CN104597503A - 一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法和装置 - Google Patents

一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法和装置,包括获得物探船、拖带体上各节点初始相对位置关系;获得传感器观测数据并对该观测数据进行预处理;根据处理结果获得拖缆网络基准节点的坐标;基于该坐标初步确定电缆形状;并在尾标具有相对全球定位系统RGPS时,将RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差并调整电缆形状;获得所有拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位并计算电缆间距。通过本发明的方案,可在放缆时提供缆形解算结果、节点定位信息和电缆间距,更为方便地在放缆、收缆时监控整个拖缆网络状态。

Description

一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法和装置
技术领域
本发明涉及海上石油地震勘探技术领域,具体涉及一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法和装置。
背景技术
海上石油地震勘探技术中,拖缆勘探地震数据采集是常用的方法,放缆和收缆是拖缆勘探开始与结尾时的必要工作,在放缆、收缆作业时相邻各缆易相互打结,为监控各缆状态并防止电缆相互打结需实时解算出各缆形态及电缆间距。
当前海上拖缆勘探作业缆形解算都是在拖缆系统正常作业时进行,无法实时获得收放缆时稳定、精确的电缆形态及电缆间距。急需一套完整、有效的解算方法,为收放缆时的网络解算提供理论支持。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法和装置,能够实时获得稳定、精确的电缆状态和电缆间距。
为了达到上述目的,本发明提出了一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法,该方法包括:
获得物探船、拖带体上各节点的初始相对位置关系。
对观测数据进行包括粗差处理,数据修复和滤波平滑的预处理。
将拖缆参考点和尾标节点作为网络解算的基准点并根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标。
基于所述拖缆参考点的坐标,使用弧段法初步确定电缆的形状。
获得所有所述拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位。
根据所述网络节点的定位,确定电缆间距。
优选地,该方法还包括:在尾标具有相对全球定位系统RGPS时,将所述RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量;并调整电缆形状。
优选地,物探船、拖带体上各节点包括:差分全球定位系统DGPS节点、RGPS节点、电罗经节点、罗经鸟节点、检波器节点、尾标节点。
优选地,观测数据包括:DGPS数据、电罗经数据、罗经鸟数据、RGPS数据。
优选地,粗差处理是指:
设置粗差剔除阈值。计算当前时刻所述观测数据与之前序列数据之间差值及变化率;若此罗经鸟为刚入水罗经鸟,无所述之前序列数据,则将当前时刻所述罗经鸟的观测值与缆上相邻罗经鸟观测数据比较。将差值及变化率都超出设定阈值的数据剔除。
优选地,所述数据修复是指:判断当前观测数据是否被当作粗差剔除;若被剔除,采用拉格朗日插值法获得当前时刻的计算值;将计算值插入观测序列,保证序列的完整性。
优选地,滤波平滑是指:
设置滤波窗口大小;为滤波窗口内数据依据下式进行一阶滞后滤波,
x ^ k = x ^ k - 1 P t + x k P w P t + P w
式中为上一时刻滤波值;xk为当前时刻观测值;为当前时刻滤波值;Pt为时间权因子,距上一时刻时间越长,Pt值越小;Pw为波动权因子,风浪影响越大,Pw值越小。
优选地,拖缆参考点为海中第一个罗经鸟节点。
优选地,根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标的步骤包括:
由DGPS观测值得到DGPS节点坐标;由DGPS节点坐标、初始相对位置关系通过下式计算拖缆参考点坐标及基准RGPS节点坐标;
X 0 = X D + S × cos θ Y 0 = Y D + S × sin θ
式中(X0,Y0)为拖缆参考点平面坐标或基准RGPS节点坐标;(XD,YD)为DGPS节点的平面坐标;S为DGPS节点距放缆点的距离;T为海中第一个罗经鸟的观测值;由RGPS观测值、基准RGPS节点坐标推算尾标RGPS节点坐标。
优选地,使用弧段法初步确定电缆的形状的步骤包括:
视为电缆段被罗经鸟节点分割为各个圆弧弧段,所述圆弧弧段中包含检波器节点。
