專利名稱：海上地震測量方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及海上地震數(shù)據(jù)采集測量的完成，更具體的說，涉及在測量期間對地震測量展布的控制。
背景技術(shù)：
完成海上地震數(shù)據(jù)采集測量通常涉及一艘或多艘測量船，它們各拖曳至少ー個地震拖纜穿過水體，該水體被認(rèn)為是覆蓋在ー個或多個含有碳?xì)浠衔锏牡貙又?。為了完?D海上地震數(shù)據(jù)獲取測量，由地震測量船以大約5海里/小時的速度將ー個海上地震拖纜陣列拖在船的后面，該陣列的每個拖纜通常有幾千米長且包含大量水中檢波器和伴隨的電子設(shè)備沿拖纜的長度方向分布。該船還拖曳ー個或多個適于在水中使用的地震震源，通常是空氣槍。由地震震源產(chǎn)生的聲音信號，或稱“爆炸”，穿過水體傳播到地下，在那里聲音信號被各種地層反射。反射的信號由拖纜上攜帯的水中測波器接收，數(shù)字化，然后傳送到地震測量船，在那里數(shù)字化的信號被記錄下來并且至少是部分地被處理，其最終目的是構(gòu)建被測量地區(qū)中地層的表示。往往從同一地下區(qū)域得到兩組或更多組地震數(shù)據(jù)信號。例如，可在同一區(qū)域上在不同的時間進(jìn)行兩次或更多次地震測量來得到這些組地震數(shù)據(jù)信號，通常各次地震測量之間的時間間隔為幾個月至幾年不等。在一些情況中，采集地震數(shù)據(jù)信號用于監(jiān)測由于碳?xì)浠衔锏纳a(chǎn)所造成的地下儲集層中的變化。近年來也出現(xiàn)了在特定地下區(qū)域上方進(jìn)行有時間間隔的三維地震數(shù)據(jù)信號的采集與處理，作為新的重要的地震勘探方法(在業(yè)內(nèi)通常稱作“ 4-D”地震數(shù)據(jù))。通常的實(shí)踐是事先收集關(guān)于測量區(qū)域的某些信息，從而能選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備和方法(稱作“測量設(shè)計”)以實(shí)現(xiàn)所希望的地球物理的和操作的目標(biāo)。一些這樣的信息用于提供測量所需基本參數(shù)，如測量區(qū)域的邊界，被拖曳的拖纜電纜的長度以及地震震源的點(diǎn)火情況等。這些信息已在一定程度上用于貫穿各個獨(dú)立系統(tǒng)的測量控制。這類控制系統(tǒng)的典型實(shí)例是測量船的自動導(dǎo)航、船的航向控制、以及拖纜定位和深度調(diào)節(jié)。例如，美國專利6，629，037號描述了使用成本地圖(cost map)優(yōu)化在已知測量區(qū)內(nèi)加密地震剖面作業(yè)的路徑，英國專利申請GB2364388號公開了根據(jù)由先前測量所記錄的位置數(shù)據(jù)在一已知測量區(qū)域內(nèi)確定震源和拖纜的位置。大家還都知道在測量期間(即實(shí)時或近實(shí)時)收集關(guān)于測量執(zhí)行情況的某些信息，從而可根據(jù)所希望的地球物理的和操作的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置和定位。這些信息也在一定程度上用于貫穿各個獨(dú)立系統(tǒng)的測量控制。下列專利參考文獻(xiàn)代表了這類控制系統(tǒng)的最新技術(shù)美國專利6，618，321號(根據(jù)測定的水流來模擬測量期間拖纜位置)；美國專利6，590,831號(根據(jù)所監(jiān)測的測量參數(shù)來協(xié)調(diào)一次測量期間的多艘地震數(shù)據(jù)采集船)；美國專利6，418，378號(由測量采集的數(shù)據(jù)訓(xùn)練過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于預(yù)測下一測量期間地震拖纜的形狀)；美國專利5，790，472號(根據(jù)水中檢波器噪聲水平對測量期間的地震拖纜定位)；以及國際專利申請WO 00/20859號(根據(jù)拖纜定位器裝置的估計速度對測量期間的地震拖纜定位)以及美國專利6，691，038號(用于被拖曳地震陣列的有源的分離跡線和定位系統(tǒng))。