CN113835117B - 一种航空地震勘探系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种航空地震勘探系统和方法，所述系统包括：地震信号采集器，用于通过发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，并通过设置地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形；航空器姿态传感器，用于记录航空器的飞行姿态，并将所述航空器的飞行姿态信息发送至中央控制器；卫星定位模块，用于确定所述航空器的位置信息和时间标准；并将所述航空器的位置信息和时间标准发送至中央控制器；中央控制器，用于根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器；通信单元，用于向地面设备提供通信和数据传送。

Description

一种航空地震勘探系统和方法
技术领域
本发明涉及地球物理勘探领域，具体涉及一种航空地震勘探系统和方法。
背景技术
地震勘探法目前仍然是在陆地和海洋勘探石油和天然气的主要手段，同时也是其他矿产资源的重要勘探方法，并广泛应用于研究地球内部结构、工程勘探和检测、地质灾害预测等等方面。地震勘探中用来直接拾取地震振动，并将振动转换为符合仪器记录系统需要的能量形式的仪器，称为地震检波器。地震检波器按使用环境可以分为陆上检波器、沼泽检波器、海上检波器和井下检波器等；按工作原理可以分为电磁感应式(动圈式)检波器、压电检波器、光纤检波器和MEMS检波器等；按输出信号的物理量可以分为速度检波器、加速度检波器和位移检波器等；按输出信号的类型可以分为模拟检波器和数字检波器。地震检波器的指标决定了地震勘探仪器的主要技术指标。
通过连接检波器接收地震信号的仪器称为地震仪，根据应用场景的不同可以分为陆地地震仪和海洋地震仪。
至今为止，没有已见报道的航空地震勘探技术和相应的仪器。
发明内容
本发明提出了一种航空地震勘探系统和方法，以力图解决或至少缓解上面存在的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
本发明提供一种航空地震勘探系统，包括：航空器；所述航空器上设置地震信号采集器、航空器姿态传感器、中央控制器、卫星定位模块和通信单元；
所述地震信号采集器，用于通过发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，并通过设置地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形；
所述航空器姿态传感器，用于记录航空器的飞行姿态，并将所述航空器的飞行姿态信息发送至中央控制器；
所述卫星定位模块，用于确定所述航空器的位置信息和时间标准；并将所述航空器的位置信息和时间标准发送至中央控制器；
所述中央控制器，用于根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采
集器和航空器姿态传感器；
所述通信单元，用于向地面设备提供通信和数据传送。
可选地，所述中央控制器控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器包括：
根据所述卫星定位模块的数据确定所述航空器的航线和航速；
根据所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息控制激光光束投射到勘探区域的地表坐标上；
控制所述地震信号采集器的工作参数和工作状态；
通过所述通信单元把采集的地震信号发送到地面设备；
接收所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息，并将所述飞行姿态信息发送到地面设备，以用于所述地面设备对航空器的姿态进行矫正。
可选地，航空器为具有滞空能力的直升机、无人机或飞艇，所述航空器支持为其他单元提供电力。
可选地，确定地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形包括：
根据相邻二次激光光束测量之间的时间差确定地震信号的采样间隔；
根据相邻二次激光光束测量之间的距离差确定地表在一个采样间隔的震动量；
通过发射连续激光等光束采集到地表的震动波形。
可选地，所述航空器姿态传感器利用陀螺测量航空器的姿态。
可选地，所述航空器姿态传感器与所述地震信号采集器通信连接，所述航空器姿态传感器记录所述地震信号采集器的姿态，并将地震信号采集器的姿态信息发送至所述中央控制器，以供所述中央控制器对所述姿态信息进行数据处理以对所述地震信号采集器进行姿态矫正。