以所述拖缆参考点为基准点,以所述圆弧弧段连接各所述检波器节点,组成完整的电缆形状。
其中,罗经鸟节点坐标为:
X k = X k - 1 + D × cos θ k + θ k + 1 2 Y k = Y k - 1 + D × sin θ k + θ k - 1 2
式中(Xk-1,Yk-1)为前一罗经鸟平面坐标;(Xk,Yk)为当前罗经鸟平面坐标;Tk-1为前一罗经鸟观测值;Tk为当前罗经鸟观测值;D为两罗经鸟间直线距离,由初始偏差推算获得。
检波器节点坐标,以检波器节点在此电缆段中的初始位置为条件内插而获得。
优选地,将RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量,并调整电缆形状,具体包括以下步骤:
由初步电缆形状推算所述尾标节点坐标,将推算出的所述尾标节点坐标与RGPS计算坐标进行对比,得到电缆拉伸量与旋转量。
依据各电缆段所受拉力不同,将所述电缆拉伸量依据受力情况线性分布至各段电缆上。
将所述旋转量统一加入各个节点方位角中,使电缆整体旋转,推算尾标旋转至RGPS计算尾标上时,完成电缆形状的调整。
优选地,获得所有拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位,包括以下步骤:
从调整电缆形状后的电缆网络中读取所有罗经鸟和尾标的坐标信息。
将由于电缆拉伸调整后缆上各节点相对位置发生改变而产生的改变量加入初始电缆位置中,得到各节点在电缆上相对于拖缆参考点的偏移值。
将同一条电缆上相邻的罗经鸟之间的电缆段视为弧段,依据已知的弧段节点罗经鸟的坐标和检波器节点在弧段上的位置,内插获得所有检波器节点坐标。
优选地,根据所述网络节点的定位确定电缆间距,包括以下步骤:
读取调整电缆形状后所有所述检波器节点的坐标。
将需要计算所述电缆间距的两条电缆分为前、中、后三段。
分别对三段电缆依据以下方法获得电缆间距:
对于任意一段电缆,取第一条电缆上的第一个检波器,计算其与第二条电缆中所有检波器的距离,得到第一最小值。再取第一条电缆的第二个检波器,计算其与第二条电缆中所有检波器的距离,得到第二最小值。依据上述方法,直至遍历完第一条电缆上该段电缆的所有检波器,得到与第一条电缆上该段电缆的检波器数目N相同的N个最小值,比较N个最小值,取其中数值最小的作为该段电缆的电缆间距。
在获得前、中、后三段电缆的电缆间距后,取前、中、后三段电缆的电缆间距中数值最小值的作为两条电缆的电缆间距。
本发明还提出一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算装置,该装置包括:测量模块、预处理模块、基准点解算模块、电缆形状确定模块、网络节点定位模块。
测量模块,用于获得物探船、拖带体上各节点的初始相对位置关系。
预处理模块,用于对观测数据进行包括粗差处理,数据修复和滤波平滑的预处理。
基准点解算模块,用于将拖缆参考点和尾标节点作为网络解算的基准点并根据预处理后的数据解算基准点的坐标。
电缆形状确定模块,用于基于拖缆参考点的坐标,使用弧段法初步确定电缆的形状。
网络节点定位模块,用于获得所有拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位;并根据网络节点的定位,确定电缆间距。
优选地,电缆形状确定模块,还用于在尾标具有RGPS时,将RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量;并调整电缆形状。
与现有技术相比,本发明包括获得物探船、拖带体上各节点初始相对位置关系;获得传感器观测数据并对该观测数据进行预处理;根据处理结果获得拖缆网络基准节点的坐标;基于该坐标初步确定电缆形状;尾标具有RGPS时,将所述RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差并调整电缆形状;获得所有拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位并计算电缆间距。通过本发明的方案,可在放缆、收缆时提供缆形解算结果、节点定位信息和电缆间距,更为方便地在放缆、收缆时监控整个拖缆网络状态。
附图说明
下面对本发明实施例中的附图进行说明,实施例中的附图是用于对本发明的进一步理解,与说明书一起用于解释本发明,并不构成对本发明保护范围的限制。
图1为本发明的用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法流程框图;
图2为本发明的收放缆时拖缆探勘系统整体示意图;
图3为本发明的缆形调整示意图;
图4为本发明的用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算装置框图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解,下面结合附图对本发明作进一步的描述,并不能用来限制本发明的保护范围。
