二次定位201006-高培中心

1、2receshotcmpXXX2receshotcmpYYY海平面海底反射层测量标定位置实际位置激发点水听器水听器叠加面元叠加面元检波器位置错误造成的后果：检波器位置错误造成的后果：1 1、检波器坐标位置的错误，导致、检波器坐标位置的错误，导致CMPCMP点的坐标位置错误，使点的坐标位置错误，使CMPCMP面元的面元的叠加紊乱。叠加紊乱。 2 2、检波器坐标位置的错误，导致接收、检波器坐标位置的错误，导致接收点的偏移距错误，以致造成接收点点的偏移距错误，以致造成接收点的动校正错误。的动校正错误。MVMtxhhxttt000210sin442Digipoint Acoustic Digipoin

2、t Acoustic Ranging SystemRanging System设备简介设备简介Digipoint Acoustic Ranging System的设备包括主机的设备包括主机DAU（Data Acquisition Unit）、水鸟（）、水鸟（Transducer）、应答器）、应答器（Transponder）和程序器（）和程序器（Tansponder Programmer）四部分）四部分 海底部分海底部分 定位船船载部分电信号距离数据声纳导航数据GPSGPSDigifixDigifixDAUDAUTransducerTransducerTransponderTransponder

3、TransponderTransponderTransponderTransponder定位船位置应答器距离定位原理定位原理Digipoint Acoustic Ranging System定位原理是测距后的空间定位技术与GPS测量技术的结合。首先测量水鸟至应答器之间的距离。声纳测距原理为： 式中s： 水鸟至应答器之间的距离t：声波旅行时间v：为声波速度。通过该距离来确定应答器在空间直角坐标系中的位置 tvs21定位原理定位原理水鸟位于船下，可通过船上安置的GPS测得它的位置M2（x2，y2，z2）,设应答器的位置为M1（x1，y1，z1），理论上，只要测得三组M2（x2，y2，z2），可得出

4、如下方程组：这样可计解出M1（x1，y1，z1）,也就是说可计算出应答器的位置。在实际中考虑到几何图形强度等因素，一般运用多组数据根据最小二乘法来求解，以确定应答器的精确位置。根据以上原理，我们把主机和水鸟安置在定位船上，把应答器与压电检波器绑定在一起，通过定位船的移动测得多组水鸟与应答器的距离便可测得位于海底的压电检波器准确位置 212212212)()()(1zzyyxxs定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用Digipoint Acoustic Ranging System支持512个应答器，每个应答器拥有唯一一个ID号，最大测距范围为500m，应答器最大操

5、作深度200m。为了保证该系统在浅海地震采集中顺利应用，应采用如下步骤：1详细踏勘工区，收集工区海底表层条件、水深变化、海流特征及渔业活动情况。关键点：确定工区水深3m-200m区域，海底表层条件，确定Digipoint Acoustic Ranging System系统的适用范围。确定该区域声波在水中的传播速度，这一点非常重要，将直接决定声波测距精度。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用2 应用程序器对应答器分组编号，确保每个应答器拥有唯一一个ID号；同时检查应答器脉冲长度、休眠状态、电池电量等。该系统支持8组编号，每组64个，共512应答器容量。关键点：保证

6、应答器的电池电量充足，分组编号时应尽可能在同一区域内使用相同组号的应答器。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用3 系统零位检验。目的检查和校验整个系统包括（软件、信号及其他电子元件）在静态条件下的性能。检查方法，水鸟与应答器无限靠近，测定水鸟与应答器之间的距离，理论上其距离应为0m，考虑到误差影响，检查结果应介于0.1m0.2m之间。关键点：进行零位检查应远离噪声区，发电机或其它机器的噪音可能导致多余的脉冲进入水鸟影响检验结果；参与零位检验的应答器仅为0组11号、0组39号两个，0组11、39号包括了系统全部可能的声波范围。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位