可选地，所述通信单元为无线通信装置。
本发明还提供一种航空地震勘探方法，包括：
通过地震信号采集器发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，通过设置地震信号采集器的地震信号的采样间隔和震动量，采集地
表的震动波形；
通过航空器姿态传感器记录航空器的飞行姿态；
通过卫星定位模块确定所述航空器的位置信息和时间标准；
根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器；以及通过通信单元向地面设备提供通信和数据传送。
可选地，通过地震信号采集器的地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形包括：
根据相邻二次激光光束测量之间的时间差确定地震信号的采样间隔；
根据相邻二次激光光束测量之间的距离差确定地表在一个采样间隔的震动量；
通过发射连续激光等光束采集到地表的震动波形。
可选地，所述的航空地震勘探方法，还包括：
通过所述航空器姿态传感器记录所述地震信号采集器的姿态，并地震信号采集器的姿态信息发送至所述中央控制器，以供所述中央控制器对所述姿态信息进行数据处理以对所述地震信号采集器进行姿态矫正。
本发明和现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明的航空地震勘探系统和方法包括五大单元：航空器(AC)上设置地震信号采集器(AU)、航空器姿态传感器(AT)、中央控制器(CCU)、卫星定位模块(BD)和通信单元(C)。本申请利用航空器上的仪器远程对地面的震动进行观测和测量。
附图说明
图1是本发明实施例的航空地震勘探系统的示意图；
图2是本发明实施例的航空地震勘探方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。
如图1所示，本发明实施例提供一种航空地震勘探系统，包括：航空器；所述航空器上设置地震信号采集器、航空器姿态传感器、中央控制器、卫星定位模块和通信单元；
所述地震信号采集器，用于通过发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，并通过设置地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形；
所述航空器姿态传感器，用于记录航空器的飞行姿态，并将所述航空器的飞行姿态信息发送至中央控制器；
所述卫星定位模块，用于确定所述航空器的位置信息和时间标准；并将所述航空器的位置信息和时间标准发送至中央控制器；
所述中央控制器，用于根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器；
所述通信单元，用于向地面设备提供通信和数据传送。
本发明实施例的航空地震勘探系统包括五大单元：航空器(AC)上设置地震信号采集器(AU)、航空器姿态传感器(AT)、中央控制器(CCU)、卫星定位模块(BD)和通信单元(C)。利用航空器上的仪器远程对地面的震动进行观测和测量。
本发明实施例中，所述中央控制器控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器包括：
根据所述卫星定位模块的数据确定所述航空器的航线和航速；
根据所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息控制激光光束投射到勘探区域的地表坐标上；
控制所述地震信号采集器的工作参数和工作状态；
通过所述通信单元把采集的地震信号发送到地面设备；
接收所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息，并将所述飞行姿态信息发送到地面设备，以用于所述地面设备对航空器的姿态进行矫正。
本发明实施例的航空地震勘探技术系统的中央控制器(CCU)是航空地震勘探系统的控制单元，软件和硬件相结合，硬件部分由计算机和存储设备等组成。软件由操作系统软件和控制操作软件等组成。
本发明实施例的中央控制器(CCU)是航空地震勘探系统的“大脑”，基于总线协议，实现对各个硬件模块的调度，从而使其按照指定方式进行工
作。负责控制、协调航空器、地震信号采集器、航空器姿态传感器、卫星定位模块和通信单元的工作，使得整个系统精准有效地运行。
本发明实施例中，航空器为具有滞空能力的直升机、无人机或飞艇，所述航空器支持为其他单元提供电力。
本发明实施例中的航空地震勘探系统的航空器(AC)可以为直升机、无人机或飞艇等飞行器，需要有一定的滞空能力和为其他单元供电的能力。