海上拖缆勘探系统模型如附图2所示,物探船拖曳枪阵、电缆和尾标沿测线方向航行,物探船上分布着差分全球定位系统DGPS、基准相对全球定位系统RGPS、电罗经等观测仪器,电缆上分布着罗经鸟和检波器,尾标上可能布设RGPS用于确定与基准RGPS间相对位置。
依托物探船和拖带体上传感器观测数据,本发明解算出最终各节点精确坐标用于确定电缆状态和电缆间距。
具体地,本发明提出了一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法,如图1所示,该方法包括:
S101,获得物探船、拖带体上各节点的初始相对位置关系。
优选地,物探船、拖带体上各节点包括:DGPS节点、RGPS节点、电罗经节点、罗经鸟节点、检波器节点、尾标节点。
S102,对观测数据进行包括粗差处理,数据修复和滤波平滑的预处理。
优选地,观测数据包括:DGPS数据、电罗经数据、罗经鸟数据、RGPS数据。
优选地,粗差处理是指:
设置粗差剔除阈值。
计算当前时刻观测数据与之前序列数据之间差值及变化率;若此罗经鸟为刚入水罗经鸟,无所述之前序列数据,则将当前时刻罗经鸟的观测值与缆上相邻罗经鸟观测数据比较。
将差值及变化率都超出设定阈值的数据剔除。
优选地,数据修复是指:
判断当前观测数据是否被当作粗差剔除;若被剔除,采用拉格朗日插值法获得当前时刻的计算值;将计算值插入观测序列,保证序列的完整性。
优选地,滤波平滑是指:
设置滤波窗口大小
为滤波窗口内数据依据下式进行一阶滞后滤波,
x ^ k = x ^ k - 1 P t + x k P w P t + P w
式中为上一时刻滤波值;xk为当前时刻观测值;为当前时刻滤波值;Pt为时间权因子,距上一时刻时间越长,Pt值越小;Pw为波动权因子,风浪影响越大,Pw值越小。
S103,将拖缆参考点和尾标节点作为网络解算的基准点并根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标。
优选地,拖缆参考点为海中第一个罗经鸟节点。
优选地,根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标的步骤包括:
由DGPS观测值得到DGPS节点坐标。
由DGPS节点坐标、所述初始相对位置关系通过下式计算所述拖缆参考点坐标及基准RGPS节点坐标:
X 0 = X D + S × cos θ Y 0 = Y D + S × sin θ
式中(X0,Y0)为拖缆参考点平面坐标或基准RGPS节点坐标;(XD,YD)为DGPS节点的平面坐标;S为DGPS节点距放缆点的距离;T为海中第一个罗经鸟的观测值。
由RGPS观测值、基准RGPS节点坐标推算尾标RGPS节点坐标。
优选地,使用弧段法初步确定电缆的形状的步骤包括:
视为电缆段被罗经鸟节点分割为各个圆弧弧段,该圆弧弧段中包含检波器节点。
以拖缆参考点为基准点,以圆弧弧段连接各所述检波器节点,组成完整的电缆形状。
其中,罗经鸟节点坐标为:
X k = X k - 1 + D × cos θ k + θ k + 1 2 Y k = Y k - 1 + D × sin θ k + θ k - 1 2
式中(Xk-1,Yk-1)为前一罗经鸟平面坐标;(Xk,Yk)为当前罗经鸟平面坐标;Tk-1为前一罗经鸟观测值;Tk为当前罗经鸟观测值;D为两罗经鸟间直线距离,由初始偏差推算获得。
所述检波器节点坐标,以检波器节点在此电缆段中的初始位置为条件内插而获得。
S104,基于拖缆参考点的坐标,使用弧段法初步确定电缆的形状。
优选地,该方法还包括:在尾标具有RGPS时,将RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量;并调整电缆形状。
优选地,将RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量,并调整电缆形状,具体包括以下步骤:
由初步电缆形状推算所述尾标节点坐标,将推算出的所述尾标节点坐标与RGPS计算坐标进行对比,得到电缆拉伸量与旋转量。
依据各电缆段受力不同,将电缆拉伸量依据受力情况线性分布至各段电缆上。
将旋转量统一加入各个节点方位角中,使电缆整体旋转,推算尾标旋转至RGPS计算尾标上时,完成电缆形状的调整,具体如图3所示。
S105,获得所有拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位。
优选地,获得所有所述拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位,具体包括以下步骤:
从调整电缆形状后的电缆网络中读取所有所述罗经鸟和所述尾标的坐标信息。
将由于电缆拉伸调整后缆上各节点相对位置发生改变而产生的改变量加入初始电缆位置中,得到各节点在电缆上相对于拖缆参考点的偏移值。
