1、成果水平及专利情况

（1）成果水平：   

本课题组针对地震数据采集、微地震信号采集及其传输存储相关技术开展了近6年的研究，经过了多次软硬件升级优化及技术改进，已经成功开发了系列无线数字地震仪及适应复杂山地施工的多波地震勘探系统，并成功申请国家发明专利5项，同时在国内外的学术期刊发表近50篇相关学术论文，所应用技术达到国际先进水平。

（2）专利情况（相关技术已申请以下5项国家发明专利）

①一种可动态配置信号处理系统。已授权，专利号：ZL201010263601.3

②一种山体滑坡临滑声波监测装置。已授权，专利号：ZL201010127789.9

③一种地表裂缝信息动态分级采集方法。已授权，专利号：ZL20110001901.9

④无线遥测式地震信号采集系统 。已受理，申请号：201210000012.5

⑤无线分布式自组网。已受理，申请号：201210000011.0

2、项目内容

整个仪器以对地震信号的采集、处理、存储、显示为主线，结合基于高速以太网平台组建的无线自组网子系统，构建完整的高性能地震信号采集系统。每个单站采用MEMS地震传感器、电子罗盘、角度传感器、陀螺仪组合形成多功能检波器并且集成多路并行采集通道，配合可动态配置信号调理模块、高精度和高采样率的A/D转换器提高信号采集带宽，并依此来构建单站挂接四路三分量检波器的信号采集站，单站的参数可远程配置，且具有现场质量控制功能，非常适于复杂环境下的工程勘探，且由于移除了多个附加配件，从而缩小了设备的体积和重量，降低了施工布线的复杂性。

整个设备主要划分为以下几个部分：多功能检波器、有线信号采集站、无线信号采集站、通信网络系统、现场控制中心、GPS授时系统、供电电源等。系统以无线自组网为核心，基于双ARM和FPGA平台，采用IP软核、嵌入式操作系统、可动态配置信号调理、并行双缓存采集存储等技术，保证了设备的性能和集成化程度。从根本上解决了无线信号采集站的采集同步和非均匀采样问题。

3、成果技术特点（含主要技术指标）

（1）基于无线自组网与有线传输系统混合组网，提高了仪器在复杂环境条件下的施工能力，增强了仪器布线施工的灵活性。

（2）采用FPGA嵌入式平台，开发定制集成多种功能的IP软核，提高采集装置的集成化程度，缩小设备体积，提高了设备的便携性及抗干扰能力。

（3）实现数字检波器的线性信号叠加。即实现检波器三轴至单轴的一致性组合叠加，使得数字检波器达到模拟检波器“组合检波”的效果，在保证原始信号保真性的同时提高地震信号的信噪比。

（4）改进多个采集站的时钟同步问题。利用远距离网络时钟同步，改善传统GPS授时系统在山高林密、雨雾天多等GPS信号不佳情况下的同步问题。

（5）修正水平分量检波器的方位角偏差。即通过电子罗盘、陀螺仪获取传感器的精确方位信息，为转换波处理中水平分量检波器提供修正参考坐标。

（6）基于QT平台开发兼容多种平台的集控制、采集、显示、存储、预处理、分析为一体的多功能操作软件，并集成了数据压缩算法、预处理功能来改进系统的质量控制功能，采用高效的微地震定位算法配合三维可视化成图及GIS发布终端，直观显示微地震监测效果，提高软件操作的人性化。

主要技术指标：

◆采样率：0.0625ms、0.125ms、0.25ms、0.5ms、1ms、2ms可选；

◆采样长度：1024、2048、4096、8192、16384点可选，可实时采集；

◆输入动态范围：>120dB；

◆可控增益：0~36dB可调；

◆同步精度：优于10μs；

◆数据位宽：24位；

◆频响范围：0 Hz~800 Hz；

◆采样延时：0ms~1000ms可选；

◆操作系统：Windows XP/Windows 7&8/Linux；

◆数据格式：SEG-2、SEG-Y可选或自定义格式；

◆触发方式：内、外触发可用锤击开关、爆破、电火花触发，也可断线或接通触发；

◆操作温度：-10℃~60℃；

◆功耗：数据采集站<8W，数字检波器<5W。

4、应用范围

地震稳定性监测、地质灾害监测、地质调查、数据采集、油气勘探等领域。

5、技术成熟度

已有成熟的野外试验样机，尚需进行工业化生产和应用试验。

6、投资估算及资金来源

项目总投资3000.00万元。其中已获落实资金中，国防科工局计划项目投资900.00万元，国家自然科学基金重大科研仪器设备研制专项投资600.00万元，中石油横向委托投资120万元，四川省科技支撑计划投资50万元。

