無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在錄井數(shù)據(jù)傳輸中的應(yīng)用

崔苗苗(長城鉆探工程有限公司錄井公司，遼寧 盤錦 124010)

0 引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速進步，使得無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度越來越快，為錄井的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)與遠距離技術(shù)診斷提供了技術(shù)支持，通過搭建無線傳感器系統(tǒng)，更加有利于安裝和維護，有效減少工作人員勞動強度。數(shù)據(jù)普遍呈現(xiàn)分散狀態(tài)，不便于深挖儲層信息，難以進行綜合運用，無線網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)的收集、存儲與處理創(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，通過解算進行數(shù)據(jù)處理，在短時間內(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測站的載波相位上的，把載波觀測量和基準站坐標數(shù)據(jù)共同傳輸至移動站。構(gòu)成相位差分觀測值進行處理，確定觀測點的三維坐標，以實現(xiàn)高精度。RTK技術(shù)是以流動站和基準站誤差強相關(guān)作為基礎(chǔ)。當兩者距離較近時，使用一個歷元的觀測資料便能夠得到高精度的定位結(jié)果。由于流動站與基準站距離的增加，誤差相關(guān)性逐漸減少，致使定位精度不斷減小，當距離超過50 km時，常規(guī)RTK單歷元的精度只能達到分米級[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與擁有多個基準站的局域差分GPS的基本方法，在一定范圍內(nèi)均勻地設(shè)置多個基準站，形成基準站網(wǎng)，降低系統(tǒng)誤差的影響，得到準確的定位。網(wǎng)絡(luò)RTK包括基準站網(wǎng)、信息處理中心與移動站幾部分。基準站需擁有一臺雙頻全波長GPS接收器，此接收機能夠測出準確的雙頻偽距測量值，已知基準站的具體坐標，可運用長時間GPS靜態(tài)定位的方式進行確定。基準站需根據(jù)一定的采樣率實行連續(xù)觀測，利用數(shù)據(jù)通信鏈及時把數(shù)據(jù)傳輸至處理中心，按照相應(yīng)的近似坐標便能夠確定由幾個基準站形成三角形內(nèi)，再按照觀測數(shù)據(jù)計算出系統(tǒng)誤差，再傳輸給流動用戶進行優(yōu)化得到準確的結(jié)果。線形衰減單點誤差模型會被區(qū)域型模型所替代，通過多個參考站構(gòu)成的GPS網(wǎng)絡(luò)預估一定區(qū)域的GPS誤差模型，為校正操作提供數(shù)據(jù)參考。用戶接受到的并非真實參考站的觀測信息，是虛擬參考站的數(shù)據(jù)或距離較近的某個參考網(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地分布密集并且地勢高的地點，選擇位置過程中要確保收發(fā)單元互相可以有效實現(xiàn)信號交互。借助通視性分析工具，能夠?qū)h距離和有障礙物遮擋的兩點間的通視情況做出測算，為選址提供參考。更要綜合考慮地形地貌與氣候等因素。基站機房中包括電源、光纖交換機、路由器、UPS等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。通過交換機把專線端口和無線網(wǎng)橋連接好。

2.2 專線鏈路

運用目前已有的通訊基站高塔，按照實際需求，設(shè)置多個無線寬帶網(wǎng)絡(luò)接入終端，達到無死角網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋。選擇合適位置放置一臺套無線網(wǎng)橋，實現(xiàn)同無線接入點進行通訊。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為路由器，進行遠程管理。在錄井現(xiàn)場建設(shè)約為8 m的通訊鐵桿，在上部位置安裝無線網(wǎng)橋。若遠端現(xiàn)場離基地較遠，無法傳輸數(shù)據(jù)到基地，在兩端終點放置對接網(wǎng)橋，在中基站部署發(fā)射用網(wǎng)橋，設(shè)置好對應(yīng)參數(shù)，在遠端部署一個接受用網(wǎng)橋，可將遠端數(shù)據(jù)傳輸?shù)交亍?/p>

