場合、システムのソフトウエア により微弱な信号を取り除くことによって信号の二重化から分離することができ る。 ２４ビットの情報は５００Ｈｚの反復レート（サンプルレート２ミリ秒）で生 成する各地中聴音器によって適切に分解されるであろう。ポーリングシステムの バンド幅の制限はＲＡＵ１０またはＣＡＮ１６における周知のデータ圧縮技術の 使用によって緩和でき得る。 一例として、２ミリ秒間隔で２４ビットをサンプルする場合は、各地中聴音ユ ニット毎のデータ転送速度は最大１２キロビット／秒であり、８０台の地中聴音 ユニットを有する一つのセクタの場合は、セクタ基地局は最大１メガビット／秒 のデータ転送速度を有するであろう。このデータ転送速度に適したものとして、 低価格の無線遠隔計測モジュールが利用可能であり、例えば、ハリス セミコン ダクター リミテッドの「プリズム(Ｐｒｉｓｍ)」無線チップセットは４メガビ ット／秒まで操作できる。 図４は、ＣＣＵの好適な一態様を示している。データは公知タイプの市販で入 手可能な地震捕捉記録ユニット４４で捕捉される。これが４６で定期的なショッ トコマンドを発行する。各ショットコマンドは同期パルス発生器４８に一つの同 期パルス１を発生させ、これにより地中聴音器が起動され、さらに、連続した定 期的な同期パルス２_iを発生させ、これによりポーリングを制御する。これらの 同期パルスは５０で符号化され送信／受信スイッチ５２を経由して転送される。 さらに、同期パルスは受信機および複合器５４への入力データ信号にゲートをか け、記録ユニット４４にデータを供給する。 ＣＣＵの別態様において、このサンプリング間隔は段階的に狭くなる。一例と して、２ミリ秒毎のサンプリングを全部で４秒行う代わりに、サンプリングレー トを第１秒目では毎秒２ミリ秒、第２秒目では毎秒４ミリ秒、さらに第３秒目で は毎秒６ミリ秒、そして第４秒目では毎秒８ミリ秒としてもよい。これは、高周 波情報は低周波の情報に比較して減衰されるからであり、そのため、入力時点が さらに古い情報は、測定されるべき高周波がより微弱となり、サンプリングレー トを小さくできる。 勿論、ＲＡＵ１０の各位置を定義する情報をＣＣＵ１２に持たせる必要はある 。これは、現在のところは有線システムでは実現されているが、従来の観測によ って事前にマークされた位置にＲＡＵを固定することによって実現することがで きる。どのＲＡＵがどの位置にあるかを定義する情報をロードする手助けとして 、各ＲＡＵは機械が読取可能な、外部のラベル、例えばユニット独自の識別コー ドを付した一般的なバーコードを都合に合わせて備えてもよい。これにより、ユ ニットを設置する職員がロケーション番号と対応する地中聴音器コードとを簡単 な方法で携帯記録装置に記録でき、この携帯記録装置から中央制御部１２に後で ダウンロードできる。 別の態様として、各ＲＡＵが電子位置決め手段を含んでもよく、これにより、 ＲＡＵを事前の調査の必要無しに地形上に配置でき、その後ＣＣＵ１２によって ＲＡＵ１０からの位置データをポーリングすることにより、各ＲＡＵの位置を確 定できる。このような電子位置決め手段はＧＰＳシステムによって提供できる。 位置決め精度はディファレンシャルＧＰＳ（以後、ＤＧＰＳと略す）の使用によ って改善できる。各ＲＡＵ毎にＤＧＰＳの費用は掛かるが、ＲＡＵの位置が固定 されるので、ＲＡＵを設置した時に位置情報がＲＡＵにロードでき、これは赤外 線、無線あるいは他の好適手段、すなわち、バーコードリーダをも含む携帯のＤ ＧＰＳ装置からリンクする短い距離範囲のデータ転送手段によって都合よく行う ことができる。 別の態様として、各区域のＣＡＮの位置は、ＣＡＮ内のＧＰＳレシーバによっ て固定でき、ＣＡＮに関連する各ＲＡＵの相対位置は、相対的に単純なローカル システムによって定義される。 一つの周波数で、ＣＣＵ１２から間接的に多数のＲＡＵ１０にコマンドが送ら れ、多くの異なる周波数で、データが逆の順番で送られる専用の無線遠隔計測シ ステムの使用が恐らく要求されるであろう。しかしながら、ある場所では、コマ ンドもデータもどちらもセルーラ方式電話に類似したシステムを使用することも できるかもしれない。 