無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在錄井?dāng)?shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

崔苗苗(長(zhǎng)城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤(pán)錦 124010)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進(jìn)步，使得無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度越來(lái)越快，為錄井的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)與遠(yuǎn)距離技術(shù)診斷提供了技術(shù)支持，通過(guò)搭建無(wú)線(xiàn)傳感器系統(tǒng)，更加有利于安裝和維護(hù)，有效減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。數(shù)據(jù)普遍呈現(xiàn)分散狀態(tài)，不便于深挖儲(chǔ)層信息，難以進(jìn)行綜合運(yùn)用，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)與處理創(chuàng)造了條件。

1 RTK技術(shù)基本原理

1.1 常規(guī)RTK技術(shù)及其局限性

RTK技術(shù)屬于GPS差分定位的一種形式，將差分GPS和數(shù)傳技術(shù)相融合，通過(guò)解算進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在短時(shí)間內(nèi)獲得高精度位置數(shù)據(jù)，RTK技術(shù)的基本原理是基于兩個(gè)測(cè)站的載波相位上的，把載波觀(guān)測(cè)量和基準(zhǔn)站坐標(biāo)數(shù)據(jù)共同傳輸至移動(dòng)站。構(gòu)成相位差分觀(guān)測(cè)值進(jìn)行處理，確定觀(guān)測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)高精度。RTK技術(shù)是以流動(dòng)站和基準(zhǔn)站誤差強(qiáng)相關(guān)作為基礎(chǔ)。當(dāng)兩者距離較近時(shí)，使用一個(gè)歷元的觀(guān)測(cè)資料便能夠得到高精度的定位結(jié)果。由于流動(dòng)站與基準(zhǔn)站距離的增加，誤差相關(guān)性逐漸減少，致使定位精度不斷減小，當(dāng)距離超過(guò)50 km時(shí)，常規(guī)RTK單歷元的精度只能達(dá)到分米級(jí)[1]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的基本原理

此技術(shù)的基礎(chǔ)原理是利用廣域差分GPS與擁有多個(gè)基準(zhǔn)站的局域差分GPS的基本方法，在一定范圍內(nèi)均勻地設(shè)置多個(gè)基準(zhǔn)站，形成基準(zhǔn)站網(wǎng)，降低系統(tǒng)誤差的影響，得到準(zhǔn)確的定位。網(wǎng)絡(luò)RTK包括基準(zhǔn)站網(wǎng)、信息處理中心與移動(dòng)站幾部分。基準(zhǔn)站需擁有一臺(tái)雙頻全波長(zhǎng)GPS接收器，此接收機(jī)能夠測(cè)出準(zhǔn)確的雙頻偽距測(cè)量值，已知基準(zhǔn)站的具體坐標(biāo)，可運(yùn)用長(zhǎng)時(shí)間GPS靜態(tài)定位的方式進(jìn)行確定。基準(zhǔn)站需根據(jù)一定的采樣率實(shí)行連續(xù)觀(guān)測(cè)，利用數(shù)據(jù)通信鏈及時(shí)把數(shù)據(jù)傳輸至處理中心，按照相應(yīng)的近似坐標(biāo)便能夠確定由幾個(gè)基準(zhǔn)站形成三角形內(nèi)，再按照觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算出系統(tǒng)誤差，再傳輸給流動(dòng)用戶(hù)進(jìn)行優(yōu)化得到準(zhǔn)確的結(jié)果。線(xiàn)形衰減單點(diǎn)誤差模型會(huì)被區(qū)域型模型所替代，通過(guò)多個(gè)參考站構(gòu)成的GPS網(wǎng)絡(luò)預(yù)估一定區(qū)域的GPS誤差模型，為校正操作提供數(shù)據(jù)參考。用戶(hù)接受到的并非真實(shí)參考站的觀(guān)測(cè)信息，是虛擬參考站的數(shù)據(jù)或距離較近的某個(gè)參考網(wǎng)格的校正數(shù)據(jù)，所以網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)也被叫做虛擬參考站技術(shù)。

2 通訊基站構(gòu)建技術(shù)

