CN107340534A - 一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法，属于地震勘探与开发领域。本发明方法利用工区三维地形数据分析炮点所在位置的坡度及坡向信息，通过改变炮点位置降低在复杂地区施工难度，来达到快速的观测系统炮点优化设计。方法包括:(1)加载高程网格数据；(2)分析三维地形坡度及坡向信息；(3)加载观测系统炮点数据，并设置移动阈值；(4)分析炮点所处位置的坡度值，对超出阈值范围的炮点进行优化；(5)计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异。

Description

一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法

技术领域

本发明属于地震勘探与开发领域，具体涉及一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法。

背景技术

近些年国内在三维地震野外采集施工中经常会遇到比较复杂的地形、地貌情况，如川东地区，地形起伏剧烈、地表条件比较复杂。在这些地区施工中通常地震采集资料信噪比低、成像精度低，提高分辨率的难度也非常大；在实际施工过程中由于地形起伏比较大，往往会遇到一些陡峭的山体，这给施工人员带来很大的困难，所以就需要从地形、地貌的角度来寻找一种提高资料品质的采集设计方法。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提出一种从地形地貌的角度来优化观测系统炮点设计的方法。

本发明公开了一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法。所述方法包括以下步骤：

(1)加载工区高程网格数据；

(2)根据步骤(1)的高程网格数据分析工区地形坡度及坡向信息；

(3)加载观测系统炮点数据，并设置移动阈值；

(4)分析炮点所处位置的坡度值，对超出阈值范围的炮点进行优化；

(5)计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异。

在一些示例中，该方法具体可以为：

(1)加载工区高程网格数据：

可以加载多种格式高程网格数据，网格信息可以包括：网格起始坐标、网格尺寸及数量，高程网格数据可以包括tif、dem等格式；

(2)根据步骤(1)的高程网格数据分析工区地形坡度及坡向信息：

工区地形坡度指工区内地表单元陡缓程度，当某一区域坡度较大时，通常意味着在此区域中布设炮点的施工难度较大，可以考虑将炮点移动到坡度较缓的区域进行施工；坡向是指地形坡面的朝向，此朝向可以作为炮点移动的首选方向；

(3)加载观测系统炮点数据，并设置移动阈值：

可以导入三维观测系统炮点坐标数据，并可以根据实际工区情况设置炮点移动阈值，该阈值可以是指炮点所处坐标位置的坡度上限值，当炮点所处坡度超过该值时，可以考虑对炮点进行移动处理；

(4)分析炮点所处位置的坡度值，对超出阈值范围的炮点进行优化：

可以遍历三维观测系统中所有炮点坐标，可以结合步骤(2)中地形坡度及坡向网格数据通过插值算法生成炮点位置处的坡度值及坡向，可以以步骤(3)设置的移动阈值作为标准来判断炮点是否需要移动处理，当该炮点的坡度值超过该移动阈值时，可以将该炮点沿坡向方向移动到坡度值小于该移动阈值的区域；

(5)计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异：

可以定义面元网格信息，可以利用炮检点关系文件，可以计算排障前后的面元覆盖次数统计结果，可以将两个统计结果相减得到炮点优化前后的差异，来定量分析观测系统优化效果；其中炮检点关系文件的内容可以包括：炮点及检波点坐标值及炮点激发信号对应的检波点接收集合。

所述步骤(1)中，高程网格数据的坐标范围可以将所有加载的炮点包含其中。

步骤(3)中，可以将坡度大小分为六个等级：①平坡：﹤5°②缓坡：5°～14°③斜坡15°～24°④陡坡25°～34°⑤急坡35°～44°⑥险坡：≥45°，可以根据以上六个等级设置炮点移动阈值。

在一种可能的实时方式里，步骤(5)可以具体为，可以定义相同大小的两个面元网格数据体，可以利用炮检点关系文件计算优化前后的面元覆盖次数统计结果，可以遍历两个面元网格上相同位置的每一个网格单元，可以将两个网格单元上覆盖次数统计值相减得到优化前后的覆盖次数差值，来定量分析炮点优化设计效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明创新地制定一套基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化规则，规范了三维观测系统炮点优化操作流程；

(2)本发明方法利用地形数据分析炮点所在位置的坡度及坡向信息，通过改变炮点位置降低在复杂地区施工难度，来达到快速的观测系统炮点优化设计；

附图说明

图1是根据本发明的一个示例性实施例的基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供了一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化方法，属于地震勘探与开发领域。本发明方法利用工区三维地形数据分析炮点所在位置的坡度及坡向信息，通过改变炮点位置降低在复杂地区施工难度，来达到快速的观测系统炮点优化设计。方法包括:(1)加载工区高程网格数据；(2)根据步骤(1)的高程网格数据分析三维地形坡度及坡向信息；(3)加载观测系统炮点数据，并设置移动阈值；(4)分析炮点所处位置的坡度值，根据阈值沿坡向方向修改炮点位置坐标：(5)计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异。

如图1所述的示例性实施例所示，该方法可以具体如下：

第一步，加载工区的高程网格数据

高程网格数据以DEM格式存储为主，数字高程模型(Digital ElevationModel),简称DEM。它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(Digital Terrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。一般认为，DTM是描述包括高程在内的各种地貌因子，如坡度、坡向、坡度变化率等因子在内的线性和非线性组合的空间分布，其中DEM是零阶单纯的单项数字地貌模型，其他如坡度、坡向及坡度变化率等地貌特性可在DEM的基础上派生。

