專利名稱：三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種三維觀測系統(tǒng)炮、檢點自動布設方法，尤其涉及一種三維觀測系統(tǒng)炮、檢點滿覆蓋區(qū)域自動布設方法。
背景技術：
利用地下介質彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對人工激發(fā)地震波的響應，推斷地下巖層的性質和形態(tài)的地球物理勘探方法叫作地震勘探。地震勘探是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段，在煤田和工程地質勘查、區(qū)域地質研究和地殼研究等方面，也得到廣泛應用。隨著技術的發(fā)展，地震數(shù)據在礦產勘探開發(fā)中發(fā)揮越來越重要的作用。當進行地震勘探工作時，在地表以人工方法激發(fā)地震波，陸地地震勘探經常采用的重要震源仍為炸藥，利用炸藥包的爆炸產生的彈性波來探測。炸藥包放在不是很深的鉆井中或水池底上，可以把炸藥包看作是地震射線的點震源，從這里彈性波以不同的速度向外傳播。在向地下傳播時，遇有介質性質不同的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射與折射，在地表或井中用檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震波經過的地下巖層的性質和結構有關。通過對反射或折射到檢波點的地震波的特征(例如，到達檢波點的時間，檢測到的地震波的振幅和頻率等)進行記錄，然后進行處理和解釋，可以推斷地下巖層的性質和形態(tài)。舉例來說，縱波傳播得最快，橫波及表面波傳播得較慢。縱波在巖層中傳播的速度是2000-6000米/秒，而在風化的表層內則降低到350米/ 秒。如果有兩層彈性波傳播速度不同的巖層，則在這兩種介質的分界面上地震線就會發(fā)生折射及反射。在那些由于地殼的構造運動而使巖層發(fā)生強烈破碎的地段或巖層不均勻的地段，則發(fā)生彈性波的散射及吸收。被折射或反射地震射線傳向爆炸點周圍以預定距離設置的一些檢波點，檢波點用靈敏的檢波器來接收地震波。檢波點通常排列成直線或陣列形式， 可以沿這些直線追蹤出彈性波到達各檢波點的時間。圖1是以反射波法進行地震勘探的示意圖，可以看到地面上設置有用于埋放炸藥的多個鉆井B1^2等(即炮點)，并且還設置有沿直線排列的檢波器η” n2、113等(即檢波點)，當炸藥在B1點爆炸后，檢波器ηι、n2、n3等將彈性波轉換為電脈沖，然后將脈沖通過導線或者以無線方式傳送給中心記錄站C，記錄站記錄彈性波由炮點到各檢波點的傳播時間等信息，通過這些信息最終可以測得相應的地質構造。常用的勘探方法包括反射法、折射法和地震測井法。反射法是利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。地震波在其傳播過程中遇到介質性質不同的巖層界面時，一部分能量被反射，一部分能量透過界面而繼續(xù)傳播。在噪聲背景相當強的條件下，通常只有具有較大反射系數(shù)的反射界面才能被檢測識別。反射波的到達時間與反射面的深度有關，據此可查明地層埋藏深度及其起伏。隨著檢波點至震源距離(即，炮檢距)的增大，同一界面的反射波走時按雙曲線關系變化，據此可確定反射面以上介質的平均速度。反射波振幅與反射系數(shù)有關，據此可推算地下波阻抗的變化，進而對地層巖性做出預測。反射法勘探采用的最大炮檢距一般不超過最深目的層的深度。除記錄到反射波信號之外，?？捎涗浀窖氐乇韨鞑サ拿娌?、淺層折射波以及各種雜亂振動波。這些與目的層無關的波對反射波信號形成干擾，稱為噪聲。使噪聲衰減的主要方法是采用組合檢波，即用多個檢波器的組合代替單個檢波器，有時還需用組合震源代替單個震源，此外還需在地震數(shù)據處理中采取進一步的措施。反射波在返回地面的過程中遇到界面再度反射，因而在地面可記錄到經過多次反射的地震波。如地層中具有較大反射系數(shù)的界面，可能產生較強振幅的多次反射波，形成干擾。反射法觀測廣泛采用多次覆蓋技術，即，共反射點多次疊加法。它是對反射界面上的各個反射點進行多次觀測，然后進行動校正，再把校正后的波動信號相加，這樣得到的剖面叫多次覆蓋的時間剖面。