7、市场前景及经济效益分析

（1）市场前景分析

一种能够可靠的解决实际问题、价格适当同时具有自主知识产权的高性能微震监测系统，尤其是针对我国诸多复杂的地质环境下，开发能在地面布设的微震监测系统，更具有实际应用和推广价值，不仅突破国外的技术垄断，更能提升我国在微震监测预警系统研究方面的整体水平，使其在解决我国当前所面临的实际问题中发挥应有的作用，同时结合我国的市场需求来看，高性能监测系统及多功能监测反演软件的研发具有更广泛的应用前景和使用价值。

（2）经济社会效益分析

根据前期的调研结果显示，国内大坝、桥梁隧道、矿山开采、各种地下洞库数量庞大，且绝大多数当地管理人员对这些设施的当前状态并无较好的监测手段，因此对微震监测系统来说也是一个契机。对应产品竞争方面来说，国内目前仅有一家单位在生产，且其性能与国外仍有较大差距，而国外的设备价格较高，大多数单位无法承担应用所需的费用。因此，通过本项目开发的仪器，综合国内外产品的优势和性能，结合国内多个领域实际需求，开发国产化的仪器具有很大的竞争优势。为降低销售成本，以每套利润在200万元计算（包括施工方案设计及数据处理分析），保守估计全国每年需求应在120套左右，其经济利益可达2.4亿元；而在民生工程建设中，多个领域的施工应用能够很大程度上降低应用单位财产的损失和人员伤亡，这类社会效益是无法估量的，当然，系统在环境监测领域如核废物处置库监测的良好应用所带来的环境效益更是无法估计。

同时，在代表性监测区域的布线施工方式，以及典型不同监测对象所进行平台建设还具有重要的示范作用，能带动云南、四川、贵州等山地丘陵地区或地质灾害频发的地区的产业化升级。

8、合作方式

（1）样机产品化（约需15~18个月）

包括产品工艺设计、软件功能改进及野外试验。主要是结合样机产品化及野外应用需求，改进样机整机工艺，提供系统的可靠性、稳定性，并结合现场应用需求进一步改进优化，适应复杂环境下施工条件；为提高产品在推广过程中的竞争力及产品功能完善，结合应用对象需求开展软件功能扩展及数据库功能扩展，尤其是数据分析算法的优化，提供微地震监测精度及处理速度，包括软件的可视化界面优化；系统精度的保证需要大量试验及样本数据的支撑，样机改进过程中需要选取不同监测对象进行长期的试验，并修正相应参数库，提供系统应用的兼容性。

需要投入估算：样机工艺改进及样品试制投资200万元；软件功能改进、算法改进、可视化界面开发等需投资360万元；样本数据及参数库获取野外试验需投资120万元。总计680万元。

（2）小批量试制（约需1年时间）

①．建立试制生产线（可年产50台）；

②．送检产品，获得相关职能部门检测合格报告；

③．通过典型监测对象试用，获取示范工程样板及参数库，推广产业化（主要集中在云、贵、川等地区）；

④．获省级以上具有施工资质部门的现场检测认定，产品许可证书；

⑤．进行科技成果技术鉴定；

⑥．形成年产150台以上的可行性分析报告。

需要投入估算：生产设备及原材料投资220万元；多个典型示范基地建设400万元；检测、鉴定、办证20.0万元；专业机构可行性分析报告10.0万元。总计650万元。

合作方式：引进投资方共同完成，划分技术产权20%。

（3）推广试用期

①．联合有关企业，通过有关渠道上报国家科技部，发改委等部门，获政府重大项目资金支持；

②．通过技术合作、技术咨询、技术服务的方式，由有关企业生产推广该产品；

③．通过融资，引进战略投资者，创办科技型企业，生产销售该产品。或通过专业策划，与多家相关企业，进行资源整合，组建能够上市的股份制公司，在国内多个地方同时生产销售该产品。

图1.无线遥测式地震信号采集站（V1版）

图2.无线遥测式地震信号采集站（V2版）

 

图3.采集控制软件