CN116338749A - 一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地球物理勘探技术领域，公开了一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，包括在山地物探钻机上安装组合导航定位装置；组合导航定位装置采集山地物探钻机的工作状态信息和位置信息，并通过网络通信模块将数据信息发送至信息化管理平台；信息化管理平台将接收的数据信息进行处理分析，实时进行山地物探钻机工作状态判断、钻机位置信息判断和山地物探钻机位置信息精度分析。本发明减少了测量工序的移井、补测工作，降低生产了成本，对下道下药工序提供了精准位置，对提高地震勘探野外资料质量有重要的作用，在地震勘探采集施工中具有非常实用的推广应用的价值。本发明适用于山地物探钻机的实时定位监控。

Description

一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体地说是一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法。

背景技术

石油和天然气等自然资源深埋地下，需要通过专用设备进行钻进探测才能确定其集中区域，否则没法开采；用于钻进地下探测自然资源物质的钻机统称为物探钻机。山区地带地形主要为山地和丘陵，其专用的物探钻机称为山地物探钻机。

在地震采集工程中，山地物探钻井作业按照测量人员测定的井位坐标位置进行钻井，但是可能会遇到部分钻机无法安放在标定的测量正点位上进行钻井作业的情况，需要测量人员重新测定钻机位置，再进行钻井作业，以致造成了测量工序的重复作业，增大了生产成本。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，以实现对地震勘探钻井作业时山地物探钻机实时定位监控与轨迹回放和未在测量正点位钻井作业的山地物探钻机坐标参数进行实时传输。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，包括以下步骤：

S1、在山地物探钻机上安装组合导航定位装置；

S2、组合导航定位装置采集山地物探钻机的工作状态信息和位置信息，并通过网络通信模块发送至信息化管理平台；

S3、信息化管理平台对接收的数据信息进行处理分析，实时进行山地物探钻机工作状态判断、钻机位置信息判断和山地物探钻机位置信息精度分析。

作为限定：步骤S1中组合导航定位装置包括基于RTK解算的GNSS接收机、IMU传感器和网络通信模块，网络通信模块采用GPRS或CDMA，在网络通信模块中，设置多基站网络RTK技术建立的连续运行CORS系统的数据处理中心给出的固定IP地址、用户名及密码，使用用户名和密码登录CORS系统服务器。

作为进一步限定：步骤S2具体为IMU传感器采集山地物探钻机的状态，GNSS接收机接收CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息，IMU传感器将采集的山地物探钻机的状态通过网络通信模块发送至信息化管理平台，GNSS接收机将接收的CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息通过网络通信模块发送至信息化管理平台。

作为另一种限定：步骤S3中的信息化管理平台对接收的数据信息进行处理分析具体为采用闭环间接卡尔曼滤波进行信息融合和误差校正。

作为限定：步骤S3中闭环间接卡尔曼滤波状态模型为：

其中：0是0_3×3零矩阵；

观测量模型为：

上式中，

表示INS姿态误差，/>

表示载体坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度，/>

表示导航定位时刻的旋转角速度，δ表示误差，νⁿ表示向量投影变换，fⁿ表示比力变化，/>

表示地球自转角速度，/>

表示地球自公转角速度，p表示投影坐标系，M₁-M₇表示系统白噪声矢量，w_ε表示角速度误差，w_▽表示角速度变量，X表示选择状态变量，W表示真实的角速度，F表示真实比力，G表示重力加速度，/>

表示载体坐标系到地理坐标系的方向余弦阵，I表示单位向量，Y表示位置观测量，h(x)表示状态量x的函数，H表示量测矩阵。

作为进一步限定：步骤S3中山地物探钻机工作状态判断方法如下：

构建零速探测器，统计连续时间内的振动振幅，若连续时间内的振动振幅均小于预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机工作状态下振动振幅的阈值，则判断山地物探钻机处于静止状态，反之，则判断山地物探钻机处于工作状态；

构建的零速探测器如下：

式中：y_k是IMU传感器精度水平初始值，y_n是IMU传感器实时输出的数据精度水平实测值，N表示IMU传感器输出的N组数据，

表示误差统计，Ω_n表示运行时间范围，/>

表示单位时间z方向的变化；

通过FFT分析振动频率，分析IMU传感器振动噪声的幅频特征，与预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机钻井状态下的幅频特性和待机状态状态下的幅频特性进行对比，若IMU传感器振动噪声的幅频特征与山地物探钻机钻井状态下的幅频特性相同，则判断山地物探钻机处于钻井状态，若IMU传感器振动噪声的幅频特征与山地物探钻机待机状态下的幅频特性相同，则判断山地物探钻机处于待机状态；

