CN104570123B - 一种海上勘探轨迹确定方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种海上勘探轨迹确定方法和装置，属于深海勘探技术领域。该方法具体包括：根据观测系统前绘测线生成气枪轨迹；确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系；将气枪轨迹分组成独立元素，所述独立元素包括点元素和弧线元素；根据气枪轨迹分组后的独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素；根据拖缆轨迹分组元素在所述模板坐标系统中生成拖缆轨迹。本申请实施例提供的方法和装置，根据生成的气枪轨迹，在模板坐标系统中生成与该气枪轨迹相对应的拖缆轨迹。气枪轨迹和拖缆轨迹可以在一个模板坐标系统中显示，从而能够同时描述双船联合施工时的航线轨迹。

Description

一种海上勘探轨迹确定方法和装置

技术领域

本发明涉及石油勘探技术，属于深海勘探技术领域，特别涉及一种海上勘探轨迹确定方法和装置。

背景技术

拖缆勘探是进行海洋油气资源探测的主要方式之一。在勘探过程中，作业船拖曳着气枪和拖缆沿前绘测线进行探测。深海勘探设计需要能够描述作业船(队)的施工轨迹，以让技术人员能够对施工工程进行必要的避障设计、航迹优化以及施工预览等分析操作。

通常情况下，海上勘探采用单船多缆作业，作业船上设有气枪震源和多条拖线电缆，使用气枪震源发射声波后，使用多条拖线电缆接收反射的地震数据，从而获得目标区域的采集资料。但是，在具体的勘探过程中，有时为了勘探障碍物下方的区域，会采用双船(拖缆船和气枪船)联合作业的施工方式，此时拖缆船和气枪船各在障碍物的两侧，拖缆船和气枪船不必经过采集资料覆盖区域即可获得该区域的采集资料。

现有的勘探设计方法仅能在模板坐标系统中描述单船施工时的航线轨迹，无法在一个模板坐标系统中描述双船联合施工时的航线轨迹。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种海上勘探轨迹确定方法和装置，该方法和装置既可以在模板坐标系统中描述单船作业时的航线轨迹，还可以在一个模板坐标系统中描述双船联合施工时的航线轨迹。

本申请实施例提供的一种海上勘探轨迹确定方法是这样实现的：

根据观测系统前绘测线生成气枪轨迹；

建立模板坐标系统，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系；

将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，所述独立元素包括第一点元素和第一弧线元素；

根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，所述拖缆轨迹分组元素包括第二点元素和第二弧线元素；

根据拖缆轨迹分组元素在所述模板坐标系统中生成拖缆轨迹。

本申请实施例提供的一种海上勘探轨迹确定装置是这样实现的：

第一生成模块，用于根据观测系统前绘测线生成气枪轨迹；

转换模块，用于建立模板坐标系统，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系，将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，所述独立元素包括第一点元素和第一弧线元素，所述拖缆轨迹分组元素包括第二点元素和第二弧线元素；

第二生成模块，用于根据拖缆轨迹独立元素在模板坐标系统中生成拖缆轨迹。

由以上本申请实施例提供的技术方案可见，本申请实施例首先在模板坐标系统中生成气枪轨迹，然后在模板坐标系统中生成与该气枪轨迹相对应的拖缆轨迹。气枪轨迹和拖缆轨迹在一个模板坐标系统中显示，从而能够同时描述双船联合施工时的航线轨迹。当单船施工时，气枪轨迹和拖缆轨迹在模板坐标系统中重合，利用气枪轨迹描述单船施工时的航线轨迹。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例一种单船施工模板；

图2是本申请实施例一种双船施工模板；

图3是本申请实施例一种单船施工时的航线轨迹；

图4是本申请实施例一种双船施工时的航线轨迹；

图5是本申请实施例一种对气枪轨迹进行分组的方法；

图6是本申请实施例一种根据气枪轨迹生成拖缆轨迹的方法；

图7是本申请实施例一种海上勘探轨迹确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

在海上勘探中，地震波一般由气枪产生，穿过水体在地层中传播，并被拖曳在作业船尾部的沉降到一定深度的缆线(检波点)接收。典型的勘探方式是作业船沿着预先设计好的覆盖在勘探区域的航线直线施工，当气枪震源到达预先设置好的位置后，在仪器的控制下开始放炮。