具體地說，連續(xù)地相應改變震源與檢波點在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射返回地面，反射點在炮檢距中心點的正下方。具有共同中心反射點的相應各記錄道組成共中心點道集，它是地震數(shù)據處理時所采用的基本道集形式，稱為⑶P道集。多次覆蓋技術具有很大的靈活性，除⑶P道集之外， 視數(shù)據處理或解釋之需要，還可采用具有共同檢波點的共檢波點道集、具有共同炮點的共炮點道集、具有相同炮檢距的共炮檢距道集等不同的道集形式。采用多次覆蓋技術的好處之一就是可以削弱這類多次波干擾，同時尚需采用特殊的地震數(shù)據處理方法使多次反射進一步削弱。地震勘探的難題是分辨率的提高，高分辨率有助于對地下精細的構造研究，從而更詳細了解地層的構造與分布。為此，在二維地震勘探技術的基礎上發(fā)展出了三維地震勘探技術，其是地球物理勘探中最重要的方法，也是當前全球石油、天然氣、煤炭等地下天然礦產的主要勘探技術。在三維地震勘探技術，炮點和檢波點的布設顯得尤為重要。在目前地震勘探的實際過程中，常常是根據經驗進行炮點和檢波點(這兩者可一并簡稱為炮檢點)的布設，得到的滿覆蓋區(qū)域不是大于就是小于指定區(qū)域的大小。大于指定區(qū)域的話還需要關閉一些炮檢點，小于指定區(qū)域的話還需要增加炮檢點，整個過程就處于不斷增加、關閉炮檢點的狀態(tài)中，花費的時間長，最終的結果還不夠精確。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種三維觀測系統(tǒng)炮點和檢波點滿覆蓋區(qū)域自動布設方法。在已知排列及排列滾動的情況下，根據實際的滿覆蓋區(qū)域，自動計算精確得到該區(qū)域的炮檢點布設，同時提高滿覆蓋區(qū)域布設的效率。根據多邊形最長的一邊的方位角，得到炮檢點布設的方法角(或者由用戶指定方位角)，然后定義單元模板(觀測系統(tǒng))，單元模板(觀測系統(tǒng))決定了炮檢點關系，由模板 (觀測系統(tǒng))的炮線及檢波線的滾動距離，計算出當前觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域，然后根據最小滿覆蓋區(qū)域的大小計算出指定區(qū)域(給定的多邊形)炮線及檢波線實際滾動的次數(shù)，從而使得指定區(qū)域中達到滿覆蓋。根據本發(fā)明的實施例的一方面，提供一種三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，所述自動布設方法包括以下步驟根據勘探情況確定滿覆蓋區(qū)域，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形；確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域；根據該最小滿覆蓋區(qū)域與滿覆蓋區(qū)域計算炮線和檢波線的滾動次數(shù)，在整個滿覆蓋區(qū)域中自動布設炮點和檢波點；整理炮點、檢波點關系，剔除對滿覆蓋無貢獻的炮點和對應的檢波點。其中，所述自動布設方法進一步包括以下步驟計算覆蓋次數(shù)，驗證是否達到滿覆蓋次數(shù)的要求。其中，所述計算覆蓋次數(shù)是針對每個面元來進行的，所述面元為一個矩形，該面元的沿y方向的邊長為炮點距的一半，沿χ方向的邊長為檢波點距離的一半，將有關系的炮點與檢波點連接起來，中點落入該面元內的連線的條數(shù)就是該面元的覆蓋次數(shù)。其中，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形包括確定該多邊形的坐標。其中，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形包括確定該多邊形的最長邊的方位角。其中，使觀測系統(tǒng)中的檢波線延伸的方向與該多邊形的最長邊方向平行地設置。其中，確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域的步驟包括設定單元模板的各種參數(shù)。其中，確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域的步驟包括在觀測系統(tǒng)中的所有炮點依次模擬放炮完畢后，沿檢波線延伸的方向或沿炮線延伸的方向以預定滾動距離移動觀測系統(tǒng)，開始下一輪的檢測。