上文描述的控制系統(tǒng)依賴于特定的輸入(如海中的水流)以確定可用于控制地震測量拖船的信息。然而，這些系統(tǒng)中沒有一個依賴于或考慮寬范圍的輸入條件和參數(shù)，它們包括各種目的以及地震測量設(shè)備和方法的限制條件。再有，這些系統(tǒng)中沒有一個試圖利用在整個展布區(qū)(包括震源和接收器二者)部署的ー組協(xié)同導(dǎo)向裝置主動地控制該展布，所以 需要這樣的復(fù)雜系統(tǒng)。已經(jīng)設(shè)計出上述控制系統(tǒng)，通過提供立即實(shí)現(xiàn)的命令或路徑等來實(shí)現(xiàn)所希望的結(jié)果。在對這些輸出的重要的時延效應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化方面考慮得很少或根本沒有考慮。所以需要這樣ー種地震測量控制系統(tǒng)，它在考慮立即效應(yīng)的同時，還考慮輸出(特別是控制命令)的延時效應(yīng)。定義在本描述中，一些術(shù)語在它們第一次使用時被定義，而在本描述中的某些其他術(shù)語定義如下“迎角”是翼片或偏轉(zhuǎn)器相對于流體(即水)流動方向的角度。迎角是一個導(dǎo)出量，是由用于固定翼片的偏轉(zhuǎn)器或本體在系統(tǒng)參考系中的取向、翼片相對于偏轉(zhuǎn)器/本體的可控或固定取向以及在系統(tǒng)參考系中的水流取向計算出來的。當(dāng)翼片/偏轉(zhuǎn)器沒有抬升吋，它有零迎角?！皡^(qū)域旋轉(zhuǎn)”是指從向北取向的軸線量起的軸線旋轉(zhuǎn)，這樣，例如0°區(qū)域旋轉(zhuǎn)是指地震剖面作業(yè)方向(或拖曳方向)是北。這給出區(qū)域相對軸線的取向，并確定該測量的地震剖面作業(yè)方向?！盎鶞?zhǔn)測量”是指時延后的測量試圖參照的原始測量以及伴隨的展布坐標(biāo)?！昂寐肪€”是指相對于海底的實(shí)際航線?！皺M向”和“縱向”是指分別垂直于和平行于拖曳方向的方向，是在區(qū)域相對參考系中定義的。參考系的原點(diǎn)可以轉(zhuǎn)換到測量船的位置?？v向軸取向的ー個實(shí)例是平行于由先前測量指定的地震剖面作業(yè)方向(例如預(yù)先設(shè)計的測線方向或區(qū)域旋轉(zhuǎn))?！膀?qū)動命令”是指展布控制部件操作狀態(tài)的改變，這將給出展布位置的希望結(jié)果?！哎Ｐ汀笔侵俯`組有效流體動カ學(xué)力對展布的影響的ー種表示，這種表示是由計算機(jī)實(shí)現(xiàn)的。這個カ模型包括對展布以及它所在介質(zhì)(即海和大氣)的表示。這一介質(zhì)包括從海面下少于40m深處到空氣/海界面之上幾十米之間的垂直區(qū)域。在這一定義區(qū)域之外產(chǎn)生的但對這一區(qū)域有影響的カ也是用于建模的候選對象。“自然羽角”是指被拖曳體上任何兩點(diǎn)定義的直線與ー參考方向之間的夾角，該參考方向通常是船進(jìn)行地震剖面作業(yè)的方向，由于水流、風(fēng)或兩者的作用得到上述兩點(diǎn)的位置。ー個實(shí)例是連接拖纜首尾所形成的直線與預(yù)先設(shè)計的測線方向之間的夾角。