2.1 基站的選址

為最大程度節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，基站選址要盡量選在場(chǎng)地分布密集并且地勢(shì)高的地點(diǎn)，選擇位置過(guò)程中要確保收發(fā)單元互相可以有效實(shí)現(xiàn)信號(hào)交互。借助通視性分析工具，能夠?qū)h(yuǎn)距離和有障礙物遮擋的兩點(diǎn)間的通視情況做出測(cè)算，為選址提供參考。更要綜合考慮地形地貌與氣候等因素?；緳C(jī)房中包括電源、光纖交換機(jī)、路由器、UPS等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過(guò)交換機(jī)把專(zhuān)線(xiàn)端口和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋連接好。

2.2 專(zhuān)線(xiàn)鏈路

運(yùn)用目前已有的通訊基站高塔，按照實(shí)際需求，設(shè)置多個(gè)無(wú)線(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)接入終端，達(dá)到無(wú)死角網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋。選擇合適位置放置一臺(tái)套無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋，實(shí)現(xiàn)同無(wú)線(xiàn)接入點(diǎn)進(jìn)行通訊。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為路由器，進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。在錄井現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)約為8 m的通訊鐵桿，在上部位置安裝無(wú)線(xiàn)網(wǎng)橋。若遠(yuǎn)端現(xiàn)場(chǎng)離基地較遠(yuǎn)，無(wú)法傳輸數(shù)據(jù)到基地，在兩端終點(diǎn)放置對(duì)接網(wǎng)橋，在中基站部署發(fā)射用網(wǎng)橋，設(shè)置好對(duì)應(yīng)參數(shù)，在遠(yuǎn)端部署一個(gè)接受用網(wǎng)橋，可將遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)傳輸?shù)交亍?/p>

3 無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)

3.1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的選擇

錄井現(xiàn)場(chǎng)的傳感器有很多，可以測(cè)量溫度、密度、回壓、套壓等數(shù)據(jù)。按照實(shí)際布置情況，傳感器一般被布置在幾十米的范圍內(nèi)，不會(huì)超過(guò)100 m，短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)即可達(dá)到要求，數(shù)據(jù)傳輸方法包括wifi、Zigbee、藍(lán)牙和紅外傳輸?shù)龋t外傳輸具有不會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線(xiàn)電干擾的優(yōu)勢(shì)，但易被人為活動(dòng)和鉆井設(shè)備所阻擋，影響正常傳輸，藍(lán)牙設(shè)備的體積較小，但需要經(jīng)常更換電池，并且數(shù)據(jù)傳輸量小，會(huì)增加傳輸成本，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)的功耗大，無(wú)法確保其長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作，Zigbee技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，傳輸速率偏低，耗電量小，覆蓋面積廣，傳輸穩(wěn)定，適用于多節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)布置，并且成本不高，能夠滿(mǎn)足實(shí)際需要[2]。

3.2 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

采用Zigbee技術(shù)搭建的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括分布式與集中式，分布式結(jié)構(gòu)中對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分部管理，相互之間可以通信，具有多跳轉(zhuǎn)發(fā)、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)殇浘F(xiàn)場(chǎng)傳感器設(shè)置較為密集，相互之間距離較近，分布式方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)有著較高的要求。集中式結(jié)構(gòu)中的傳感器節(jié)點(diǎn)可將信號(hào)直接發(fā)送至控制中心，再進(jìn)行后續(xù)處理與發(fā)送。對(duì)錄井傳感器系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若數(shù)量不多，安裝結(jié)束后不移動(dòng)，傳感器需反復(fù)利用，各節(jié)點(diǎn)間無(wú)需建立通信，節(jié)點(diǎn)和控制中心之間僅是數(shù)據(jù)傳輸，不涉及控制，只需將井場(chǎng)覆蓋就可以，所以要不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，集中式更為合適。傳感器節(jié)點(diǎn)運(yùn)用形狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器屬于采集終端，把收集的數(shù)據(jù)上傳至井場(chǎng)處理系統(tǒng)中，處理結(jié)束后，傳輸?shù)綗o(wú)線(xiàn)接收系統(tǒng)中，最終將信息存儲(chǔ)在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4 井場(chǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