本发明实施例为实现航空地震勘探，用航空器(AC)搭载探测系统。搭载的含义不限于将探测系统安装于航空器(AC)内部，还包括给探测系统供电。航空器内部一般都有电力输出端口，利用适配的电缆，就可以实现航空器对探测系统各个模块的供电。
本发明实施例中航空器作为航空地震勘探系统的搭载平台，搭载航空地震勘探系统，负责给系统供电(通过航空器内部的电源接口)；通过数据电缆等当时将航空器的飞行状态信息传递给中央控制器。
本发明实施例中，确定地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形包括：
根据相邻二次激光光束测量之间的时间差确定地震信号的采样间隔；
根据相邻二次激光光束测量之间的距离差确定地表在一个采样间隔的震动量；
通过发射连续激光等光束采集到地表的震动波形。
本发明实施例中航空地震勘探系统的地震信号采集器(AU)通过发射激光等光束测量地震信号采集器(AU)与地表之间的距离，二次测量之间的时间差即为地震信号的采样间隔(采样率)，距离差即为地表在一个采样间隔的震动量，通过连续不断的测量即可采集到地表的震动波形。
本发明航空地震勘探系统的地震信号采集器(AU)优选激光距离测量精度达到微米级以上的测距仪。
本发明实施例中，所述航空器姿态传感器利用陀螺测量航空器的姿态。
本发明实施例中，所述航空器姿态传感器与所述地震信号采集器通信连接，所述航空器姿态传感器记录所述地震信号采集器的姿态，并将地震信号采集器的姿态信息发送至所述中央控制器，以供所述中央控制器对所述姿态信息进行数据处理以对所述地震信号采集器进行姿态矫正。
本发明实施例的航空地震勘探系统的航空器姿态传感器(AT)与地震信号采集器(AU)连接在一起，记录地震信号采集器(AU)的姿态，供后续数据处理时进行姿态矫正，提高数据采集精度。
本发明实施例的航空器姿态传感器(AT)可以实时观测和记录地震信号采集器(AU)的三分量姿态，即：横滚、俯仰以及偏航。通过观测地震信号采集器(AU)的姿态，获得了相关的参数，就可以利用其对观测到的基于测距的震动波形进行(距离)修正。
本发明实施例的航空器姿态传感器(AT)可以是电子陀螺仪等装备，功能包括：提供高精度的定位测量；航空地震勘探系统需要利用航空器姿态传感器(AT)的数据把激光光束精确投射到特定的地面坐标。
本发明实施例中，所述通信单元为无线通信装置。
本发明实施例中，通信单元(C)为无线通信装置，为航空地震勘探技术装置与地面提供通信和数据传送。这样的航空勘探系统通过通信单元(C)
向地面设备发送监控运行姿态和数据。卫星定位模块(BD)实现高精度卫星定位，提供地震信号采集器(AU)的位置信息和时间标准。卫星定位模块
(BD)提供位置和时间信息。航空器(AC)在飞行甚至悬停过程中，受到气流的影响，其实际位置可能会发生实时变化，因此需要对航空器(AC)的位置进行实时定位，才能进一步确定地面反射点的位置。通过卫星定位模块
(BD)获取高精度时间信息的目的是为给地震信号采集器(AU)提供高精度时间参照，实现一次激励的收发时间差、两次激励之间的时间差才能够得到精确解算。
如图2所示，本发明还提供一种航空地震勘探方法，可以包括如下步骤S101至步骤S104：
S101、通过地震信号采集器发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，通过设置地震信号采集器的地震信号的采样间隔和震动
量，采集地表的震动波形；
S102、通过航空器姿态传感器记录航空器的飞行姿态；
S103、通过卫星定位模块确定所述航空器的位置信息和时间标准；
S104、根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿
态传感器；以及
S105、通过通信单元向地面设备提供通信和数据传送。
本发明实施例中，步骤S101中通过地震信号采集器的地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形包括：
根据相邻二次激光光束测量之间的时间差确定地震信号的采样间隔；
根据相邻二次激光光束测量之间的距离差确定地表在一个采样间隔的震动量；
通过发射连续激光等光束采集到地表的震动波形。
本发明实施例中，所述的航空地震勘探系统，还包括：
通过所述航空器姿态传感器记录所述地震信号采集器的姿态，并地震信
号采集器的姿态信息发送至所述中央控制器，以供所述中央控制器对所述姿态信息进行数据处理以对所述地震信号采集器进行姿态矫正。
虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种航空地震勘探系统，其特征在于，包括：航空器；所述航空器上设置地震信号采集器、航空器姿态传感器、中央控制器、卫星定位模块和通信单元；