“近實(shí)時”是指以某種方式延時后的數(shù)據(jù)流，如允許有使用對稱濾波器得到的計算結(jié)果。通常，利用這類數(shù)據(jù)流做出的決定用于增強(qiáng)實(shí)時做出的決定。實(shí)時和近實(shí)時數(shù)據(jù)流二者在被接收之后立即被決定流程中的下一個過程所使用?！拔恢脷v史”是指構(gòu)成一個展布部件(如拖纜或震源陣列)的任何展布元素或元素組的坐標(biāo)或形狀在各個離散時刻的估計值，在離散時刻得到的兩個坐標(biāo)或形狀估計值給出在該時間差上的ー個平均速度。在三個不同時刻的三個坐標(biāo)或形狀估計值給出兩個平均速度和ー個平均加速度。“PID”或“PID控制器”是指比例——積分一一微分控制器。它是ー種反饋控制器，其輸出是ー個控制變量(CV)，通常是基于某個由用戶定義的設(shè)置點(diǎn)(SP)和某個測量得到的過程變量(PV) 二者之差。 “預(yù)測殘差”是指展布模型位置坐標(biāo)預(yù)測值與獨(dú)立測定的基于航行的位置坐標(biāo)ニ者之差。這ー術(shù)語是從卡爾曼濾波估計理論借來的?！爱?dāng)前測量”是指當(dāng)前進(jìn)行的測量路線中已經(jīng)產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)集合、計算結(jié)果或行動。這些可以以實(shí)時、近實(shí)時或根據(jù)需要加以使用?！皽y量前歷史”是指本次測量開始之前產(chǎn)生的在準(zhǔn)備或執(zhí)行本次測量時使用的任何數(shù)據(jù)。實(shí)例包括基準(zhǔn)測量、海圖、潮汐信息、深度信息、地震測量圖、井孔數(shù)據(jù)、面元(binning)數(shù)據(jù)以及自然羽角的歷史記錄。這類信息可能是也可能不是在公共域中。這些數(shù)據(jù)可能是在初歩測期間得到的。“實(shí)時”是指除了產(chǎn)生數(shù)據(jù)流組成部分所需最短時間外再沒有任何附加延時的情況下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流。這意味著在數(shù)據(jù)流中的信息存儲與該信息的提取之間沒有大的間隙。最好有ー個進(jìn)一歩的要求，即這些數(shù)據(jù)流組成部分產(chǎn)生得足夠快，允許使用它們做出的控制決定足夠早地生效?！氨c(diǎn)”是指各地震數(shù)據(jù)采集事件之間的時間間隔所對應(yīng)的時間単位?！氨c(diǎn)目標(biāo)坐標(biāo)”是指為收集地震數(shù)據(jù)全部展布對象所占有的預(yù)期ニ維坐標(biāo)。這組坐標(biāo)還能用于導(dǎo)出展布體目標(biāo)的形狀。“展布”是指“展布部件”的總數(shù)，即船、運(yùn)輸工具和被拖曳的對象(包括電纜)的總數(shù)，它們一起使用，以進(jìn)行海上地震數(shù)據(jù)采集測量。“展布體形狀”是描述任何被拖曳展布部件形狀的數(shù)學(xué)函數(shù)。例如，可認(rèn)為拖纜電纜有從一端到另一端的直線形狀。另ー種表達(dá)方式是，該形狀可以是一系列直線或更高階多項式，它們把沿著拖纜的任意ー組位置坐標(biāo)估計值連接起來，從而給出整個拖纜的近似形狀。類似的方法能用于地震震源陣列?！罢共伎刂圃亍笔侵俯`個可控制的展布部件，它能使一個展布部件沿橫向或縱向改變坐標(biāo)。“展布控制元素操作狀態(tài)”是指給出與展布模型(如流體動カ學(xué)力模型)有關(guān)的信息的那些測量。實(shí)例包括翼片體取向、偏轉(zhuǎn)器上的水流速率、相對于翼片體的翼角、舵角、螺旋槳速度、螺旋槳的螺距、拖曳電纜的張カ等。“展布控制元素性能指標(biāo)”或“性能指標(biāo)”是指單個元素或由全部展布控制元素的組合構(gòu)成的系統(tǒng)的性能極限。實(shí)例包括翼片控制元素的可能翼角值的范圍、拖曳電纜的張カ極限、偏轉(zhuǎn)器裝置的停止角等。
