CN117705092B - 一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置及其导航方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置及其导航方法，属于地震勘探设备领域，包括重锤车、重锤机构以及节点地震仪，重锤车上还设置有导航机构；导航机构包括：双目视觉采集模块，用于利用双目相机采集相邻两幅节点地震仪图像；GPS定位模块，用于同步双目视觉采集模块和重锤车的初始时间；电源管理模块；微控制器，用于基于视差原理推算节点地震仪的距离。本发明采用上述基于节点地震仪的震源驾驶导航装置及其导航方法，利用双目视觉采集模块采集测线上相邻两个节点地震仪的距离信息，调整导航方向，使得重锤机构驱动的激发点到测线距离始终保持相等，提高了检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及地震勘探设备技术领域，尤其涉及一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置及其导航方法。
背景技术
随着地下空间的充分利用，对城市诱发地震灾害的活动断层高分辨率探测预防愈发重要。其中反射波地震技术是高分辨率探测地下活断层的最重要的技术，而激发能量强频带宽的地震波是决定地震探测成败的关键。
传统的陆地上地震波激发主要利用火工品和可控震源车来完成。其中火工品具有破坏力强、安全危害性大等缺陷，故不允许在城市里使用；可控震源车具有信号可控、能量强的优点，但是同时由于其体积庞大，震动时间长，一般一次激发要延续近20s连续的震动，从而会给城市居民带来恐慌，因此使用环境受到限制，而且这二种都存在激发成本居高不下的问题。
为解决上述问题，近年来轻便的重锤震源车得到了广泛的应用，受到了地震探测技术人员的青睐，其具有安全环保、移动方便、经济成本低的优势，特别是随着自动驾驶技术的发展，能够自动驾驶的重锤震源车在保持原有优势的基础上，又可以节省驾驶操作人员，还能够自动开展密集炮点激发，大大提高了数据采集效率和采集覆盖次数，确保了超浅层（深度50m）以内的成像可靠性，从而使得无人驾驶的重锤震源车是未来发展的趋势。
现有的无人驾驶的重锤震源车主要依据事先设定的测线激发点坐标，利用震源车配合GPS定位信息实现自动驾驶导航，具有导航设备简单且成本低的优势。但是，上述导航主要在地震仪测线是直线或弯曲度较小的采集状况下，才能较好的完成沿测线激发，确保每个激发点位置到测线的直线偏离距离相等且足够小。但是在城市里布设节点地震仪（或是检波器）时会受到各种障碍的影响，需要临时调整节点地震仪的布设位置，造成地震测线整体保持近直线，但是局部弯曲度较大的布设，偏离原来设定的坐标，如果自动导航仍然按照设定的坐标导航，就会引起激发点到测线的垂直距离加大，从而对后期的数据处理带来影响，造成探测结果误差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置及其导航方法，利用双目视觉采集模块采集测线上相邻两个节点地震仪的距离信息，调整导航方向，使得重锤机构驱动的激发点到测线距离始终保持相等，提高了检测精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置，包括重锤车、设置于重锤车上的重锤机构以及沿测线布置的多个节点地震仪，重锤车上还设置有导航机构；
导航机构包括：
双目视觉采集模块，用于利用双目相机采集相邻两幅节点地震仪图像；
GPS定位模块，用于同步双目视觉采集模块和重锤车的初始时间；
电源管理模块，用于供电和电池管理；
微控制器，用于基于视差原理推算节点地震仪的距离；
双目视觉采集模块、GPS定位模块和电源管理模块均与微控制器相连，微控制器与重锤车的整车控制器相连。
优选的，导航机构还包括用于将微控制器获取的节点地震仪图像信息上传存储端的通讯模块，通讯模块使用MQTT协议。
一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的导航方法，包括以下步骤：
S1、双目视觉采集模块的相机标定：
采用张正有标定法获取双目相机的两个摄像头的内部参数、畸变参数和外部参数，并进行相机校准；
S2、同步时间：
利用GPS定位模块通过GPS秒脉冲方式同步重锤车和双目视觉采集模块的初始时间；
S3、利用双目视觉采集模块采集相邻节点地震仪图像，并将传输至微控制器；
S4、利用微控制器分别采集相邻节点地震仪图像的特征点，并进行特征点匹配；
S5、将特征点的图像坐标转换为像素坐标，并基于视差原理，分别推出相邻两个节点地震仪与重锤车的距离；
S6、依据重锤车到每个节点地震仪距离相等原则，调整重锤车行驶方向，使得每个激发点到邻近地震测线的距离相等。
优选的，步骤S4中所述的特征点为节点地震仪的顶点。
优选的，步骤S3中所述的节点地震仪图像为节点地震仪的顶盖图像。
本发明具有以下有益效果：
1、重锤车导航精度的更高：利用双目视觉采集模块采集的测线上相邻节点地震仪的距离信息，调整重锤车的导航方向，使得重锤车在按照预先设计的近似为直线的行进路线行走的基础上，纠正了由于测线局部弯曲造成的激发点偏离地震测线垂直距离突然变大的问题，确保了探测结果的可靠性；