3 無線傳感器技術(shù)

3.1 無線網(wǎng)絡(luò)的選擇

錄井現(xiàn)場的傳感器有很多，可以測量溫度、密度、回壓、套壓等數(shù)據(jù)。按照實際布置情況，傳感器一般被布置在幾十米的范圍內(nèi)，不會超過100 m，短距離無線通信技術(shù)即可達到要求，數(shù)據(jù)傳輸方法包括wifi、Zigbee、藍牙和紅外傳輸?shù)龋t外傳輸具有不會受到現(xiàn)場無線電干擾的優(yōu)勢，但易被人為活動和鉆井設(shè)備所阻擋，影響正常傳輸，藍牙設(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，會增加傳輸成本，無線局域網(wǎng)絡(luò)的功耗大，無法確保其長時間穩(wěn)定工作，Zigbee技術(shù)是一種無線網(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)點聯(lián)網(wǎng)布置，并且成本不高，能夠滿足實際需要[2]。

3.2 無線網(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)中對傳感器節(jié)點進行分部管理，相互之間可以通信，具有多跳轉(zhuǎn)發(fā)、能耗低的優(yōu)點。因為錄井現(xiàn)場傳感器設(shè)置較為密集，相互之間距離較近，分布式方法對網(wǎng)絡(luò)有著較高的要求。集中式結(jié)構(gòu)中的傳感器節(jié)點可將信號直接發(fā)送至控制中心，再進行后續(xù)處理與發(fā)送。對錄井傳感器系統(tǒng)來說，若數(shù)量不多，安裝結(jié)束后不移動，傳感器需反復利用，各節(jié)點間無需建立通信，節(jié)點和控制中心之間僅是數(shù)據(jù)傳輸，不涉及控制，只需將井場覆蓋就可以，所以要不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，集中式更為合適。傳感器節(jié)點運用形狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，傳感器屬于采集終端，把收集的數(shù)據(jù)上傳至井場處理系統(tǒng)中，處理結(jié)束后，傳輸?shù)綗o線接收系統(tǒng)中，最終將信息存儲在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中。

4 井場無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

4.1 井場無線局域網(wǎng)絡(luò)

錄井現(xiàn)場數(shù)據(jù)類型繁多，均處于分散存儲狀態(tài)，不便于對數(shù)據(jù)的深入運用，搭建無線網(wǎng)絡(luò)，有利于獲得儲層油氣性的關(guān)鍵信息，并覆蓋全部井場范圍，對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，符合使用標準。要裝設(shè)一個井場數(shù)據(jù)專用服務(wù)器，用來保存各種數(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)計算機相連，收集地質(zhì)數(shù)據(jù)。建立井場無線局域網(wǎng)的重點在于無線路由器的連接，借助無線網(wǎng)卡和井場服務(wù)器相連，使用手機也能夠?qū)崿F(xiàn)連接，便于信息瀏覽。

4.2 數(shù)據(jù)深入應(yīng)用

利用無線局域網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)服務(wù)器能夠收集存儲各種類型數(shù)據(jù)，形成標準數(shù)據(jù)庫，在這個基礎(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。以報表模式公布各種數(shù)據(jù)，通過曲線的形式呈現(xiàn)各項參數(shù)。基于數(shù)據(jù)庫研發(fā)隨鉆解釋系統(tǒng)，進行解釋評價。將各個錄井之間進行比較，構(gòu)建對比模板，與鄰井數(shù)據(jù)展開對比，達到地層對比和儲層預測的目的，對預測地質(zhì)壓力，計算鉆頭效率，評價機械比能，改進施工方法[3]。

4.3 井場WIFI技術(shù)