“展布前端”是指連接各拖纜前端的、多少垂直于船的好路線的一條線(最佳擬合的或?qū)嶋H的)?！罢共寄Ｐ汀被颉罢共嫉哪Ｐ汀笔侵缚捎捎嬎銠C(jī)讀出和執(zhí)行的代碼，用于由計算機(jī)模擬該展布對各種輸入力和條件的響應(yīng)。展布模型可以是流體動カ學(xué)力模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)(例如見國際專利申請WO 00/20895號)、由L一范數(shù)最佳擬合判據(jù)驅(qū)動和校準(zhǔn)的運(yùn)動模型、或卡爾曼濾波器?！翱赊D(zhuǎn)向前端偏轉(zhuǎn)器”(又稱SFED)是指位于最外側(cè)的拖纜的前端的可轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)器，如 Western Geco 公司的 M0N0WING 裝置。“轉(zhuǎn)向羽角”類似于自然羽角，但該角由轉(zhuǎn)向裝置改變?！稗D(zhuǎn)向裝置”是指使至少ー個展布部件轉(zhuǎn)向用的裝置。這類裝置包括拖纜轉(zhuǎn)向裝置、可轉(zhuǎn)向前端偏轉(zhuǎn)器以及可轉(zhuǎn)向浮標(biāo)。“拖纜轉(zhuǎn)向裝置”(又稱SSD)是指沿拖纜分布的轉(zhuǎn)向裝置，如Western Geco公司的Q-FIN 裝置?！巴弦伏c(diǎn)”是被拖曳的展布對象在拖船上的原點(diǎn)(例如，在后甲板上導(dǎo)入電纜退出滑車處的點(diǎn)位)。“跡線”是指預(yù)先指定的在進(jìn)行一部分地震測量時展布部件要占有的ニ維坐標(biāo)，如地震測線。實(shí)例包括預(yù)先設(shè)計的測線或測量前設(shè)定的ー組非直線的坐標(biāo)?！败壽E”是指在測量期間任何展布部件占有的實(shí)現(xiàn)了的或?qū)嶋H的ー組坐標(biāo)?！捌揭啤笔侵冈c(diǎn)X和Y坐標(biāo)的轉(zhuǎn)移，它給出航行所需新的原點(diǎn)。“轉(zhuǎn)換功能”是指在計算機(jī)中發(fā)生的一系列計算，它給出各種測量的或投影的量作為輸入，并給出一組驅(qū)動命令作為輸出，這些命令被設(shè)計成給出任何數(shù)量對象位置的設(shè)計的或希望的變化。

發(fā)明內(nèi)容
—方面，本發(fā)明提供ー種方法，用于在進(jìn)行地震測量時控制地震測量展布，該展布有一艘船、多個展布控制元件、多個航行節(jié)點(diǎn)以及多個震源和接收器。該方法包括收集輸入數(shù)據(jù)的步驟，這些數(shù)據(jù)包括用于各航行節(jié)點(diǎn)的航行數(shù)據(jù)，伴隨展布控制元件的傳感器給出的操作狀態(tài)，地震測量所需環(huán)境數(shù)據(jù)以及地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)。使用航行數(shù)據(jù)、操作狀態(tài)及環(huán)境數(shù)據(jù)估計震源和接收器的位置。使用這些位置估計值以及一部分輸入數(shù)據(jù)(至少包括地震測量設(shè)計數(shù)據(jù))確定震源和接收器的最佳跡線。至少是使用所確定的最佳跡線，計算出至少用于兩個展布控制元件的驅(qū)動命令。本發(fā)明方法中的估計、確定和計算步驟可由轉(zhuǎn)換功能來執(zhí)行。更具體地說，可根據(jù)轉(zhuǎn)換功能內(nèi)的展布模型估計位置。在一個實(shí)施例中，展布模型使用輸入數(shù)據(jù)計算第一組估計位置，這些輸入數(shù)據(jù)至少包括操作狀態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)。所收集的航行數(shù)據(jù)包括第二組估計的位置。在轉(zhuǎn)換功能內(nèi)第一組和第二組估計位置被組合在一起，產(chǎn)生估計的震源和接收器位置以及預(yù)測的殘差。預(yù)測的殘差用于估計ー組表征展布模型的參數(shù)。展布模型參數(shù)用于校準(zhǔn)展布模型。預(yù)測的殘差可進(jìn)ー步用于估計收集環(huán)境數(shù)據(jù)所用傳感器的誤差狀態(tài)。可根據(jù)轉(zhuǎn)換功能中的加權(quán)函數(shù)確定最佳跡線。在一個實(shí)施例中，加權(quán)函數(shù)接收地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)和震源及接收器的估計位置作為輸入。