7、系统在浅海地震采集作业中的应用4系统接收增益控制调节。测定定位船和水流产生的环境噪音，调节接收机灵敏度，一般情况下，接收机灵敏度值在0-3words之间。关键点：该项测定定位船应远离应答器，建议距离1英里以上；水鸟位置和船速应等同于实际定位的条件，如果水鸟位置和船速在实际定位时有较大变化，应重新调节接收机灵敏度。5系统发射强度调节。目的减弱系统发射强度。一般情况下，发射强度设置在0db；系统测试中如零位检验，水鸟与应答器无限靠近，发射强度应设置在-40db；浅水定位发射强度应设置在-10db。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用6系统定位精度测定。由于该系统是国

8、内首次引进，国内没有检测设备测定定位精度，只能由生产部门自建简易测试场予以检测。应用 GPS RTK技术测定水域中的固定点(厘米级精度)，然后放置应答器测定。考虑二次定位设备中GPS精度（滩海施工一般采用DGPS模式，定位精度为1m），声波在水中传播速度测定误差，外界噪声的影响等各种不确定因素，Digipoint Acoustic Ranging System定位精度一般在3m左右。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用7 作业方法。做好压电检波器的固定方法及投掷方法试验，一般在固定压电检波器和应答器时，把压电检波器和应答器对称地固定在电缆上，当电缆下沉时，因压电

9、检波器一侧重而埋人泥底，而应答器则位于电缆正上方；选择平潮期投掷压电检波器和应答器。定位船应分别在接收线两侧（应在100 m以内）保持稳定船速行驶，施工中应及时对所测的数据进行现场处理，根据处理结果对超限的压电检波器重新放置，并对重新放置的压电检波器重新进行定位。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用-采收率分析及对策采收率分析及对策 1 应答器本身的问题。由于应答器灵敏度太低，接头未接好，或者应答器本身被损坏，如果是这种情况，那只能更换应答器。2 泥质型海底。在放电缆时，由于电缆本身的重量而陷入泥中，这时海底淤泥把声波接收器封死，从而使声波接收器接收不到来自定位

10、船上的声波探头的信号。如果声波接收器刚好被电缆压在正下方，此时不论是泥质型还是软沙型海底，声波接收器都有可能被封堵，接收不到信号。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用-采收率分析及对策采收率分析及对策 3 人为因素。在把应答器固定在压电检波器上时，由于人为的原因，没有将应答器头部的黄色部分露出，从而造成信号接收的困难。在野外施工过程中，应正确分析造成采收率低的原因，从而采取针对性措施，提高采收率。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用-采收率分析及对策采收率分析及对策 1 施工前应用程序器对应答器统一分组编号，尽可能用最少的分组，并

11、保证统一区域使用相同组号的应答器；测试应答器性能，保证完好，电池电量充足。剔出不合格的应答器。2 固定压电检波器和应答器时，把压电检波器和应答器对称地固定在电缆上，同时露出应答器头部的黄色部分，当电缆下沉时，因压电检波器一侧重而埋人泥底，而应答器则位于电缆正上方，减少被泥掩埋的可能性，同时也提高了应答器接收信号的质量。 3 主机DAU采用合适的接收增益值、发射强度值，水鸟探头安置在船体1.5m以下。4 定位船分别在接收线两侧保持稳定船速行驶，保持双边接收。通过采取以上措施，采收率一般可达到80%以上。定位系统在浅海地震采集作业中的应用定位系统在浅海地震采集作业中的应用急需解决以下几个关键问题：

12、1从分析Digipoint Acoustic Ranging System的工作原理可知，确定声波在水中的传播速度是关键技术中的关键。尤其是在黄河入海口的胜利探区，由于在本地区海水与淡水混合且混合的比例不确定。因此，声波在其中的传播速度也不能确定，从而严重影响其测量精度。2 仪器设备检定。由于此设备是我国首次引进用于地震勘探，没有相应的检定厂家与检定方法。应对仪器的检定方法进行可行性论证，提出仪器检定的可行性方案。为进一步建立相应的仪器检定场提供理论依据，作好准备。 浅海中的物理点，采用“即时定位、即时放线”的办法提高了压电检波器的定位精度，同时在排列摆放开始，随即进行二次定位并得到压电检波器