本申请实施例提供的一种海上勘探轨迹确定方法，具体包括：

1)由观测系统中的前绘测线生成气枪轨迹信息。

所述观测系统一般指航线上激发点和接收点的相对位置关系。

所述前绘测线一般指预施工航线。

2)根据笛卡尔直角坐标系建立模板坐标系统。

一般地，震源(激发点或炮点)和拖缆的各种配置组合被认为是模板。

建立笛卡尔直角坐标系，以笛卡尔直角坐标系的x轴负方向表示航线的方向，生成模板坐标系统。

3)计算气枪轨迹对应在模板坐标系统中的位置，在模板坐标系统中将气枪轨迹作为参考位置。

以气枪集(气枪阵列)最左侧气枪的x轴坐标作为气枪轨迹的x轴坐标，以气枪集(气枪阵列)水平中线的y轴坐标作为气枪轨迹的y轴坐标，在模板坐标系统中生成气枪轨迹，并将气枪轨迹的位置作为参考位置。

4)在模板坐标系统中确定气枪轨迹与待生成的拖缆轨迹的位置关系。

在进行双船联合施工时，气枪轨迹与拖缆轨迹之间的位置关系(例如二者之间的直线距离)已经预先设计并保存在施工文档中。将所述位置关系投影到模板坐标系统中，即将气枪轨迹与拖缆轨迹在施工时的实际位置关系转换成在模板坐标系统中的位置关系(如将气枪轨迹与待生成的拖缆轨迹之间的距离关系转换为模板坐标系统中二者之间的坐标差值)。

一般地，在模板坐标系统中，将待生成的拖缆轨迹的位置作为目标位置。

一般地，在模板坐标系统中，以最左侧拖缆的x轴坐标作为拖缆轨迹的x轴坐标，以拖缆水平中线的y轴坐标作为拖缆轨迹的y轴坐标。

5)从模板坐标系统中提取气枪轨迹信息。

所述提取气枪轨迹信息指将气枪轨迹按施工方向分组成独立的元素。所述独立元素包括点元素和弧线元素。

在作业船勘探施工过程中，作业船需要经常转弯。由于作业船拖曳的拖缆长度可达数十公里，因此作业船不能和普通船只一样以小角度转弯，转弯受到最小转弯半径的限制。故作业船的航线轨迹不再出现如陆上施工的折线情况而是出现大量的圆弧、甚至是正弦线等复杂弧线段。因此，气枪轨迹按施工方向可以分解成相互连接的直线段和弧线段(其中，复杂的弧线段可以分解成相连的半径较小的弧线段)。

在对直线段和弧线段进行分组的过程中：

若直线段只有一端与弧线段相连接，则保留该弧线段，该弧线段为分组后的弧线元素；从直线段中删除直线段和弧线段共有的拐点后作为点元素，即直线段分组后成为一个点元素，该点元素为直线段端点中不与弧线段相连接的点；

若两个弧线段直接相连接，则保留该两个弧线段，该两个弧线段分组后成为弧线元素；

若两个弧线段通过直线段相连接，此时，该直线段一般为两个弧线段的切线(作业船受到最小转弯半径的限制)，去除两个弧线段之间的切线，即删除该直线段，不以该切线作为单独的元素，两个弧线段成为分组后的弧线元素。

综上所述，气枪轨迹分组后的元素有两类：包含一个点的点元素和包含一段弧线的弧线元素。

6)根据参考位置和目标位置在模板坐标系统中的位置关系，生成拖缆轨迹分组元素。

所述生成拖缆轨迹分组元素，具体包括：

沿航线方向提取气枪轨迹分组元素中弧线元素的起止点(起点和终点)的点坐标以及点元素的点坐标。计算弧线元素分别在起止点的切线倾角，计算点元素所对应的直线段的倾角；

依据弧线元素起点的切线倾角以及起点的点坐标，获取切线倾角与模板方位角之间的差值，获取该起点与其对应的目标点之间的坐标差值，通过旋转偏移，计算得到与起点对应的目标点的点坐标；同理，依据弧线元素终点的切线倾角以及终点的点坐标，获取切线倾角与模板方位角之间的差值，获取该终点与其所对应的目标点之间的坐标差值，通过旋转偏移，计算得到与终点对应的目标点的点坐标；根据目标点的点坐标和该点坐标处的切线倾角，生成拖缆轨迹分组元素的弧线元素；