來自地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)的輸入可包括展布控制元件的性能指標(biāo)，如轉(zhuǎn)向限制。在這ー實(shí)施例中，加權(quán)函數(shù)用于對輸入數(shù)據(jù)應(yīng)用相對加權(quán)系數(shù)，用于由轉(zhuǎn)換功能計算展布的最佳跡線。在本發(fā)明方法的ー個具體實(shí)施例中，展布模型是展布部件的流體動カ學(xué)力模型。該カ模型可以基于水流數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)。在其他實(shí)施例中，展布模型是展布部件的純統(tǒng)計模型，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或利用L范數(shù)擬合判據(jù)之一。所有這些實(shí)施例都有能カ基于全部輸入對從行為歷史學(xué)習(xí)到的展布控制進(jìn)行參數(shù)化，并且能產(chǎn)生驅(qū)動命令，這些命令將實(shí)現(xiàn)ー組最優(yōu)化的空間目標(biāo)，它們或者以坐標(biāo)的形式(例如爆炸點(diǎn)目標(biāo))或者以形狀的形式(如轉(zhuǎn)向羽角)，用于未來的展布。在ー個具體實(shí)施例中，估計展布響應(yīng)時間并在計算驅(qū)動命令時予以考慮。在這ー實(shí)施例中，驅(qū)動命令還受到限制以保持展布的穩(wěn)定性并在發(fā)送到展布控制元件之前確認(rèn)其有效性。驅(qū)動命令——特別是那些用于控制船的命令——可以手工或自動實(shí)現(xiàn)。由于大多數(shù)驅(qū)動命令的響應(yīng)時間慢，所以在ー些場合實(shí)現(xiàn)者是操作人員。另ー些驅(qū)動命令，如SSD翼角改變，則優(yōu)選自動控制，如在國際專利申請WO 00/20895中描述的那樣。
可根據(jù)地球物理的和操作的要求確認(rèn)驅(qū)動命令的有效性。地球物理要求包括實(shí)現(xiàn)對ー個地下區(qū)域的希望的覆蓋，重復(fù)前一次測量的地震信號射線路徑，以及控制地震傳感器噪聲。操作要求包括為展布穿過危險區(qū)域確定一條或多條安全通道，確定進(jìn)行一條或多條地震測量線的最佳時間，以及減少非生產(chǎn)性時間。相應(yīng)地可以計算出另ー些驅(qū)動命令以實(shí)現(xiàn)兩個或更多個可定義的位置之間的安全通道。一旦得到確認(rèn)，驅(qū)動命令便被發(fā)送到展布控制元件以達(dá)到所希望的測量目標(biāo)。驅(qū)動命令可包括控制至少是船螺旋槳、船推進(jìn)器、展布部件轉(zhuǎn)向裝置以及船電纜絞車之ー的驅(qū)動命令。優(yōu)選地，每個驅(qū)動命令用于控制至少是展布的一個或多個部件的位置、速度和前進(jìn)方向三者之一。展布部件通常包括一艘或多艘海洋船以及由至少一艘船拖曳的多個部件。被拖曳的部件通常包括電纜、傳感器(如水中檢波器)以及轉(zhuǎn)向裝置(如可轉(zhuǎn)向前端偏轉(zhuǎn)器(SFED)和拖纜轉(zhuǎn)向裝置(SSD))。展布部件可進(jìn)ー步包括不與這一艘或多艘測量船系在一起的一艘或多艘運(yùn)輸船，如自動水下運(yùn)輸船(AUN)或自動水面運(yùn)輸船(ASV)。展布控制元件包括舵、螺旋槳、推進(jìn)器、ー個或多個用于使被拖電纜和儀器轉(zhuǎn)向的裝置以及ー個或多個可轉(zhuǎn)向漂浮裝置等裝置中的至少兩個。伴隨展布控制元件的用于產(chǎn)生在輸入數(shù)據(jù)中收集的操作狀態(tài)的傳感器包括張カ、水流速率、傾斜、取向、加速度、速度和位置等傳感器中的一種或多種傳感器。輸入數(shù)據(jù)中收集的環(huán)境數(shù)據(jù)包括水流、鹽度、溫度、壓強(qiáng)、聲速、浪高、浪頻率、風(fēng)速以及風(fēng)向等數(shù)據(jù)中的ー種或多種數(shù)據(jù)類型。