13、的实际位置。（1 1）抓好一次现场定位、做好二次定位）抓好一次现场定位、做好二次定位 借鉴以往工区二次定位的经验，出工前全部更换锂电池在施工借鉴以往工区二次定位的经验，出工前全部更换锂电池在施工过程中采取一系列的措施，保证二次定位的采收率和定位精度过程中采取一系列的措施，保证二次定位的采收率和定位精度: :1 1、传感棒的分组采取、传感棒的分组采取1-2-3-4-5-6-7-0-51-2-3-4-5-6-7-0-5，0-630-63分组，在使用过程分组，在使用过程中必须采取顺序摆放，保证同组号的水鸟距离在中必须采取顺序摆放，保证同组号的水鸟距离在2 2公里以上。严格公里以上。严格按照施工前一天

14、设计好的组号、桩号对应顺序等摆放，并与二次定按照施工前一天设计好的组号、桩号对应顺序等摆放，并与二次定位人员做好核实。位人员做好核实。2 2、在使用过程中需要更换大线和水鸟的情况下，要求排列长、小、在使用过程中需要更换大线和水鸟的情况下，要求排列长、小组长等相关责任人做好变更记录，在排列摆放的同时做好相应的二组长等相关责任人做好变更记录，在排列摆放的同时做好相应的二次定位班报的记录工作，收工后，及时提供给测量计算员水鸟使用次定位班报的记录工作，收工后，及时提供给测量计算员水鸟使用记录表。记录表。3 3、具体排列的摆放顺序由生产队长组织，放线班长、排列长根据前、具体排列的摆放顺序由生产队长组织，

15、放线班长、排列长根据前一天的收线和第二天的施工任务情况，在前一天做好详细计划，做一天的收线和第二天的施工任务情况，在前一天做好详细计划，做好详细记录。具体事务的落实和实施由放线班长负责。好详细记录。具体事务的落实和实施由放线班长负责。4 4、在排列的纵向滚动和转束线的过程中，由排列长和放线班长具体、在排列的纵向滚动和转束线的过程中，由排列长和放线班长具体核对后在摆放排列，保证严格执行顺序摆放的原则，保证同组号的核对后在摆放排列，保证严格执行顺序摆放的原则，保证同组号的水鸟距离在水鸟距离在2 2公里以上。公里以上。5 5、施工前做好每条线、施工前做好每条线( (每天每天) )的水鸟组号的模版设计

16、并严格执行，设的水鸟组号的模版设计并严格执行，设计按照组号南小北大的原则设计，保证同组号计按照组号南小北大的原则设计，保证同组号2 2公里以上。公里以上。6 6、每天收放线所有排列按照、每天收放线所有排列按照“小号收大号放小号收大号放”或或“大号收小号放大号收小号放”，保证水鸟组号摆放质量。保证水鸟组号摆放质量。工区平均采收率：达到工区平均采收率：达到90%90%以上。以上。TZ/OBCTZ/OBC声学二次定位系统声学二次定位系统系系 统统 组组 合合星站星站GPSGPS应答器应答器应答器应答器接口单元接口单元OBC12发射接收机、换能器发射接收机、换能器微机微机系统的介绍系统的介绍系统的介绍

17、系统的介绍（必须已知）或修改已存入应答器的参数；也可以检测应答器的电池电压、水中测距等功能。系统的介绍系统的介绍 RFIDRFID设备设备，利用RFID系统可以进行对全部设备的跟踪，RFID天线是非接触设备，安装在导缆槽中，并与 RFID拾读器连接，距离在 3米以内，拾读器用电缆与电源和导航系统连接，系统将自动记录应答器标示，并组合GPS定位生成相关预铺文件。 系统的介绍系统的介绍RFIDRFID拾读器拾读器RFID天线天线 OBC12 OBC12 换能器换能器是电信号和是电信号和声纳之间转换设备，具有发射声纳之间转换设备，具有发射和接收转换的双重作用，可采和接收转换的双重作用，可采用船底安装