将同一条电缆上相邻的罗经鸟之间的电缆段视为弧段,依据已知的弧段节点罗经鸟的坐标和检波器节点在弧段上的位置,内插获得所有检波器节点坐标。
S106,根据网络节点的定位,确定电缆间距。
优选地,根据网络节点的定位确定电缆间距,具体包括以下步骤:
读取调整电缆形状后所有检波器节点的坐标;
将需要计算电缆间距的两条电缆分为前、中、后三段;
分别对三段电缆依据以下方法获得电缆间距:
对于任意一段电缆,取第一条电缆上的第一个检波器,计算其与第二条电缆中所有检波器的距离,得到第一最小值。再取第一条电缆的第二个检波器,计算其与第二条电缆中所有检波器的距离,得到第二最小值。依据上述方法,直至遍历完第一条电缆上该段电缆的所有检波器,得到与所述第一条电缆上该段电缆的检波器数目N相同的N个最小值,比较N个最小值,取其中数值最小的作为该段电缆的电缆间距;
在获得所述前、中、后三段电缆的所述电缆间距后,取所述前、中、后三段电缆的电缆间距中数值最小值的作为两条电缆的电缆间距。
本发明还提出一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算装置01,如图4所示,该装置包括:测量模块02、预处理模块03、基准点解算模块04、电缆形状确定模块05、网络节点定位模块06。
测量模块02,用于获得物探船、拖带体上各节点的初始相对位置关系。
预处理模块03,用于对观测数据进行包括粗差处理,数据修复和滤波平滑的预处理。
基准点解算模块04,用于将拖缆参考点和尾标节点作为网络解算的基准点并根据预处理后的数据解算所述基准点的坐标。
电缆形状确定模块05,用于基于拖缆参考点的坐标,使用弧段法初步确定电缆的形状。
优选地,电缆形状确定模块,还用于在尾标具有RGPS时,将RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量;并调整电缆形状。
网络节点定位模块06,用于获得所有拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位;并根据网络节点的定位,确定电缆间距。
需要说明的是,以上所述的实施例仅是为了便于本领域的技术人员理解而已,并不用于限制本发明的保护范围,在不脱离本发明的发明构思的前提下,本领域技术人员对本发明所做出的任何显而易见的替换和改进等均在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算方法,其特征在于,所述方法包括:
获得物探船、拖带体上各节点的初始相对位置关系;
对观测数据进行包括粗差处理,数据修复和滤波平滑的预处理;
将拖缆参考点和尾标节点作为网络解算的基准点并根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标;
基于所述拖缆参考点的坐标,使用弧段法初步确定电缆的形状;
获得所有所述拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位;
根据所述网络节点的定位,确定电缆间距。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:在尾标具有相对全球定位系统RGPS时,将所述RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量;并调整电缆形状。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述物探船、拖带体上各节点包括:差分全球定位系统DGPS节点、RGPS节点、电罗经节点、罗经鸟节点、检波器节点、尾标节点。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述观测数据包括:DGPS数据、电罗经数据、罗经鸟数据、RGPS数据。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述粗差处理是指:
设置粗差剔除阈值;
计算当前时刻所述观测数据与之前序列数据之间差值及变化率;若此罗经鸟为刚入水罗经鸟,无所述之前序列数据,则将当前时刻所述罗经鸟的观测值与缆上相邻罗经鸟观测数据比较;
将差值及变化率都超出设定阈值的数据剔除。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述数据修复是指:
判断当前所述观测数据是否被当作粗差剔除;若被剔除,采用拉格朗日 插值法获得当前时刻的计算值;将所述计算值插入观测序列,保证序列的完整性。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述滤波平滑是指:
设置滤波窗口大小
为滤波窗口内数据依据下式进行一阶滞后滤波,