钻机位置信息判断方法如下：

在信息化管理平台上设置钻井设计坐标，将GNSS接收机采集的位置信息与钻机设计坐标进行求差值操作，若差值小于或等于预先设定的误差值，则判断钻机的位置符合要求，若差值大于预先设定的误差值，则判断钻机的位置不符合要求；

山地物探钻机位置信息精度分析方法如下：

山地物探钻机位置信息精度包括山地物探钻机位置的平面精度和高程精度，通过判断山地物探钻机位置测量是单点解、固定解还是浮动解，进而确定山地物探钻机位置信息精度。

本发明由于采用了上述方案，与现有技术相比，所取得的有益效果是：

本发明提供的一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，通过采用GNSS接收机接收CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息，精确的对山地物探钻机进行定位，并实时上传至信息化管理平台，实时监控山地物钻机是否在设计位置范围内工作，通过IMU传感器采集山地物探钻机的工作状态，并实时上传至信息化管理平台，减少了测量工序的移机、补测工作，降低生产了成本，对下道下药工序提供了精准位置，对提高地震勘探野外资料质量有重要的作用，在地震勘探采集施工中具有非常实用的推广应用的价值。

本发明适用于山地物探钻机的实时定位监控。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作更进一步详细说明。

图1为本发明实施李预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机钻井状态下的幅频特性和待机状态状态下的幅频特性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本领域的技术人员应当理解，本发明并不限于以下实施例，任何在本发明具体实施例基础上做出的改进和等效变化，都在本发明权利要求保护的范围之内。

实施例一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法

一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，包括以下步骤：

S1、在山地物探钻机的桅杆顶端安装组合导航定位装置，组合导航定位装置包括基于RTK解算的GNSS接收机、IMU传感器和网络通信模块，网络通信模块采用GPRS或CDMA，在网络通信模块中，设置多基站网络RTK技术建立的连续运行CORS系统的数据处理中心给出的固定IP地址、用户名及密码，使用用户名和密码登录CORS系统服务器；

S2、IMU传感器采集山地物探钻机的状态，GNSS接收机接收CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息，IMU传感器将采集的山地物探钻机的状态通过网络通信模块发送至信息化管理平台，GNSS接收机将接收的CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息通过网络通信模块发送至信息化管理平台；

S3、信息化管理平台对接收到的IMU传感器发送的数据信息和GNSS接收机发送的位置信息采用闭环间接卡尔曼滤波进行信息融合和误差校正后，实时进行山地物探钻机工作状态判断、钻机位置信息判断和山地物探钻机位置信息精度分析；

闭环间接卡尔曼滤波的状态模型为：

其中：0是0_3×3零矩阵；

观测量模型为：

上式中，

表示INS姿态误差，/>

表示载体坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度，/>

表示导航定位时刻的旋转角速度，δ表示误差，νⁿ表示向量投影变换，fⁿ表示比力变化，/>

表示地球自转角速度，/>

表示地球自公转角速度，p表示投影坐标系，M₁-M₇表示系统白噪声矢量，w_ε表示角速度误差，w_▽表示角速度变量，X表示选择状态变量，W表示真实的角速度，F表示真实比力，G表示重力加速度，/>

表示载体坐标系到地理坐标系的方向余弦阵，I表示单位向量，Y表示位置观测量，h(x)表示状态量x的函数，H表示量测矩阵。

山地物探钻机工作状态判断方法如下：

构建零速探测器，统计连续时间内的振动振幅，若连续时间内的振动振幅均小于预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机工作状态下振动振幅的阈值，则判断山地物探钻机处于静止状态，反之，则判断山地物探钻机处于工作状态；构建的零速探测器如下：

式中：y_k是IMU传感器精度水平初始值，y_n是IMU传感器实时输出的数据精度水平实测值，N表示IMU传感器输出的N组数据，

表示误差统计，Ω_n表示运行时间范围，/>

表示单位时间z方向的变化；

通过FFT分析振动频率，分析IMU传感器振动噪声的幅频特征，与预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机钻井状态下的幅频特性和待机状态状态下的幅频特性进行对比，预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机钻井状态下的幅频特性和待机状态状态下的幅频特性如图1所示，若IMU传感器振动噪声的幅频特征与山地物探钻机钻井状态下的幅频特性相同，则判断山地物探钻机处于钻井状态，若IMU传感器振动噪声的幅频特征与山地物探钻机待机状态下的幅频特性相同，则判断山地物探钻机处于待机状态；