在已搭建好的遠程無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中設(shè)置一個AP天線與接入點，半徑為200 m的范圍內(nèi)為信號區(qū)域，技術(shù)人員能夠借助WIFI網(wǎng)絡(luò)進行實時對講、在線瀏覽、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)已被廣泛運用，采集被控制端的信息，加密后經(jīng)過CDMA網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)處理平臺，接收后，再根據(jù)特定的應(yīng)用信號傳輸?shù)綄?yīng)的主站，經(jīng)解密并還原之后，采用指定的格式進行發(fā)送。調(diào)度中心將指令下達給主站，將數(shù)據(jù)加密后傳輸至數(shù)據(jù)交換平臺，根據(jù)應(yīng)用號與地址傳給無線通信終端，從無線數(shù)據(jù)終端傳給被控制端，達到遠程控制的目的。

5.2 數(shù)據(jù)交換平臺的功能是將主站和站端之間的信息交互。

能夠為多個終端實行數(shù)據(jù)交互，系統(tǒng)運用IP過濾技術(shù)能夠有效預防非CMNET網(wǎng)段用戶的入侵，但因為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在CDMA子網(wǎng)外，IP過濾僅起到安全防護的作用，難以準確識別使用偽裝技術(shù)的非法用戶，因為此系統(tǒng)屬于專業(yè)化的服務(wù)系統(tǒng)，訪問客戶是預定的，通過這一特征，在系統(tǒng)中引入了用戶ID與密碼驗證技術(shù)，在系統(tǒng)中保存了全部客戶端的MAC地址與密碼，在通過IP過濾后，還需對ID號與密碼進行驗證，至于系統(tǒng)外的非法用戶，得到合法的MAC地址與密碼會非常困難，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，各個軟件會設(shè)置專門的標識與密文。運用非線性組合的方法設(shè)置加密秘鑰，此方法是利用了非線性函數(shù)，和密鑰流發(fā)生器相組合，達到保密效果，由LFSR與非線性函數(shù)設(shè)計構(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LFSR，設(shè)計密鑰流發(fā)生器。基站至移動臺之間的通信線路即反向W-CDMA信道，反向鏈路分為業(yè)務(wù)信道與接入信道，各個信道中又包含一個反向?qū)ьl信道，其中還具有一個信令信道。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)傳輸過程中，全部數(shù)據(jù)都要進行加密處理。通常情況下，加密方式分為內(nèi)部與外部兩種，使用卷積編碼的方法對數(shù)據(jù)序列予以處理，再開展塊交織，此方式即外部加密，先編碼、再加密、最后進行譯碼的方法被稱為內(nèi)部加密。系統(tǒng)運用標準DES算法對全部數(shù)據(jù)進行加密，確保數(shù)據(jù)的運輸安全性，有權(quán)限用戶才可以使用業(yè)務(wù)平臺。將CRC驗證技術(shù)應(yīng)用在所有數(shù)據(jù)包中，不能通過驗證則為無效包，加強了數(shù)據(jù)的準確性。

6 新型技術(shù)

遠程無線寬帶組網(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，實現(xiàn)運營網(wǎng)絡(luò)化、維護自動化、管理信息化。

6.1 超大面積組網(wǎng)技術(shù)

使用通訊基站+無線收發(fā)終端覆蓋的模式，有利于大數(shù)據(jù)無線高速傳輸，最高速度可達千兆，單塔覆蓋面積超過1 000 m2，具有超大覆蓋面積與大傳輸量的優(yōu)勢。

6.2 智能無線信號尋向技術(shù)

高度集成遠控機電設(shè)備、羅盤尋向、云臺遠程控制等技術(shù)，在終端能夠控制發(fā)射端天線，和接收端進行高效對接，達到規(guī)定要求，強化穩(wěn)定性，無線寬帶組網(wǎng)技術(shù)可被應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)不發(fā)達的山區(qū)、沙漠、海上等地區(qū)，有效實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過遠程無線網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸、檢測和管控，整理并分析實時資料，提升工作效率。

7 結(jié)語

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