依据气枪轨迹点元素所在直线的倾角以及点元素的点坐标，获取该倾角与模板方位角的差值，获取该点与其对应的目标点之间的坐标差值，通过旋转偏移，计算得到与该点对应的目标点的点坐标，从而生成拖缆轨迹分组元素的点元素；

在某些实施方式中，可以将得到的拖缆轨迹分组元素存储到计算机的数组结构中。所述数组结构包含与分组元素相关的点坐标和点坐标的必要信息，其中，所述必要信息包括由点坐标生成拖缆轨迹分组元素的必要信息，必要信息一般包括描述(显示)线型的几何信息。

数组结构可以分为弧线元素的数组结构和点元素的数组结构。弧线元素的数组结构包括拖缆轨迹弧线元素的起止点的点坐标和必要信息，必要信息具体可以包括该弧线元素的圆心以及该弧线元素的方向，其中，所述圆心以与该弧线元素相对应的气枪轨迹的弧线元素的圆心作为圆心，气枪轨迹的弧线元素的方向作为拖缆轨迹弧线元素的方向。点元素的数组结构包括点元素的点坐标，不存储其它额外几何信息。

7)依据拖缆轨迹分组元素，在模板坐标系统中生成拖缆轨迹。

依据拖缆轨迹分组元素，生成相应的拖缆轨迹，具体方法如下：

按气枪轨迹分组元素之间的顺序(即施工方向的顺序)将相邻拖缆轨迹分组元素用直线相连接：

当点元素与弧线元素相连时，直线起点用点坐标，直线终点用弧线元素起点的点坐标；

当弧线元素与点元素相连时，直线起点用弧线元素终点的点坐标，直线终点用点坐标；

当弧线元素与弧线元素相连时，直线起点用第一个弧线元素终点的点坐标，终点用第二个弧线元素起点的点坐标，此时该直线实际上退化为一个点。

在某些实施方式中，需要提取数组结构中存储的与拖缆轨迹分组元素相关的点坐标和点坐标的必要信息，从而生成相应的拖缆轨迹分组元素。例如从弧线元素的数组结构中提取弧线元素的起止点的点坐标，该弧线元素的圆心以及该弧线元素的方向，生成拖缆轨迹的弧线元素。从点元素数组结构中提取点元素的点坐标，生成拖缆轨迹的点元素。

最后，需要说明的是，本申请实施例提供的方法通过模板坐标系统中的特定点(包括气枪轨迹参考点但不限于气枪轨迹参考点)在施工中的运动轨迹生成航线轨迹，将航线轨迹存储成点元素和弧线和元素。按照相对关系不变原则，只要有特定点的轨迹线，就能得到目标点的轨迹线。例如特定点还可以是船的位置或者拖缆轨迹的位置，而不仅局限于本申请实施例中气枪轨迹的位置。

通过本申请实施例提供的轨迹描述方法可以反映出拖缆在深海勘探时的轨迹，能够提供航线设计和航线优化过程中最主要的影响因素的信息；所述方法可以描述包括直线、弧线的轨迹，能够满足复杂的航线设计需求。

下面结合附图对本发明的具体实施方式加以说明：

图1和图2是深海勘探中的两种模板，其中，Os代表气枪中心点，Or代表拖缆中心点。图1所示为单船施工时的模板，其中气枪和拖缆被一条作业船拖曳，该作业船有6条拖缆，Os与Or重合。图2所示为双船联合施工时的模板，其中气枪和拖缆分别被一条作业船拖曳(两条船保持一定间距，并行施工)，拖缆作业船有6条拖缆，Os与Or保持一定间距。