其中，確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域的步驟包括在觀測系統(tǒng)中的所有炮點依次模擬放炮完畢后，沿檢波線延伸的方向或沿炮線延伸的方向移動觀測系統(tǒng)。其中，檢波線滾動的距離為檢波線距的整數(shù)倍。其中，炮線滾動的距離是任意距離。其中，在整個滿覆蓋區(qū)域中自動布設炮點和檢波點的步驟包括用滿覆蓋區(qū)域一個方向上的長度除以最小滿覆蓋區(qū)域在該方向上的長度，以得到在該方向上的滿覆蓋滾動次數(shù)。其中，所述觀測系統(tǒng)為正交單元模板或斜交單元模板。其中，滿足以下關系橫線滿覆蓋次數(shù)Nx =接收道數(shù)X道間距Λ2Χ炮線距)， 縱線滿覆蓋次數(shù)Ny =接收線數(shù)/2。本發(fā)明的有益效果在于可以自動計算精確得到實際滿覆蓋區(qū)域的炮檢點布設，節(jié)省了炮點、檢波點布設的時間與成本，以最小的代價達到所要求的信噪比。三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設技術對于石油地球物理勘探中采集設計具有非常重要的應用價值，適用于地震勘探采集中三維勘探設計、施工領域。


通過下面結合示例性地示出一例的附圖進行的描述，本發(fā)明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中圖1是反射法地震勘探系統(tǒng)的示意圖。圖2示出了單元模板的一個示例(6線20道)。圖3示出了滿覆蓋區(qū)域多邊形。圖4示出了按照給定的滿覆蓋區(qū)域實現(xiàn)炮檢點自動布設，其中，內部的灰色多邊形為布設有炮點和檢波點的區(qū)域，而在外部的黑色區(qū)域內只布設有檢波點，未布設炮點。圖5示出了自動布設后計算的覆蓋次數(shù)的情況，其中，最內部的灰色多邊形區(qū)域為滿覆蓋區(qū)域。圖6和圖7分別示出了如圖2的單元模板沿y方向滾動的兩種不同情況。圖8和圖9分別示出了如圖2的單元模板沿χ方向滾動的兩種不同情況。圖10是單個單元模板(12線96道)的一次覆蓋圖。圖11是單個單元模板的兩次覆蓋圖。圖12示出了中央區(qū)域A12達到橫線滿覆蓋次數(shù)的情況。圖13示出了中央區(qū)域C6達到縱線滿覆蓋次數(shù)的情況。圖14示出最小滿覆蓋區(qū)域Htl，其在橫線方向和縱線方向上均達到了滿覆蓋次數(shù)。圖15示出了指定滿覆蓋區(qū)域為1000m*1000m的示例。圖16示出了滿覆蓋滾動次數(shù)為2的情況。圖17示出了指定滿覆蓋區(qū)域1000m*1000m完成滿覆蓋后的情況。圖18顯示了滿覆蓋邊界非矩形的布設結果。圖19為由9個斜交的單個模板組合而成的組合模板。圖20示意性示出了組合模板的自動布設結果。圖21示出了裁剪后的炮檢點分布。圖22示出了裁剪后的覆蓋次數(shù)圖。圖23示出了覆蓋次數(shù)的計算方法原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明利用反射法觀測，并且采用共反射點多次疊加法。它是對反射界面上的各個反射點進行多次觀測，然后進行動校正，再把校正后的波動信號相加，這樣得到的剖面叫多次覆蓋的時間剖面。具體地說，連續(xù)地相應改變震源與檢波點在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射返回地面，反射點在炮點和檢點連線的中心點的正下方。具有共同中心反射點的相應各記錄道組成共中心點道集。為了解決現(xiàn)有技術中炮點和檢波點布設困難、耗時、不精確等問題，本發(fā)明首先采用了一個單元模板(觀測系統(tǒng))來實現(xiàn)多次覆蓋。在該單元模板中設置有炮點和多個檢波點，通常炮點也具有多個，這多個炮點是依次放炮，檢波點依次檢查每個炮點引起的被地下的中心點反射的地震波。單元模板中的一個炮點放炮時，該單元模板中的所有檢波點全部接收并檢測地震波，因此，單元模板(觀測系統(tǒng))決定了炮檢點關系(炮檢點關系就是指某個炮點放炮的時候，哪些檢波點接收)。