2、实时校正并记录激发点新位置变化信息：重锤车在自主导航过程中，实时根据获得与节点地震仪的位置关系调整导航方向，高效的实现行进方向的渐变微调，并记录调整后激发点的GPS位置信息及与节点地震仪的相对位置关系；
3、利用节点地震仪修正导航，克服由于城市各种电磁源及建筑物遮挡造成GPS信号太弱，难以及时定位或是由于卫星数量太少定位不准的问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的导向原理图；
图2为本发明的一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的结构示意图。
其中：1、重锤车；2、节点地震仪；3、重锤机构；4、双目视觉采集模块。
具体实施方式
为了使本发明实施例公开的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
需要说明的是，术语“包括”和“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，一种基于节点地震仪的震源驾驶导航装置，包括重锤车1、设置于重锤车1上的重锤机构3以及沿测线布置的多个节点地震仪2，本实施例中的节点地震仪2还可替换为检波器，重锤车1上还设置有导航机构；
导航机构包括：
双目视觉采集模块4，用于利用双目相机采集相邻两幅节点地震仪2图像；
GPS定位模块，用于同步双目视觉采集模块4和重锤车1的初始时间；
电源管理模块，用于供电和电池管理；
微控制器，用于基于视差原理推算节点地震仪2的距离；
双目视觉采集模块4、GPS定位模块和电源管理模块均与微控制器相连，微控制器与重锤车1的整车控制器相连。
导航机构还包括用于将微控制器获取的节点地震仪2图像信息上传存储端的通讯模块，通讯模块使用MQTT协议。
一种基于节点地震仪2的震源驾驶导航装置的导航方法，包括以下步骤：
S1、双目视觉采集模块4的相机标定：
采用张正有标定法获取双目相机的两个摄像头的内部参数、畸变参数和外部参数，并进行相机校准；
S2、同步时间：
利用GPS定位模块通过GPS秒脉冲方式同步重锤车1和双目视觉采集模块4的初始时间；
S3、利用双目视觉采集模块4采集相邻节点地震仪2图像，并将传输至微控制器；
步骤S3中所述的节点地震仪图像为节点地震仪的顶盖图像，本实施例中的目标物体还可为节点地震仪2的任意部件。
S4、利用微控制器分别采集相邻节点地震仪2图像的特征点，并进行特征点匹配；
步骤S4中所述的特征点为节点地震仪2的顶点，本实施例中的特征点还可为节点地震仪2上外部的任意一点。
S5、将特征点的图像坐标转换为像素坐标，并基于视差原理，分别推出相邻两个节点地震仪2与重锤车1的距离；
S6、依据重锤车1到每个节点地震仪2距离相等原则，调整重锤车1行驶方向，使得每个激发点到邻近地震测线的距离相等。
因此，本发明采用上述基于节点地震仪的震源驾驶导航装置及其导航方法，利用双目视觉采集模块采集测线上相邻两个节点地震仪的距离信息，调整导航方向，使得重锤机构驱动的激发点到测线距离始终保持相等，提高了检测精度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种采用基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的导航方法，基于节点地震仪的震源驾驶导航装置，包括重锤车、设置于重锤车上的重锤机构以及沿测线布置的多个节点地震仪，重锤车上还设置有导航机构；
导航机构包括：
双目视觉采集模块，用于利用双目相机采集相邻节点地震仪图像；
GPS定位模块，用于同步双目视觉采集模块和重锤车的初始时间；
电源管理模块，用于供电和电池管理；
微控制器，用于基于视差原理分别推出相邻两个节点地震仪与重锤车的距离；
双目视觉采集模块、GPS定位模块和电源管理模块均与微控制器相连，微控制器与重锤车的整车控制器相连，其特征在于：包括以下步骤：
S1、双目视觉采集模块的相机标定：
采用张正有标定法获取双目相机的两个摄像头的内部参数、畸变参数和外部参数，并进行相机校准；
S2、同步时间：
利用GPS定位模块通过GPS秒脉冲方式同步重锤车和双目视觉采集模块的初始时间；
S3、利用双目视觉采集模块采集相邻节点地震仪图像，并将传输至微控制器；
S4、利用微控制器分别采集相邻节点地震仪图像的特征点，并进行特征点匹配；
S5、将特征点的图像坐标转换为像素坐标，并基于视差原理，分别推出相邻两个节点地震仪与重锤车的距离；
S6、依据重锤车到每个节点地震仪距离相等原则，调整重锤车行驶方向，使得每个激发点到邻近地震测线的距离相等。
2.基于上述权利要求1所述的一种采用基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的导航方法，其特征在于：步骤S4中所述的特征点为节点地震仪的顶点。
3.基于上述权利要求1所述的一种采用基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的导航方法，其特征在于：步骤S3中所述的节点地震仪图像为节点地震仪的顶盖图像。
4.根据权利要求1所述的一种采用基于节点地震仪的震源驾驶导航装置的导航方法，其特征在于：导航机构还包括用于将微控制器获取的节点地震仪图像信息上传存储端的通讯模块，通讯模块使用MQTT协议。
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