图3是图1的单船模板沿直线滚动后生成的航线轨迹，包含了气枪、拖缆轨迹。在图3中，小圆圈代表气枪，小圆圈之间的线代表气枪中心点Os的轨迹，其中Os与拖缆中心点Or形成的轨迹是完全重合的。此种情况下，本申请实施例的方法与现有勘探轨迹设计方法所展示的航线轨迹相同，均利用气枪轨迹代表航线轨迹。

图4是图2中的双船模板沿直线滚动后生成的航线轨迹，包含了气枪轨迹和拖缆航迹。其中Os、Or形成的轨迹不重合，二者的施工轨迹是完全分离的两条线。图中上部分6条拖缆轨迹中间的较长的直线代表Or的轨迹，即代表拖缆中心点的轨迹；图中下部分小圆圈中间颜色较深的虚线代表Os的轨迹，即代表气枪中心点Os的轨迹。

此种情况下，本申请实施例的方法与现有勘探轨迹设计方法所展示的航线轨迹不同。现有的设计方法通常以参考点Os的轨迹表示拖缆作业船的航迹，与实际的拖缆轨迹Or差距很大。

图5展示了一条由弧线和直线组成的气枪轨迹，由s1、s2、s3、s4共4个部分组成，每一部分即对应一个分组。在本申请实施例中，对每一分组进行如下操作：

s1按步骤5)分组得到包含一个点的元素e1；

s2按步骤5)分组得到包含一个圆弧的元素e2(对应弧线元素s2)；

s3是s2和s4的切线，按步骤5)分组不生成任何元素；

s4按步骤5)分组得到包含一个圆弧的元素e3(对应弧线元素s4)。

图6展示了由气枪轨迹通过步骤7)生成拖缆轨迹的过程。首先按照步骤5)分组得到气枪轨迹分组元素e1、e2(对应弧线元素s2)、e3(对应弧线元素s4)，然后通过步骤6)计算得到拖缆航线轨迹分组元素e1’,e2’(对应弧线元素s2’),e3’(对应弧线元素s4’)。在数据结构存储航线时实际存储e1’、e2’、e3’的几何信息，其中点元素e1’存储点坐标的信息，圆弧元素e2’和e3’存储各自的圆心、半径、起点、终点以及方向信息。最后，经步骤7)显示拖缆航线轨迹。其完成航线轨迹上s1’,s2’,s3’,s4’四个部分显示的过程如下：

s1’段是点元素e1’与圆弧元素e2’直接相连的直线段；

s2’段通过e2’自身圆弧参数画线；

s3’段是点元素e2’与圆弧元素e3’直接相连的直线段；

s4’段通过e3’自身圆弧参数画线。

通过对上述附图的分析可以进一步得知，在存储和生成航线轨迹时，把点元素当成一个点看待的同时，同样可以把圆弧元素当成一个“点”看待。这样对于复杂的航线，可以将任意曲线段都当成“点”处理。因此，本申请实施例的方法保证了在进行航线增加元素、删除元素、移动元素等航线操作上的统一，该方法不限于本申请实施例的直线、弧线，还可以针对每种曲线开发相应的类型元素。

本申请实施例还提供一种海上勘探轨迹确定装置，如图7所示。该装置包括第一生成模块701、转换模块702和第二生成模块703。其中，

第一生成模块701，用于分析观测系统的前绘测线，并根据前绘测线生成气枪轨迹；

转换模块702，用于建立模板坐标系统，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系，将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，所述独立元素包括第一点元素和第一弧线元素，所述拖缆轨迹分组元素包括第二点元素和第二弧线元素；

第二生成模块703，用于根据拖缆轨迹信息在所述模板坐标系统中生成拖缆轨迹。

所述转换模块702，具体包括确定单元704、分解单元705、转换单元706，其中，

确定单元704，用于建立模板坐标系统，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系；

分解单元705，用于将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，所述独立元素包括第一点元素和第一弧线元素；

转换单元706，用于根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，所述拖缆轨迹分组元素包括第二点元素和第二弧线元素。

在某些实施方式中，该装置还包括存储模块707，用于将气枪轨迹独立元素保存到数组结构中。

虽然通过实施例描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。

Claims (10)