第二步，分析工区地形坡度及坡向信息

坡度(slope)是地表单元陡缓的程度，通常把坡面的垂直高度h和水平距离l的比叫做坡度(或叫做坡比)用字母i表示，即坡角的正切值。坡度的表示方法有百分比法、度数法、密位法和分数法四种，其中以百分比法和度数法较为常用。

1、百分比法

表示坡度最为常用的方法，即两点的高程差与其水平距离的百分比，其计算公式如下：

坡度＝(高程差/水平距离)x100％

使用百分比表示时，即：i＝h/l×100％

例如：坡度3％是指水平距离每100米,垂直方向上升(下降)3米；1％是指水平距离每100米，垂直方向上升(下降)1米。以次类推！

2、度数法

用度数来表示坡度，利用反三角函数计算而得，其公式如下：

tanα(坡度)＝高程差/水平距离

所以α(坡度)＝arctan(高程差/水平距离)

如果将高程增量百分比视为高程增量除以水平增量后再乘以100，就可以更好地理解高程增量百分比。当角度为45度时，高程增量等于水平增量，所以高程增量百分比为100％。当坡度角接近直角(90度)时，高程增量百分比开始接近无穷大。

坡向(aspect)是指地形坡面的朝向。坡向用于识别出从每个像元到其相邻像元方向上值的变化率最大的下坡方向。坡向可以被视为坡度方向。坡向是一个角度，将按照顺时针方向进行测量，角度范围介于0(正东)到360(仍是正东)之间，即完整的圆。不具有下坡方向的平坦区域将赋值为-1。

第三步，加载观测系统炮点数据，并设置判定阈值

导入三维观测系统炮点坐标数据，根据实际工区情况设置炮点移动阈值。阈值是指炮点所处坐标位置的坡度上限值，当炮点所处坡度超过该值时，需要对炮点进行移动处理。

在本发明中采用工区范围内的平均坡度记载，以度为单位。根据坡度的大小分为平，缓，斜，陡，急，险6级。①平坡：﹤5°②缓坡：5°～14°③斜坡15°～24°④陡坡25°～34°⑤急坡35°～44°⑥险坡：≥45°。用户可根据以上六个等级设置炮点判定阈值；

第四步，分析炮点所处位置的坡度值，对超出阈值范围的炮点进行优化

遍历三维观测系统中所有炮点坐标，结合步骤2中地形坡度及坡向网格数据通过插值算法生成炮点位置处的坡度及坡向值。以步骤3设置的阈值作为标准来判断炮点是否需要移动处理。当该炮点的坡度值超过阈值，则将该炮点沿坡向方向移动到坡度较缓的区域。

第五步，计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异

为了直观的了解炮点优化前后面元覆盖次数分布情况，就需要提供一些手段来分析面元覆盖次数受观测系统变观的影响程度。定义相同大小的两个面元网格数据体，利用炮检点关系文件计算优化前后的面元覆盖次数统计结果，遍历两个面元网格上相同位置的每一个网格单元，将两个网格单元上覆盖次数统计值相减得到优化前后的覆盖次数差值，来定量分析炮点优化设计效果。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (5)

1.一种基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1，加载工区高程网格数据；

步骤2，根据步骤1的高程网格数据分析工区地形坡度及坡向信息；

步骤3，加载观测系统炮点数据，并设置移动阈值；

步骤4，分析炮点所处位置的坡度值，对超出阈值范围的炮点进行优化；

步骤5，计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异。

2.根据权利要求1所述的基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法，其特征在于：所述方法具体为：

步骤1，加载工区高程网格数据：

加载多种格式高程网格数据，网格信息包括：网格起始坐标、网格尺寸及数量，高程网格数据包括tif、dem格式；

步骤2，据步骤1的高程网格数据分析工区地形坡度及坡向信息：

步骤3，加载观测系统炮点数据，并设置移动阈值：

导入三维观测系统炮点坐标数据，设置炮点的移动阈值；

步骤4，分析炮点所处位置的坡度值，对超出阈值范围的炮点进行优化：

遍历三维观测系统中所有炮点坐标，结合步骤2中地形坡度及坡向信息通过插值算法生成炮点坐标处的坡度值及坡向方向，以步骤3中设置的移动阈值作为标准来判断炮点是否需要移动处理，当炮点的坡度值超过该移动阈值时，将该炮点沿坡向方向移动到坡度值小于该移动阈值的区域；

步骤5，计算炮点优化前后的面元覆盖次数差异：

定义面元网格信息，利用炮检点关系文件，计算排障前后的面元覆盖次数统计结果，将两个统计结果相减得到炮点优化前后的差异，来定量分析观测系统优化效果；其中炮检点关系文件的内容包括：炮点及检波点坐标值及炮点激发信号对应的检波点接收集合。

3.根据权利要求2所述的基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法，其特征在于：所述步骤1中，高程网格数据的坐标范围将所有加载的炮点包含其中。

4.根据权利要求2所述的基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法，其特征在于：步骤3中，坡度大小分为六个等级：①平坡：﹤5°②缓坡：5°～14°③斜坡15°～24°④陡坡25°～34°⑤急坡35°～44°⑥险坡：≥45°，根据以上六个等级设置炮点的移动阈值。

5.根据要求2所述的基于三维地形坡度坡向的观测系统炮点优化设计方法，其特征在于：步骤5具体为，定义相同大小的两个面元网格数据体，利用炮检点关系文件计算优化前后的面元覆盖次数统计结果，遍历两个面元网格上相同位置的每一个网格单元，将两个网格单元上覆盖次数统计值相减得到优化前后的覆盖次数差值，来定量分析炮点优化设计效果。