他の変更態様および改良は、後述の請求項において定義されるように上述の本 発明の範囲内で可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 スミス ジョン グラント フレイベル イギリス国 スターリング エフケイ９ ４エヌエフ スターリング ユニバーシテ ィ イノベーション パーク サイオン ハウス バイブレーション テクノロジー リミテッド (72)発明者 ウェラン ジョン クリストファー イギリス国 スターリング エフケイ９ ４エヌエフ スターリング ユニバーシテ ィ イノベーション パーク サイオン ハウス バイブレーション テクノロジー リミテッド (72)発明者 ハミルトン デイビッド ジェイムズ イギリス国 スターリング エフケイ９ ４エヌエフ スターリング ユニバーシテ ィ イノベーション パーク サイオン ハウス バイブレーション テクノロジー リミテッド (72)発明者 サンドハム ウィリアム アレクサンダー イギリス国 スターリング エフケイ９ ４エヌエフ スターリング ユニバーシテ ィ イノベーション パーク サイオン ハウス バイブレーション テクノロジー リミテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．測定対象の地形にわたる配列で配置される多数の地中聴音部を備えた地震捕 捉システムにおいて、前記地中聴音器のそれぞれが、地中聴音器の位置の地 表の震動を示すディジタルデータを取得する手段と、中央制御部から命令信 号を受取るとともに、命令に応じて、前記中央制御部に前記ディジタル信号 を送信する無線遠隔計測手段と、を備えたことを特徴とする地震捕捉システ ム。 ２．請求項１に記載の地震捕捉システムにおいて、前記測定対象の地形が多数の 区域に分割され、該区域のそれぞれが、複数の地中聴音部および区域アクセ ス節点を含むことを特徴とする地震捕捉システム。 ３．請求項２に記載の地震捕捉システムにおいて、所定の区域内の前記複数の地 中聴音部が、所定の周波数で、前記無線遠隔計測手段を使用して前記区域ア クセス節点と通信することを特徴とする地震捕捉システム。 ４．請求項３に記載の地震捕捉システムにおいて、前記各区域内における通信は 、高周波（２．４ＧＨｚ周波帯域）低出力であることを特徴とする地震捕捉 システム。 ５．請求項３または４に記載の地震捕捉システムにおいて、所定の周波数が前記 地形内の隣り合わない多数の区域に使用されることを特徴とする地震捕捉シ ステム。 ６．請求項２乃至５の何れかに記載の地震捕捉システムにおいて、前記区域アク セス節点が、前記中央制御部と、無線によって、有線によって、あるいはフ ァイバオプティック連結によって、通信することを特徴とする地震捕捉シス テム。 ５．請求項３および４に記載の地震捕捉システムにおいて、前記各区域内におけ る通信は、高周波（２．４ＧＨｚ周波帯域）低出力であることを特徴とする 地震捕捉システム。 ７．上述の請求項の何れかに記載の地震捕捉システムにおいて、前記ディジタル データを取得する手段が、アナログ／ディジタル変換器に接続され、速度を 測定するアナログ地中聴音測器を備えたことを特徴とする地震捕捉システム 。 ８．前述の請求項の何れかに記載の地震捕捉システムにおいて、前記地中聴音部 が、前記データを短期間記憶するとともに、特有の識別子を永久的に記憶す るメモリを備えたことを特徴とする地震捕捉システム。 ９．前述の請求項の何れかに記載の地震捕捉システムにおいて、前記地中聴音部 のそれぞれが、プリアンプとプリアンプ制御手段とを有することを特徴とす る地震捕捉システム。 10．前述の請求項の何れかに記載の地震捕捉システムにおいて、前記プリアンプ 制御手段が、監視されている地震信号源の場所から前記地中聴音部までの距 離および／または時間の関数として、前記プリアンプのゲインおよび／また は動作時間窓を制御することを特徴とする地震捕捉システム。 11．請求項８に記載の地震捕捉システムにおいて、前記地中聴音部のそれぞれが 、独自のコードを有し、該コードが、前記地中聴音部の一部を形成するマイ クロプロセッサに、物理的に具体的に表現されて、内部にまたは外部に示さ れ、あるいは電気的にタグ付けされ、あるいは、バーコードなどの外部表示 として示されることを特徴とする地震捕捉システム。 12．前述の請求項の何れかに記載の地震捕捉システムにおいて、前記無線遠隔計 測手段がディジタル型であることを特徴とする地震捕捉システム。 13．複数の地中聴音部を測定対象の地形にわたる配列で配置し、 一連の地震信号を生成して、前記地中聴音部によって収集された地震データ を生成し、各前記地中聴音部のデータを該地中聴音部に記憶し、無線遠隔計 測を使用して、同時にまたは後で中枢位置に前記データを送信することを特 徴とする地震観測方法。 14．請求項１３に記載の地震観測方法において、前記観測地形を複数の区域に区 画し、該各区域が複数の地中聴音部と区域アクセス節点を含み、前記データ を前記各地中聴音部から対応する前記区域アクセス節点に無線遠隔計測によ って送信し、さらに、各区域アクセス節点から前記中枢位置に無線あるいは ファイバオプティク連結によって送信することを特徴とする地震観測方法。