所述地震信号采集器，用于通过发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，并通过设置地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形；
所述航空器姿态传感器，用于记录航空器的飞行姿态，并将所述航空器的飞行姿态信息发送至中央控制器；
所述卫星定位模块，用于确定所述航空器的位置信息和时间标准；并将所述航空器的位置信息和时间标准发送至中央控制器；
所述中央控制器，用于根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器；
所述通信单元，用于向地面设备提供通信和数据传送；
其中，所述震信号采集器通过设置地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形，包括：
根据相邻二次激光光束测量之间的时间差确定地震信号的采样间隔；
根据相邻二次激光光束测量之间的距离差确定地表在一个采样间隔的震动量；
通过发射连续激光等光束采集到地表的震动波形；
所述中央控制器控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器包括：
根据所述卫星定位模块的数据确定所述航空器的航线和航速；
根据所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息控制激光光束投射到勘探区域的地表坐标上；
控制所述地震信号采集器的工作参数和工作状态；
通过所述通信单元把采集的地震信号发送到地面设备；
接收所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息，并将所述飞行姿态信息发送到地面设备，以用于所述地面设备对航空器的姿态进行矫正。
2.如权利要求1所述的航空地震勘探系统，其特征在于：航空器为具有滞空能力的直升机、无人机或飞艇，所述航空器支持为其他单元提供电力。
3.如权利要求1所述的航空地震勘探系统，其特征在于，所述航空器姿态传感器利用陀螺测量航空器的姿态。
4.如权利要求1所述的航空地震勘探系统，其特征在于，所述航空器姿态传感器与所述地震信号采集器通信连接，所述航空器姿态传感器记录所述地震信号采集器的姿态，并将地震信号采集器的姿态信息发送至所述中央控制器，以供所述中央控制器对所述姿态信息进行数据处理以对所述地震信号采集器进行姿态矫正。
5.如权利要求1所述的航空地震勘探系统，其特征在于，所述通信单元为无线通信装置。
6.一种航空地震勘探方法，其特征在于，包括：
通过地震信号采集器发射激光光束测量所述地震信号采集器与地表之间的距离，通过设置地震信号采集器的地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形；
通过航空器姿态传感器记录航空器的飞行姿态；
通过卫星定位模块确定所述航空器的位置信息和时间标准；
根据所述航空器的飞行姿态信息、所述航空器的位置信息和时间标准，控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器；以及通过通信单元向地面设备提供通信和数据传送；
通过地震信号采集器的地震信号的采样间隔和震动量，采集地表的震动波形包括：
根据相邻二次激光光束测量之间的时间差确定地震信号的采样间隔；
根据相邻二次激光光束测量之间的距离差确定地表在一个采样间隔的震动量；
通过发射连续激光等光束采集到地表的震动波形；
控制和协调所述航空器和所述航空器上的地震信号采集器和航空器姿态传感器包括：
根据所述卫星定位模块的数据确定所述航空器的航线和航速；
根据所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息控制激光光束投射到勘探区域的地表坐标上；
控制所述地震信号采集器的工作参数和工作状态；
通过所述通信单元把采集的地震信号发送到地面设备；
接收所述航空器姿态传感器的飞行姿态信息，并将所述飞行姿态信息发送到地面设备，以用于所述地面设备对航空器的姿态进行矫正。
7.如权利要求6所述的航空地震勘探方法，其特征在于，还包括：
通过所述航空器姿态传感器记录所述地震信号采集器的姿态，并地震信号采集器的姿态信息发送至中央控制器，以供所述中央控制器对所述姿态信息进行数据处理以对所述地震信号采集器进行姿态矫正。
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