18、，或者船舷安装。用船底安装，或者船舷安装。 接口和电源单元接口和电源单元是对声学是对声学工作系统供电，同时具有信号工作系统供电，同时具有信号传输的中转作用。传输的中转作用。系统的介绍系统的介绍系统的介绍系统的介绍 应答器应答器（TZ/OBC Transponder）是在收到是在收到换能器发出的询问脉换能器发出的询问脉冲时冲时, ,发射回答脉冲信发射回答脉冲信号给换能器的一种回号给换能器的一种回应作用。应作用。软件由功能分为三部分软件由功能分为三部分（三种软件狗）：1、数据采集：接收并处理采集数据实时显示应答器在海底的实际位置坐标，直观显示与设计理论坐标的相对位置。2、数据处理：对采集的数据进行

19、参数加载整理。3、RFID采集：软件系统将自动记录应答器标识，并组合GPS定位生成相关预铺文件。 HydroPos Seismic HydroPos Seismic 软件软件系统的介绍系统的介绍 星站系统是美国星站系统是美国NavComNavCom公司建公司建立的一个全球双频立的一个全球双频GPSGPS卫星差分定卫星差分定位系统，它在全球任何时间、任何位系统，它在全球任何时间、任何地点都能提供分米级精度的连续实地点都能提供分米级精度的连续实时定位服务。该系统是一种预购服时定位服务。该系统是一种预购服务，用户付费后授权在预定时间享务，用户付费后授权在预定时间享受服务。受服务。 系统的介绍系统的介

20、绍 OBC12 Transceiver OBC12 Transceiver和和TZ/OBC TransponderTZ/OBC Transponder说明书介说明书介绍了二次定位系统主机以及应答器的构成。绍了二次定位系统主机以及应答器的构成。 系统的介绍系统的介绍设备的验收设备的验收一、室内应答器的检验一、室内应答器的检验在厂家工程技术人员指导下统一进行应答器编码及性能测试在厂家工程技术人员指导下统一进行应答器编码及性能测试 在桩西外港海域对系统的硬件以在桩西外港海域对系统的硬件以及软件在采收率方面进行实验。及软件在采收率方面进行实验。应答器漂应答器漂设备的验收设备的验收二、桩西海港采收率实验

21、二、桩西海港采收率实验定位船定位船 使用高精度的使用高精度的Trimble5700Trimble5700仪器仪器对对TZ/OBCTZ/OBC声学二次声学二次定位系统进行系统定位系统进行系统精度检验。精度检验。桩西海港采精度实验桩西海港采精度实验设备的验收设备的验收随机成组抽取部分应答器在桩西水域按计划进行实验随机成组抽取部分应答器在桩西水域按计划进行实验桩西海域进行精度试验桩西海域进行精度试验 设备的验收设备的验收定位桩定位船最大偏移0.82米，最小偏移0.37米，中误差0.43。设备的验收设备的验收实验参数：线距实验参数：线距200200米，米，RangeRange值为值为300300。由。

22、由RangeRange值的大小来控值的大小来控制野外采集范围。即制野外采集范围。即1 1个、个、2 2个或个或4 4个排列。个排列。设备的验收设备的验收实验结论及建议实验结论及建议设备的验收设备的验收垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用二次定位采集二次定位采集 二次定位是利用先二次定位是利用先进的声纳技术、空间技进的声纳技术、空间技术和技术相结合术和技术相结合对海底检波点位置实时对海底检波点位置实时采集，垦东采集，垦东1 1井工区使井工区使用全球定位系统测量仪用全球定位系统测量仪器星站作为源数器星站作为源数据进行采集，保证了二据进行采集，保证了二次定位数据的高精度和次定位数据的高精度和准确性