1.一种海上勘探轨迹确定方法，其特征在于，包括：

根据观测系统前绘测线生成气枪轨迹；

建立模板坐标系统，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系；

将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，所述独立元素包括第一点元素和第一弧线元素；

根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，所述拖缆轨迹分组元素包括第二点元素和第二弧线元素；

根据拖缆轨迹分组元素在所述模板坐标系统中生成拖缆轨迹。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立模板坐标系统，具体包括：

建立笛卡尔直角坐标系，以笛卡尔直角坐标系的x轴负方向表示航线方向，生成模板坐标系统。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系，具体包括：

计算气枪轨迹对应在模板坐标系统中的位置，以该位置作为参考位置；

计算待生成的拖缆轨迹对应在模板坐标系统中的位置，以该位置作为目标位置；

根据参考位置和目标位置在模板坐标系统中的坐标差值，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算气枪轨迹对应在模板坐标系统中的位置，具体包括：计算气枪轨迹在模板坐标系统中的x轴坐标和y轴坐标，其中，以气枪集最左侧气枪的x轴坐标作为气枪轨迹的x轴坐标，以气枪集水平中线的y轴坐标作为气枪轨迹的y轴坐标。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述计算待生成的拖缆轨迹对应在模板坐标系统中的位置，具体包括：计算待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的x轴坐标和y轴坐标，其中，以最左侧拖缆的x轴坐标作为拖缆轨迹的x轴坐标，以拖缆水平中线的y轴坐标作为拖缆轨迹的y轴坐标。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，具体包括：

将气枪轨迹按施工方向分解成直线段和弧线段；

当直线段只有一端与弧线段相连接时，将该弧线段作为第一弧线元素，将直线段中远离弧线段的端点作为第一点元素；

当2个弧线段直接相连接或2个弧线段通过直线段相连接时，分别将该2个弧线段作为2个独立的第一弧线元素。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，具体包括：

确定第一弧线元素起点的点坐标和终点的点坐标，确定第一点元素的点坐标；

计算第一弧线元素分别在起点和终点的切线倾角，计算第一点元素所对应的直线段的倾角；

根据所述位置关系，以及得到的第一弧线元素起点和终点的点坐标、第一点元素的点坐标、第一弧线元素分别在起点和终点的切线倾角、第一点元素所对应的直线段的倾角，通过旋转偏移，生成拖缆轨迹分组元素。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据拖缆轨迹分组元素在所述模板坐标系统中生成拖缆轨迹，具体包括：

将拖缆轨迹分组元素按施工方向的顺序依次连接，其中，

当两个第二弧线元素相连接时，将该两个第二弧线元素按施工方向分为第一个第二弧线元素和第二个第二弧线元素，用第一个第二弧线元素的终点连接第二个第二弧线元素的起点；

当第二点元素与第二弧线元素相连接时，用直线段将该第二点元素和该第二弧线元素相连接，其中，直线段的起点坐标用该第二点元素的点坐标，直线段的终点坐标用该第二弧线元素起点的点坐标；

当第二弧线元素与第二点元素相连接时，用直线段将该第二弧线元素和该第二点元素相连接，其中，直线段的起点坐标用该第二弧线元素的终点的点坐标，直线段的终点坐标用该第二点元素的点坐标。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素之后，所述方法还包括：将所述独立元素保存到数组结构中，所述数组结构包括：

弧线元素数组结构，用于保存第一弧线元素起点的点坐标和终点的点坐标，以及该第一弧线元素的圆心坐标和该第一弧线元素的方向；

点元素数组结构，用于保存第一点元素的点坐标。

10.一种海上勘探轨迹确定装置，其特征在于，所述装置包括：

第一生成模块，用于根据观测系统前绘测线生成气枪轨迹；

转换模块，用于建立模板坐标系统，确定气枪轨迹和待生成的拖缆轨迹在模板坐标系统中的位置关系，将气枪轨迹按施工方向分组成独立元素，根据所述独立元素和所述位置关系生成拖缆轨迹分组元素，所述独立元素包括第一点元素和第一弧线元素，所述拖缆轨迹分组元素包括第二点元素和第二弧线元素；

第二生成模块，用于根据拖缆轨迹独立元素在模板坐标系统中生成拖缆轨迹。