4.1 井場(chǎng)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)

錄井現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)類(lèi)型繁多，均處于分散存儲(chǔ)狀態(tài)，不便于對(duì)數(shù)據(jù)的深入運(yùn)用，搭建無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，有利于獲得儲(chǔ)層油氣性的關(guān)鍵信息，并覆蓋全部井場(chǎng)范圍，對(duì)傳輸速率有一定的要求，網(wǎng)絡(luò)中心設(shè)置在錄井儀器房，平穩(wěn)供電，不受功耗影響，符合使用標(biāo)準(zhǔn)。要裝設(shè)一個(gè)井場(chǎng)數(shù)據(jù)專(zhuān)用服務(wù)器，用來(lái)保存各種數(shù)據(jù)，再將其同錄井儀路由器相連，獲取錄井儀中的數(shù)據(jù)，還要和地質(zhì)計(jì)算機(jī)相連，收集地質(zhì)數(shù)據(jù)。建立井場(chǎng)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)的重點(diǎn)在于無(wú)線(xiàn)路由器的連接，借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)卡和井場(chǎng)服務(wù)器相連，使用手機(jī)也能夠?qū)崿F(xiàn)連接，便于信息瀏覽。

4.2 數(shù)據(jù)深入應(yīng)用

利用無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)服務(wù)器能夠收集存儲(chǔ)各種類(lèi)型數(shù)據(jù)，形成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，在這個(gè)基礎(chǔ)之上，研發(fā)各種應(yīng)用程序，便于調(diào)用其中數(shù)據(jù)，深入挖掘數(shù)據(jù)內(nèi)涵。以報(bào)表模式公布各種數(shù)據(jù)，通過(guò)曲線(xiàn)的形式呈現(xiàn)各項(xiàng)參數(shù)。基于數(shù)據(jù)庫(kù)研發(fā)隨鉆解釋系統(tǒng)，進(jìn)行解釋評(píng)價(jià)。將各個(gè)錄井之間進(jìn)行比較，構(gòu)建對(duì)比模板，與鄰井?dāng)?shù)據(jù)展開(kāi)對(duì)比，達(dá)到地層對(duì)比和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的目的，對(duì)預(yù)測(cè)地質(zhì)壓力，計(jì)算鉆頭效率，評(píng)價(jià)機(jī)械比能，改進(jìn)施工方法[3]。

4.3 井場(chǎng)WIFI技術(shù)

在已搭建好的遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)AP天線(xiàn)與接入點(diǎn)，半徑為200 m的范圍內(nèi)為信號(hào)區(qū)域，技術(shù)人員能夠借助WIFI網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)講、在線(xiàn)瀏覽、日常檢查等操作。

5 CDMA工作原理及系統(tǒng)構(gòu)成

5.1 CDMA數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

CDMA數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)已被廣泛運(yùn)用，采集被控制端的信息，加密后經(jīng)過(guò)CDMA網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，接收后，再根據(jù)特定的應(yīng)用信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的主站，經(jīng)解密并還原之后，采用指定的格式進(jìn)行發(fā)送。調(diào)度中心將指令下達(dá)給主站，將數(shù)據(jù)加密后傳輸至數(shù)據(jù)交換平臺(tái)，根據(jù)應(yīng)用號(hào)與地址傳給無(wú)線(xiàn)通信終端，從無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)終端傳給被控制端，達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