23、。准确性。 垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用定位船定位船压电压电施工前期准备施工前期准备垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用 根据换能器的尺根据换能器的尺寸参数以及施工要求寸参数以及施工要求对其制作专用的安装对其制作专用的安装杆，便于仪器安装在杆，便于仪器安装在挂机工作台篷上。挂机工作台篷上。安装好后施工图安装好后施工图安装杆安装杆施工前期准备施工前期准备垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用仪器的安装仪器的安装野外采集野外采集垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用GPS卫星头OBC 12 Transceiver水面下0.8米换能器 利用测深船提前对工区水深进行测量；绘制水深图。 水深

24、测定工作于2009年3月11日开始水深测量，到4月9日完成水深调查工作，共测1726km。并由测量人员绘制出垦东1井工区水深立体图。1 1、水深测定、水深测定垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用2、根据野外实际情况增加铁锚等固定检波器 在进行野外放线过程前，都需要了解当天的天气是否需要增加重量用来固定住检波器，以保证检波器不会随海浪发生较大偏移。在黄河入海口处，由于黄河的冲击作用，也将每道进行增加重量保证检波器不会发生较大漂移。海平面海平面海底海底检波器检波器铁锚铁锚在放置检波器时，视野外在放置检波器时，视野外实际情况合理增加铁锚等实际情况合理增加铁锚等

25、重物固定检波器。重物固定检波器。采采取取措措施施前前采采取取措措施施后后3 3、即时定位即时放线、即时定位即时放线理论设计测线理论设计测线实际放缆位置实际放缆位置水流方向水流方向船前进方向船前进方向水深水深偏移距离偏移距离实际检波点实际检波点理论设计位置理论设计位置放缆测量采集放缆测量采集正正点点放放缆缆的的效效果果展展示示垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用放缆测量采集分析放缆测量采集分析 正点放缆时因潮汐、船速、水流和电正点放缆时因潮汐、船速、水流和电缆等诸多因素的影响缆等诸多因素的影响, ,使得放缆测量资料使得放缆测量资料同海底检波点实际位置相差太大同海底检波点实际位置相差太大垦东垦东

26、1 1井工区的应用井工区的应用4 4、提前进行试探性放线、提前进行试探性放线 在进行野外施工时，在了解工区潮流走向后，放线班挑选出放线经验足的班组提前进行试探性放线，在放线施工的同时由测量人员进行二次定位，验证放线质量和精度，确定出比较适合放线的距离。为后续正常生产打下基础。海底海底海平面海平面投放位置投放位置检波器飘移路线检波器飘移路线潮流方向潮流方向理论位置理论位置测量测量定位定位应答器应答器编码、编码、检测检测应答器固定应答器固定测量组制作测量组制作预铺文件预铺文件成果班成果班报反馈报反馈地震队地震队海上采集海上采集精度、采收率精度、采收率实验实验数据数据整理整理地震队提供预地震队提供预

27、 置文件班报置文件班报采集采集空点空点TZ/OBCTZ/OBC二次二次定位工作流程定位工作流程垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用 150米150米150米定位船为了端点为了端点数据采集的准数据采集的准确性，使采集确性，使采集数据点图形分数据点图形分布均匀，施工布均匀，施工过程中要超出过程中要超出端点一定的距端点一定的距离采集离采集垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用5 5、二次定位、二次定位 我们在工区施工中投入大量人力、物力保证二次定位的使用，来保证检波点放置精度，使施工质量达到要求，本工区二次定位数据统计如下：采收率：采收率：9090以上以上% %0-10m0-10m：72%72%0