單元模板的覆蓋區(qū)域(嚴格來說，應該稱為“一次覆蓋區(qū)域”，參見下文)指由反射地震波的反射點形成的區(qū)域，由于反射點在炮檢距中心點的正下方，所以覆蓋區(qū)域就是炮檢距中心點所處的區(qū)域，通常來說，單元模板的覆蓋區(qū)域的邊界與由炮點與該模板邊緣的各個檢波點組成的各條連線的中點形成的連接線大致重合。因此單元模板的覆蓋區(qū)域的面積必然小于單元模板的面積。當單元模板中的所有炮點均放炮完畢后，沿待測區(qū)域的設定方向(檢波線方向或者炮線方向)移動單元模板，進行新一輪的放炮與檢波，從而使此次的單元模板的覆蓋區(qū)域與上次的單元模板的覆蓋區(qū)域的重疊區(qū)域的覆蓋次數(shù)達到2次。連續(xù)地相應改變單元模板的位置，實際上就是改變震源與檢波點在待測區(qū)域中的位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射返回地面上的檢波點而被檢測(當然，炮點和檢波點會發(fā)生變化)。可以說，單元模板就是三維觀測中所使用的最小激發(fā)接收單元。圖2示出了單元模板的一個示例(6線20道)。如圖2所示，圖中的圓圈“〇”表
示炮點，十字叉“+”表示檢波點(接收點)。該單元模板具有由四個炮點組成的一條炮線
以及六條檢波線(接收線)，每條檢波線有20個檢波點，可以將該單元模板簡稱為6線20 道。這4個炮點放炮的時候，這6條檢波線的所有檢波點接收。這1條炮線和6條檢波線上的炮檢點陣列就組成了一個單元模板。在該示例中，炮點距為50米，檢波點距為50米， 檢波線距為200米。需要說明的是，炮點距、檢波點距和檢波線距是根據實際情況而定的， 在此列出的數(shù)值僅僅是為了舉例。在開始正式描述之前先解釋幾個概念。首先是滿覆蓋次數(shù)，滿覆蓋次數(shù)是指為了讓一個反射點反射的地震波被檢測出來的信噪比足夠大(即達到滿足要求的測量精度)， 這點所需要被檢測(覆蓋)的次數(shù)。滿覆蓋區(qū)域指的是這樣一個區(qū)域，該區(qū)域中的所有點被檢測的次數(shù)均需要達到滿覆蓋次數(shù)。為了精確地測量待測區(qū)域，待測區(qū)域中的每個點都需要被滿覆蓋，因此，待測區(qū)域就是滿覆蓋區(qū)域。工區(qū)指地震勘探的工作區(qū)域，具體地說，凡是布置炮點和檢波點進行地震勘探工作的區(qū)域都屬于工區(qū)。更準確地說，實際勘測工作中布置在最外圈的炮點或檢波點相連所成曲線所包圍的封閉區(qū)域就是工區(qū)。為了使待測區(qū)域 (滿覆蓋區(qū)域)的邊緣也達到滿覆蓋次數(shù)，則必然在待測區(qū)域的邊緣之外布置有檢波點，因此工區(qū)通常大于待測區(qū)域。待測區(qū)域可以為任意形狀的多邊形，假設實際指定的待測區(qū)域(滿覆蓋區(qū)域)是如圖3所示的多邊形，圖4的內部的淺色多邊形區(qū)域為其中布設有炮點和檢波點的區(qū)域，而深色區(qū)域為其中布設有檢波點的區(qū)域，該區(qū)域中不布設炮點，比較圖3和圖4可以看出，工區(qū)(即由最外端的邊界限定的區(qū)域)的面積大于滿覆蓋區(qū)域(待測區(qū)域)的面積，且包含滿覆蓋區(qū)域。圖5示出了自動布設后計算的覆蓋次數(shù)的情況，其中，最內部的灰色多邊形區(qū)域為滿覆蓋區(qū)域。根據多邊形最長的一邊與χ方向所成的夾角(即，方位角)，得到炮檢點布設的方位角(或者由用戶指定方位角)。然后設定單元模板(觀測系統(tǒng))，即在單元模板中如何布設炮點和檢波點，使檢波線延伸的方向與多邊形的方位角方向一致。接著，開始在單元模板中的各個炮點逐一放炮，單元模板的所有檢波點對地震波進行測量，在模板中的所有炮點放炮完畢并記錄好這一輪的震波的數(shù)據后，沿檢波線延伸的方向(橫線方向)或者沿炮線延伸的方向(縱線方向)以預定距離移動單元模板，保持炮點和檢波點在單元模板中的相對位置固定，然后在新的位置放炮進行下一次的測量，從而使得此次單元模板的覆蓋區(qū)域與上一次單元模板的覆蓋區(qū)域的重疊區(qū)域的覆蓋次數(shù)增加一次。其中，設定單元模板可以是設置檢波點和炮點的布設參數(shù)，例如，設置檢波點在X、 y方向上的數(shù)量以及相鄰檢波點在X、y方向上的間隔，起始位置；設置炮點在X、y方向上的數(shù)量以及相鄰炮點在x、y方向上的間隔，起始位置。另外，單元模板除可以采用正交模板 (即炮線方向與檢波線方向垂直)外，還可以采用斜交模板(即炮線方向與檢波線方向不垂直)，斜交模板的兩種移動方向不互相垂直。單元模板的參數(shù)設置根據各個方向的滿覆蓋次數(shù)等來決定。根據實際勘探情況，由用戶給定坐標確定的一個達到滿覆蓋次數(shù)的區(qū)域。