5.2 數(shù)據(jù)交換平臺(tái)的功能是將主站和站端之間的信息交互。

能夠?yàn)槎鄠€(gè)終端實(shí)行數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)運(yùn)用IP過(guò)濾技術(shù)能夠有效預(yù)防非CMNET網(wǎng)段用戶(hù)的入侵，但因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在CDMA子網(wǎng)外，IP過(guò)濾僅起到安全防護(hù)的作用，難以準(zhǔn)確識(shí)別使用偽裝技術(shù)的非法用戶(hù)，因?yàn)榇讼到y(tǒng)屬于專(zhuān)業(yè)化的服務(wù)系統(tǒng)，訪(fǎng)問(wèn)客戶(hù)是預(yù)定的，通過(guò)這一特征，在系統(tǒng)中引入了用戶(hù)ID與密碼驗(yàn)證技術(shù)，在系統(tǒng)中保存了全部客戶(hù)端的MAC地址與密碼，在通過(guò)IP過(guò)濾后，還需對(duì)ID號(hào)與密碼進(jìn)行驗(yàn)證，至于系統(tǒng)外的非法用戶(hù)，得到合法的MAC地址與密碼會(huì)非常困難，因此可大幅度提高系統(tǒng)安全性。軟件使用USB接口硬件加密裝置，各個(gè)軟件會(huì)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的標(biāo)識(shí)與密文。運(yùn)用非線(xiàn)性組合的方法設(shè)置加密秘鑰，此方法是利用了非線(xiàn)性函數(shù)，和密鑰流發(fā)生器相組合，達(dá)到保密效果，由LFSR與非線(xiàn)性函數(shù)設(shè)計(jì)構(gòu)造所形成的PN序列能夠承受任意密碼攻擊，在整體通信系統(tǒng)中主要應(yīng)用32級(jí)LFSR，設(shè)計(jì)密鑰流發(fā)生器?；局烈苿?dòng)臺(tái)之間的通信線(xiàn)路即反向W-CDMA信道，反向鏈路分為業(yè)務(wù)信道與接入信道，各個(gè)信道中又包含一個(gè)反向?qū)ьl信道，其中還具有一個(gè)信令信道。反向CDMA信道涉及接入信道與反向業(yè)務(wù)信道。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，全部數(shù)據(jù)都要進(jìn)行加密處理。通常情況下，加密方式分為內(nèi)部與外部?jī)煞N，使用卷積編碼的方法對(duì)數(shù)據(jù)序列予以處理，再開(kāi)展塊交織，此方式即外部加密，先編碼、再加密、最后進(jìn)行譯碼的方法被稱(chēng)為內(nèi)部加密。系統(tǒng)運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)DES算法對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)的運(yùn)輸安全性，有權(quán)限用戶(hù)才可以使用業(yè)務(wù)平臺(tái)。將CRC驗(yàn)證技術(shù)應(yīng)用在所有數(shù)據(jù)包中，不能通過(guò)驗(yàn)證則為無(wú)效包，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6 新型技術(shù)

遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)寬帶組網(wǎng)技術(shù)可按照各種施工環(huán)境制定合適的方案，可很好適應(yīng)各種自然環(huán)境，有效解決了帶寬不夠與穩(wěn)定性差等問(wèn)題，使各種設(shè)備都可以很好的接入到局域網(wǎng)中，大幅減少了生產(chǎn)管理成本，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)化、維護(hù)自動(dòng)化、管理信息化。

6.1 超大面積組網(wǎng)技術(shù)

使用通訊基站+無(wú)線(xiàn)收發(fā)終端覆蓋的模式，有利于大數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)高速傳輸，最高速度可達(dá)千兆，單塔覆蓋面積超過(guò)1 000 m2，具有超大覆蓋面積與大傳輸量的優(yōu)勢(shì)。

6.2 智能無(wú)線(xiàn)信號(hào)尋向技術(shù)

高度集成遠(yuǎn)控機(jī)電設(shè)備、羅盤(pán)尋向、云臺(tái)遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，在終端能夠控制發(fā)射端天線(xiàn)，和接收端進(jìn)行高效對(duì)接，達(dá)到規(guī)定要求，強(qiáng)化穩(wěn)定性，無(wú)線(xiàn)寬帶組網(wǎng)技術(shù)可被應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達(dá)的山區(qū)、沙漠、海上等地區(qū)，有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過(guò)遠(yuǎn)程無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、檢測(cè)和管控，整理并分析實(shí)時(shí)資料，提升工作效率。

7 結(jié)語(yǔ)

要不斷加大對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究力度，最大限度利用通信技術(shù)，創(chuàng)新錄井?dāng)?shù)據(jù)采集方法。發(fā)揮出鉆井現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)中心作用，搭建無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)、安置井場(chǎng)數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，組建相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，拓展多種功能，提高錄井技術(shù)的整體水平。