钻机位置信息判断方法如下：

在信息化管理平台上设置钻井设计坐标，将GNSS接收机采集的位置信息与钻机设计坐标进行求差值操作，若差值≤2m，则判断钻机的位置符合要求，若差值＞2m，则判断钻机的位置不符合要求；

山地物探钻机位置信息精度分析方法如下：

山地物探钻机位置信息精度包括山地物探钻机位置的平面精度和高程精度，通过判断山地物探钻机位置测量是单点解、固定解还是浮动解，进而确定山地物探钻机位置信息精度。

Claims (6)

1.一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在山地物探钻机上安装组合导航定位装置；

S2、组合导航定位装置采集山地物探钻机的工作状态信息和位置信息，并通过网络通信模块发送至信息化管理平台；

S3、信息化管理平台对接收的数据信息进行处理分析，实时进行山地物探钻机工作状态判断、钻机位置信息判断和山地物探钻机位置信息精度分析。

2.根据权利要求1所述的一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，其特征在于，步骤S1中组合导航定位装置包括基于RTK解算的GNSS接收机、IMU传感器和网络通信模块，网络通信模块采用GPRS或CDMA，在网络通信模块中，设置多基站网络RTK技术建立的连续运行CORS系统的数据处理中心给出的固定IP地址、用户名及密码，使用用户名和密码登录CORS系统服务器。

3.根据权利要求2所述的一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，其特征在于，步骤S2具体为IMU传感器采集山地物探钻机的状态，GNSS接收机接收CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息，IMU传感器将采集的山地物探钻机的状态通过网络通信模块发送至信息化管理平台，GNSS接收机将接收的CORS差分信息后实时定位山地物探钻机的位置信息通过网络通信模块发送至信息化管理平台。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，其特征在于，步骤S3中的信息化管理平台对接收的数据信息进行处理分析具体为采用闭环间接卡尔曼滤波进行信息融合和误差校正。

5.根据权利要求4所述的一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，其特征在于，步骤S3中闭环间接卡尔曼滤波状态模型为：

其中：0是0_3×3零矩阵；

观测量模型为：

上式中，

表示INS姿态误差，/>

表示载体坐标系相对于惯性坐标系的旋转角速度，/>

表示导航定位时刻的旋转角速度，δ表示误差，νⁿ表示向量投影变换，fⁿ表示比力变化，/>

表示地球自转角速度，/>

表示地球自公转角速度，p表示投影坐标系，M₁-M₇表示系统白噪声矢量，w_ε表示角速度误差，w_▽表示角速度变量，X表示选择状态变量，W表示真实的角速度，F表示真实比力，G表示重力加速度，/>

表示载体坐标系到地理坐标系的方向余弦阵，I表示单位向量，Y表示位置观测量，h(x)表示状态量x的函数，H表示量测矩阵。

6.根据权利要求5所述的一种山地物探钻机实时定位数据传输与监控的方法，其特征在于，步骤S3中山地物探钻机工作状态判断方法如下：

构建零速探测器，统计连续时间内的振动振幅，若连续时间内的振动振幅均小于预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机工作状态下振动振幅的阈值，则判断山地物探钻机处于静止状态，反之，则判断山地物探钻机处于工作状态；

构建的零速探测器如下：

式中：y_k是IMU传感器精度水平初始值，y_n是IMU传感器实时输出的数据精度水平实测值，N表示IMU传感器输出的N组数据，

表示误差统计，Ω_n表示运行时间范围，/>

表示单位时间z方向的变化；

通过FFT分析振动频率，分析IMU传感器振动噪声的幅频特征，与预先设置在信息化管理平台中山地物探钻机钻井状态下的幅频特性和待机状态状态下的幅频特性进行对比，若IMU传感器振动噪声的幅频特征与山地物探钻机钻井状态下的幅频特性相同，则判断山地物探钻机处于钻井状态，若IMU传感器振动噪声的幅频特征与山地物探钻机待机状态下的幅频特性相同，则判断山地物探钻机处于待机状态；

钻机位置信息判断方法如下：

在信息化管理平台上设置钻井设计坐标，将GNSS接收机采集的位置信息与钻机设计坐标进行求差值操作，若差值小于或等于预先设定的误差值，则判断钻机的位置符合要求，若差值大于预先设定的误差值，则判断钻机的位置不符合要求；

山地物探钻机位置信息精度分析方法如下：

山地物探钻机位置信息精度包括山地物探钻机位置的平面精度和高程精度，通过判断山地物探钻机位置测量是单点解、固定解还是浮动解，进而确定山地物探钻机位置信息精度。

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