對于滿覆蓋次數(shù)N，總是滿足公式N = NxXNy(1)式中，Nx為橫線滿覆蓋次數(shù)；Ny為縱線滿覆蓋次數(shù)。Nx =接收道數(shù)X道間距Λ2Χ炮線距)，Ny =接收線數(shù)/2(2)接收線數(shù)是單元模板中檢波線(接收線)的條數(shù)，接收道數(shù)是一條檢波線中所具有的檢波器個數(shù)，道間距是在檢波線中兩個相鄰檢波器之間的距離。炮線距指相鄰兩條炮線之間的距離，如果單元模板中只有一條炮線，則炮線距為炮線滾動一次的滾動距離。圖10是單個單元模板(12線96個檢波點)的覆蓋次數(shù)圖。圖11是單個單元模板沿橫線方向移動后的兩次覆蓋圖。如圖10和圖11所示，從圖10看單元模板的接收道數(shù)為96，道間距為50，炮線距為200，接收線數(shù)為12條，那么圖12的橫線滿覆蓋次數(shù)Nx = 96 X 50/ (2 X 200) = 12 (如圖 12所示)，縱線滿覆蓋次數(shù)Ny =接收線數(shù)12/2 = 6 (如圖13所示)。由單元模板(觀測系統(tǒng))的炮線及檢波線的滾動距離(即，為了多次覆蓋消除噪聲，炮線和檢波線每次移動的距離)，計算出當前的單元模板(觀測系統(tǒng))的最小滿覆蓋區(qū)域(將在下文中解釋“最小滿覆蓋區(qū)域”)，然后根據最小滿覆蓋區(qū)域的大小計算出指定區(qū)域(給定的多邊形)的炮線及檢波線實際滾動的次數(shù)，從而使得指定區(qū)域中達到滿覆蓋。如圖5所示，其中里面最深顏色的區(qū)域為滿覆蓋區(qū)域，其與開始設定的待測區(qū)域基本吻合。下面將舉例詳細說明根據本發(fā)明的實施例的三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其具體的步驟如下第一步，進行滿覆蓋區(qū)域的繪制。如圖3所示，用戶根據實際勘探情況確定，確定出滿覆蓋區(qū)域(待測區(qū)域)的坐標，由坐標繪制出滿覆蓋區(qū)域多邊形，并確定該多邊形的最長邊的方位角。第二步，確定當前觀測系統(tǒng)(單元模板)的最小滿覆蓋區(qū)域。首先根據客戶要求達到的滿覆蓋次數(shù)(也即與要求達到的信噪比對應的滿覆蓋次數(shù))、待測地層的深度、地震波在待測地層中的傳播速度以及待測地層厚度等因素來進行單元模板的參數(shù)論證，論證包括檢波點間距、檢波線長度，炮點距、檢波線踞、炮線距，根據論證結果來設定單元模板的各種參數(shù)。單元模板可以采用正交模板或者斜交模板。在下文中將提到使單元模板分別沿檢波線延伸的方向(橫線方向)和炮線延伸的方向(縱線方向)移動，來對待測區(qū)域的面元進行多次覆蓋。其中，橫線方向滿覆蓋次數(shù)Nx =接收道數(shù)X道間距Λ2Χ炮線距)，所以橫線方向滿覆蓋次數(shù)與單元模板參數(shù)有關，而且還與炮線距(如果單元模板只有一條炮線，則炮線距為炮線的滾動距離)有關；縱線方向滿覆蓋次數(shù)Ny=接收線數(shù)/2，所以縱線方向滿覆蓋次數(shù)由單元模板參數(shù)決定。但最后的滿覆蓋次數(shù)N = NxXNy應當達到客戶要求的滿覆蓋次數(shù)的范圍。由設定的單元模板(觀測系統(tǒng))、炮線及檢波線的滾動距離，計算出當前觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域。下面首先參照圖6-圖9來具體說明炮線及檢波線的滾動以及滾動距離的概念為了清楚地解釋，圖6-圖9采用的單元模板是圖2的小正交單元模板(6線20道)。另外需要注意的是圖6-圖9的坐標系與圖3的坐標系不同，圖6-圖9的坐標系的χ方向是沿待測區(qū)域的方位角方向(即最長邊方向，也即檢波線延伸的方向、橫線方向)，y方向是沿炮線延伸的方向(即縱線方向)。圖6和圖7分別示出了圖2中示出的單元模板沿y方向滾動的兩種不同情況圖6 和圖7均利用圖2中示出的單元模板進行模擬放炮，并讓單元模板沿y方向移動，只是移動的距離不同。如圖6所示，單元模板沿y方向滾動200m，檢波線也隨之向上滾動200m，由于該單元模板的檢波線距為200m，所以在平面圖上看就好像新增一條檢波線。