28、-15m0-15m：90%90%0-20m0-20m：96%96%=20m=20m：4%4%垦东垦东1 1井二次定位采集点位显示结果图井二次定位采集点位显示结果图垦东垦东1 1井工区的应用井工区的应用两种不同传感棒采收率、精度对比：两种不同传感棒采收率、精度对比： 新的传感棒的投入使得整个工区的采收率和定位精新的传感棒的投入使得整个工区的采收率和定位精度较以往工区有了较大的提高。度较以往工区有了较大的提高。一、声纳二次定位系统价格昂贵，增加了勘探设备成一、声纳二次定位系统价格昂贵，增加了勘探设备成本投入。英国的本投入。英国的sonardyne国际有限公司，其产品价格国际有限公司，其产品价格昂贵

29、，每个应答器昂贵，每个应答器512英镑，加上主机、软件每个应答英镑，加上主机、软件每个应答器综合成本达到器综合成本达到8000元人民币。元人民币。二、二、3m以上水深做声纳二次定位。以上水深做声纳二次定位。3米以下的水域进米以下的水域进行二次定位作业困难、施工效率低，定位精度很难保行二次定位作业困难、施工效率低，定位精度很难保证。证。 存在问题存在问题tvs海底海平面炮点检波点的位置ABCDABCD水听器求解演示图水听器求解演示图初至波的拾取是一个自动的拾取过程，它是根据加过观初至波的拾取是一个自动的拾取过程，它是根据加过观测系统的地震道的炮点、检波点坐标计算出偏移距，然后根测系统的地震道的炮

30、点、检波点坐标计算出偏移距，然后根据用户提供的水速计算出炮点到检波点的旅行时据用户提供的水速计算出炮点到检波点的旅行时TtTt，然后程，然后程序以序以TtTt和时差和时差TsTs之和之和Tt+TsTt+Ts为中心，以用户提供的搜索时窗为中心，以用户提供的搜索时窗长度长度TwTw进行上下搜索，在时间范围进行上下搜索，在时间范围(Tt+Ts-Tw, Tt+Ts+Tw)(Tt+Ts-Tw, Tt+Ts+Tw)来来拾取初至时间。拾取初至时间。通常情况下初至的拾取图通常情况下初至的拾取图初至拾取的公式是：初至拾取的公式是：TsVelSTtTt:初至波的旅行时初至波的旅行时S:炮检距炮检距Vel:水速水速

31、Ts:时延时延由于这种方法是根由于这种方法是根据所加载的观测系统来拾据所加载的观测系统来拾取初至，初至拾取的正确取初至，初至拾取的正确与否也就决定观测系统的与否也就决定观测系统的正确与否正确与否, ,所以这种初至所以这种初至波的拾取方法可以检查观波的拾取方法可以检查观测系统的正确性。右图是测系统的正确性。右图是某一炮点的观测系统错误某一炮点的观测系统错误的图示。的图示。初至拾取的准确与否从而决定对检波点的位置的校正的准初至拾取的准确与否从而决定对检波点的位置的校正的准确性，为了提高拾取的精度，防止其它一些干扰影响初至的拾确性，为了提高拾取的精度，防止其它一些干扰影响初至的拾取，我们可以对地震波

32、进行带通滤波和反褶积处理，保持水直取，我们可以对地震波进行带通滤波和反褶积处理，保持水直达波的优势频率：去掉低频噪音和高频干扰、反褶积处理，使达波的优势频率：去掉低频噪音和高频干扰、反褶积处理，使得波形变得尖锐，从而来提高拾取的精度。下图是滤波地震道得波形变得尖锐，从而来提高拾取的精度。下图是滤波地震道和未滤波地震道初至拾取的比较。和未滤波地震道初至拾取的比较。这一过程是整个过程中的关键过程，初至拾取的这一过程是整个过程中的关键过程，初至拾取的准确与否从而决定对检波点的位置的校正的准确性。而准确与否从而决定对检波点的位置的校正的准确性。而在这个过程中的关键是选取一定偏移距范围内的地震道，在这个过程中的关键是选取一定偏移距范围内的地震道，保证这些地震道的初至是水的直达波，这样才能满足算保证这些地震道的初至是水的直达波，这样才能满足算法的要求，从而保证计算的准确性。法的要求，从而保证计算的准确