式中为上一时刻滤波值;xk为当前时刻观测值;为当前时刻滤波值;Pt为时间权因子,距上一时刻时间越长,Pt值越小;Pw为波动权因子,风浪影响越大,Pw值越小。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述拖缆参考点为海中第一个罗经鸟节点。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标的步骤包括:
由所述DGPS观测值得到DGPS节点坐标;
由所述DGPS节点坐标、所述初始相对位置关系通过下式计算所述拖缆参考点坐标及基准RGPS节点坐标;
式中(X0,Y0)为拖缆参考点平面坐标或基准RGPS节点坐标;(XD,YD)为DGPS节点的平面坐标;S为DGPS节点距放缆点的距离;θ为海中第一个罗经鸟的观测值;
由RGPS观测值、基准RGPS节点坐标推算尾标RGPS节点坐标。
10.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述使用弧段法初步确定电缆的形状的步骤包括:
视为电缆段被罗经鸟节点分割为各个圆弧弧段,所述圆弧弧段中包含检波器节点;
以所述拖缆参考点为基准点,以所述圆弧弧段连接各所述检波器节点, 组成完整的电缆形状;
其中,所述罗经鸟节点坐标为:
式中(Xk-1,Yk-1)为前一罗经鸟平面坐标;(Xk,Yk)为当前罗经鸟平面坐标;θk-1为前一罗经鸟观测值;θk为当前罗经鸟观测值;D为两罗经鸟间直线距离,由初始偏差推算获得;
所述检波器节点坐标,以所述检波器节点在此电缆段中的初始位置为条件内插而获得。
11.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述将所述RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量,并调整电缆形状,具体包括以下步骤:
由初步电缆形状推算所述尾标节点坐标,将推算出的所述尾标节点坐标与RGPS计算坐标进行对比,得到电缆拉伸量与旋转量;
依据各电缆段所受拉力不同,将所述电缆拉伸量依据受力情况线性分布至各段电缆上;
将所述旋转量统一加入各个节点方位角中,使电缆整体旋转,推算尾标旋转至RGPS计算尾标上时,完成电缆形状的调整。
12.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获得所有所述拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位,包括以下步骤:
从调整电缆形状后的电缆网络中读取所有所述罗经鸟和所述尾标的坐标信息;
将由于电缆拉伸调整后缆上各节点相对位置发生改变而产生的改变量加入初始电缆位置中,得到所述各节点在电缆上相对于所述拖缆参考点的偏移值;
将同一条电缆上相邻的罗经鸟之间的电缆段视为弧段,依据已知的所述弧段节点罗经鸟的坐标和所述检波器节点在所述弧段上的位置,内插获得所 有所述检波器节点坐标。
13.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述网络节点的定位确定电缆间距,包括以下步骤:
读取调整电缆形状后所有所述检波器节点的坐标;
将需要计算所述电缆间距的两条电缆分为前、中、后三段;
分别对所述三段电缆依据以下方法获得所述电缆间距:
对于任意一段电缆,取第一条电缆上的第一个检波器,计算其与第二条电缆中所有检波器的距离,得到第一最小值。再取所述第一条电缆的第二个检波器,计算其与所述第二条电缆中所有检波器的距离,得到第二最小值。依据上述方法,直至遍历完所述第一条电缆上该段电缆的所有检波器,得到与所述第一条电缆上该段电缆的检波器数目N相同的N个最小值,比较所述N个最小值,取其中数值最小的作为该段电缆的电缆间距;
在获得所述前、中、后三段电缆的所述电缆间距后,取所述前、中、后三段电缆的电缆间距中数值最小值的作为两条电缆的电缆间距。
14.一种用于海上拖缆勘探收放缆的网络解算装置,其特征在于,所述装置包括:测量模块、预处理模块、基准点解算模块、电缆形状确定模块、网络节点定位模块;
所述测量模块,用于获得物探船、拖带体上各节点的初始相对位置关系;
所述预处理模块,用于对观测数据进行包括粗差处理,数据修复和滤波平滑的预处理;
所述基准点解算模块,用于将拖缆参考点和尾标节点作为网络解算的基准点并根据所述预处理后的数据解算所述基准点的坐标;
所述电缆形状确定模块,用于基于所述拖缆参考点的坐标,使用弧段法初步确定电缆的形状;
所述网络节点定位模块,用于获得所有所述拖缆网络中节点的准确坐标信息,对网络节点进行定位;并根据所述网络节点的定位,确定电缆间距。
15.如权利要求14所述的网络解算装置,其特征在于,所述电缆形状确定模块,还用于在尾标具有RGPS时,将所述RGPS计算尾标作为基准点带入拖缆网络中进行网络平差,得到电缆的拉伸量和旋转量;并调整电缆形状。
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