而由于炮線沿 y方向，與單元模板的移動方向相同，所以沒有因為單元模板的滾動而出現(xiàn)新的炮線。檢波線滾動的距離一般可為檢波線距的整數(shù)倍。如圖7所示，單元模板沿y方向滾動400m，檢波線隨之滾動400m，在平面圖上看就好像新增兩條檢波線。圖8和圖9分別示出了如圖2的單元模板沿χ方向滾動的兩種不同情況。圖8和圖9同樣利用圖2中示出的單元模板進行模擬放炮，并讓單元模板沿χ方向移動，只是移動的距離不同。由于單元模板沿χ方向移動，所以炮線滾動后成為2條，由于圖2中的單元模板只有一條炮線，因此炮線滾動的距離可以是任意距離。如圖8所示，炮線滾動距離為 200m。如圖9所示，炮線滾動距離為400m。下面接著參照圖10-圖14來說明最小滿覆蓋區(qū)域，圖10是單個單元模板(12線 96道)的一次覆蓋圖，圖10所示的整個區(qū)域為一個單元模板。需要注意的是，圖10-圖14 的單元模板與圖2、圖6-9的單元模板不同，圖2的單元模板有6條接收線，每條接收線上有 20個檢波點(可以簡稱為6線20個檢波點，也即6線20道)，而圖10-圖14的單元模板是12線96道。如前所述，反射點在炮檢距中心點的正下方，則該單元模板實際覆蓋的反射點區(qū)域的邊界大致由各個炮點與該模板邊緣的各個檢波點的各條連線的中點所在軌跡(取外緣的軌跡)限定，圖10中示出的灰色區(qū)域就是覆蓋的反射點的區(qū)域，其覆蓋次數(shù)為1，稱之為“一次覆蓋區(qū)域”。圖11是單個單元模板的兩次覆蓋圖，如圖11所示，單元模板按預設滾動距離沿橫線方向滾動1次(但是為了設計軟件的方便，可以將橫線滾動次數(shù)參數(shù)設為幻，形成兩條炮線，使?jié)L動前后的覆蓋區(qū)域互相重疊的面元的覆蓋次數(shù)變成兩次。淺色區(qū)域(圖11中的字母A1和F上的條狀區(qū)域)的覆蓋次數(shù)為1，深色區(qū)域(E上的條狀區(qū)域)的覆蓋次數(shù)為2。 以此類推即可使重疊部分面元(例如圖12中的A12所指示的區(qū)域，在字母A12上方的深色矩形條狀區(qū)域)達到橫線最大覆蓋次數(shù)。如果所要求的橫線滿覆蓋次數(shù)比較高，則單元模板每次沿橫線方向滾動的距離應該變小，使用在橫線方向上較長的單元模板。根據單元模板“一次覆蓋區(qū)域的寬度(即接收線長度/2) ”除以炮線滾動距離可計算出達到橫線滿覆蓋所需要的滾動次數(shù)。如圖12所示，其中，中央區(qū)域A12達到橫線滿覆蓋次數(shù)12次。如圖13所示，同樣，縱線滾動也可計算出滾動次數(shù)，此例中檢波線滾動6次達到滿覆蓋滾動，中間區(qū)域C6達到縱線滿覆蓋次數(shù)6。如圖14所示，在經過橫線方向滾動和縱線方向滾動之后，中間紅色區(qū)域Htl為滿覆蓋區(qū)域，覆蓋次數(shù)72。該區(qū)域即為“最小滿覆蓋區(qū)域”。圖14中最小滿覆蓋區(qū)域Htl面積大小為 200m*200m。第三步、自動布設炮檢點。由上述步驟2計算出的最小滿覆蓋區(qū)域與工區(qū)給定的滿覆蓋區(qū)域計算出炮線與
9檢波線的滾動次數(shù)，布設方向為多邊形區(qū)域最長的一邊的角度(或用戶指定)，這樣就可以實現(xiàn)整個工區(qū)的炮檢點的模擬布設。下面參照圖15 — 17來解釋炮檢點的自動模擬布設過程。由第二步得到“最小滿覆蓋區(qū)域”，根據其縱橫寬度及指定的滿覆蓋區(qū)域(如圖) 計算得到“滿覆蓋滾動次數(shù)”。注意，這里所指的“滿覆蓋滾動次數(shù)”不是“單元模板的滾動次數(shù)”，滿覆蓋滾動次數(shù)指單元模板滾動出最小滿覆蓋區(qū)域后，再繼續(xù)滾動使待測區(qū)域的每個部分均達到該方向上的滿覆蓋所需要的次數(shù)。如圖16所示，是將滿覆蓋滾動2次后的結果，中間的區(qū)域HpH1達到滿覆蓋。圖15示出了指定滿覆蓋區(qū)域為1000m*1000m的示例(參見圖15中的正方形輪廓)，若要使如圖15所示的整個待測區(qū)域均達到滿覆蓋布設，根據最小滿覆蓋區(qū)域的面積大小為200m*200m，可計算得到滿覆蓋滾動次數(shù)5*5次。如圖17所示， 是指定滿覆蓋區(qū)域1000m*1000m完成滿覆蓋后的情況。因此，在此特殊示例中，單元模板的總的滾動次數(shù)必定超過5*5次，因為開始單元模板要先滾動12*6次才能出一個最小滿覆蓋區(qū)域，然后再沿橫線方向和縱線方向繼續(xù)滾動5*5次，才能得到其他的最小滿覆蓋區(qū)域，從而在待測區(qū)域中實現(xiàn)兩個方向上的滿覆蓋。圖18顯示了滿覆蓋邊界非矩形的布設結果。此例中滿覆蓋滾動次數(shù)如下，縱線方向滿覆蓋滾動5次，橫線方向滿覆蓋滾動次數(shù)從下至上依次為10、8、6、4、2，如圖17中的三角形區(qū)域所示。實際上在布設完成之前，是沒法對每個面元都進行覆蓋次數(shù)的準確計算的，圖 15 17是為了展示布設的效果，而提前進行了覆蓋次數(shù)的計算。實際上在下面即將描述的第四步中，還需要剔除一些炮檢點(即，當單元模板位于待測區(qū)域的邊緣處時，為了減小施工成本等目的，并非單元模板中的所有炮點都放炮，也并非所有的檢波點都檢波)，因此滿覆蓋次數(shù)需要通過其他方法精確計算。第四步、整理炮檢點關系。由第三步完成炮檢點布設后，再根據炮點對應的模板對炮點加關系(加關系就是把炮點與檢波點聯(lián)系起來，當有了關系后，對每一炮，對應地就有相應的檢波點)，優(yōu)選地， 剔除對滿覆蓋無貢獻的炮點及其對應檢波點。當某個炮點跟它有關系的檢波點的連線中點不在滿覆蓋區(qū)域，就對滿覆蓋無貢獻。這樣可以節(jié)約資源和時間、精力。下面以圖19-圖22為例來具體描述炮檢點關系的整理過程。圖19為斜交組合模板，由9個斜交單個模板組合而成的組合模板(為平面模板)， 其中炮線與檢波線斜交。圖20示意性示出了組合模板的自動布設結果。圖21示出了裁剪后的炮檢點分布。圖22示出了裁剪后的覆蓋次數(shù)圖。由組合模板矩形區(qū)域布設后，其外面4個角中許多炮點所產生的覆蓋次數(shù)在矩形區(qū)域D1外，故對矩形區(qū)域D1的覆蓋次數(shù)無影響，為了減小放炮的成本并節(jié)約時間，如圖20 和圖21所示，此時會將對滿覆蓋無貢獻的炮點與其對應的接收點刪除，以達到減少施工成本等目的。第五步、計算覆蓋次數(shù)，驗證自動布設是否達到既定要求。在進行前面四個步驟后，通常就已經可以達到客戶的滿覆蓋次數(shù)要求了，但為了準確驗證前面的布設結果，或者為了向客戶展示布設結果，還可以設置一個驗證步驟。對上述布設炮檢點進行覆蓋次數(shù)的計算(可利用計算機進行自動計算)，判斷所得到的覆蓋次數(shù)是否能滿足所要求的滿覆蓋次數(shù)的范圍，所得到的滿覆蓋區(qū)域是否是滿足指定工區(qū)的滿覆蓋區(qū)域。滿覆蓋次數(shù)的計算方法是利用如圖23所示的原理來計算，該計算是針對每個面元來進行的，所述面元為一個矩形，該面元的沿縱線(y)方向的邊長為炮點距的一半，沿橫線(X)方向的邊長為檢波點距離的一半。將有關系的炮點與檢波點連接起來，如果一條連線的中點落在該面元內，則該連線就對該面元測量了一次，中點落入該面元內的連線的條數(shù)就是該面元的覆蓋次數(shù)。如圖23所示，共有三條連線的中點經過一個面元，則該面元的覆蓋次數(shù)為3。雖然已經參照本發(fā)明的示例性實施例具體示出并描述了根據本發(fā)明的三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，但是本領域普通技術人員將理解的是，在不脫離如所附權利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以在這里做出形式和細節(jié)上的各種改變。還應該注意的是，在一些可選擇的實施方式中，標示出的功能/動作/步驟可以不按照具體實施方式
中示出的順序發(fā)生。例如，根據所涉及的功能/動作/步驟，連續(xù)示出的功能/動作/步驟實際上可以基本同時地執(zhí)行，或者有時可以按照相反的順序來執(zhí)行。另外，某些步驟可以省略，例如第五個步驟。
權利要求
1.一種三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，所述自動布設方法包括以下步驟根據勘探情況確定滿覆蓋區(qū)域，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形； 確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域；根據該最小滿覆蓋區(qū)域與滿覆蓋區(qū)域計算炮線和檢波線的滾動次數(shù)，在整個滿覆蓋區(qū)域中自動布設炮點和檢波點；整理炮點和檢波點的關系，剔除對滿覆蓋無貢獻的炮點和這些炮點對應的檢波點。
2.根據權利要求1所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，所述自動布設方法進一步包括以下步驟計算覆蓋次數(shù)，驗證是否達到滿覆蓋次數(shù)的要求。
3.根據權利要求2所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，所述計算覆蓋次數(shù)的步驟是針對每個面元來進行的，所述面元為一個矩形，該面元的沿縱線方向的邊長為炮點距的一半，沿橫線方向的邊長為檢波點距離的一半，將有關系的炮點與檢波點連接起來，中點落入該面元內的連線的條數(shù)就是該面元的覆蓋次數(shù)。
4.根據權利要求1或2所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形包括確定該多邊形的坐標。
5.根據權利要求1或2所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形包括確定該多邊形的最長邊的方位角。
6.根據權利要求5所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，使觀測系統(tǒng)中的檢波線延伸的方向與該多邊形的最長邊方向平行地設置。
7.根據權利要求1、2或6所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域的步驟包括設定單元模板的各種參數(shù)。
8.根據權利要求7所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，確定當前的觀測系統(tǒng)的最小滿覆蓋區(qū)域的步驟包括在觀測系統(tǒng)中的所有炮點依次模擬放炮完畢后，沿檢波線延伸的方向或沿炮線延伸的方向以預定滾動距離移動觀測系統(tǒng)，開始下一輪的檢測。
9.根據權利要求8所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，檢波線滾動的距離為檢波線距的整數(shù)倍。
10.根據權利要求8所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，炮線滾動的距離是任意距1 ο
11.根據權利要求1或2所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，在整個滿覆蓋區(qū)域中自動布設炮點和檢波點的步驟包括用滿覆蓋區(qū)域一個方向上的長度除以最小滿覆蓋區(qū)域在該方向上的長度，以得到在該方向上的滿覆蓋滾動次數(shù)。
12.根據權利要求1或2所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，所述觀測系統(tǒng)為正交單元模板或斜交單元模板。
13.根據權利要求1或2所述的滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，滿足以下關系 橫線滿覆蓋次數(shù)Nx =接收道數(shù)X道間距Λ2Χ炮線距)，縱線滿覆蓋次數(shù)Ny =接收線數(shù)/2。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種三維觀測系統(tǒng)滿覆蓋區(qū)域自動布設方法，其中，所述自動布設方法包括以下步驟根據實際勘探情況確定滿覆蓋區(qū)域，繪制滿覆蓋區(qū)域多邊形；確定當前的單元模板的最小滿覆蓋區(qū)域；在整個滿覆蓋區(qū)域中自動地動態(tài)布設炮檢點；整理炮點、檢波點關系；計算覆蓋次數(shù)，驗證布設結果。本發(fā)明可以自動計算精確得到實際滿覆蓋區(qū)域的炮檢點布設，節(jié)省了炮點、檢波點布設的時間與成本。
文檔編號G01V1/00GK102262240SQ201110169029
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者劉鴻, 巫駿, 敬龍江, 耿春, 胡善政, 黎書琴, 龍資強 申請人:中國石油集團川慶鉆探工程有限公司