輸入數(shù)據(jù)中收集的地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)包括區(qū)域、深度、區(qū)域旋轉(zhuǎn)或地震剖面作業(yè)取向、測線坐標(biāo)、震源和接收器位置，所需覆蓋范圍、局部限制、優(yōu)化因子以及歷史數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)中的ー種或多種數(shù)據(jù)類型。地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)ー步包括展布控制元件的性能指標(biāo)，如船、可轉(zhuǎn)向電纜裝置、可轉(zhuǎn)向震源裝置以及偏轉(zhuǎn)器等的拖曳和機(jī)動特性，被拖曳的電纜、震源以及漂浮裝置的拖曳特性，以及絞車的操作特性。地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)還可以由展布跡線性能指標(biāo)以及測量目標(biāo)來表征。收集的輸入數(shù)據(jù)組還可以表征為包括預(yù)先測量、操作員輸入、當(dāng)前測量、近實(shí)時或?qū)崟r測量以及模擬測量等ー種或多種數(shù)據(jù)類型。預(yù)先測量數(shù)據(jù)可包括環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)和歷史測量數(shù)據(jù)。操作員輸入數(shù)據(jù)可包括展布參數(shù)設(shè)置和環(huán)境數(shù)據(jù)。實(shí)時測量數(shù)據(jù)可包括電纜張力、水流速率、傾斜、取向、加速度、速度、位置、展布控制元件設(shè)置、環(huán)境數(shù)據(jù)、地震信號和噪聲數(shù)據(jù)以及操作員輸入等ー種或多種數(shù)據(jù)類型。所收集的位置數(shù)據(jù)可包括來自GPS接收器、回聲探測儀、深度傳感器、聲波測距系統(tǒng)、磁羅盤、陀螺羅盤、無線電定位系統(tǒng)、加速度計以及慣性系統(tǒng)等ー組傳感器中的一種或多種傳感器的數(shù)據(jù)。展布控制元件設(shè)置數(shù)據(jù)可包括推進(jìn)器設(shè)置、螺旋槳螺距、螺旋槳轉(zhuǎn)速、舵角、拖曳電纜張力、絞車位置、偏轉(zhuǎn)器取向、偏轉(zhuǎn)器迎角、偏轉(zhuǎn)器水速、拖纜轉(zhuǎn)向裝置取向、以及拖纜轉(zhuǎn)向裝置翼片迎角等一組數(shù)據(jù)中的一種或多種輸入數(shù)據(jù)。模擬測量數(shù)據(jù)可包括模擬的測量前數(shù)據(jù)、模擬的操作員輸入、模擬的當(dāng)前測量、模 擬的近實(shí)時數(shù)據(jù)、模擬的實(shí)時測量以及模擬的環(huán)境數(shù)據(jù)等ー種或多種數(shù)據(jù)類型。在地震測量期間收集的原始地震傳感器數(shù)據(jù)也可被表征為輸入數(shù)據(jù)。于是，在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的方法進(jìn)ー步包括使用原始地震傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生估計位置質(zhì)量指示的步驟。這些質(zhì)量指示可包括面元數(shù)據(jù)集、絕對噪聲數(shù)據(jù)、信號噪聲比以及地震信號頻率成分。質(zhì)量指示可用于確認(rèn)實(shí)時測量數(shù)據(jù)、展布控制操作狀態(tài)以及驅(qū)動命令的有效性。另ー方面，本發(fā)明提供一個系統(tǒng)，用于在進(jìn)行地震測量時控制地震測量展布，該展布有一艘船、多個展布控制元件、多個航行節(jié)點(diǎn)以及多個震源和接收器。該系統(tǒng)包括ー個數(shù)據(jù)庫用于接收輸入數(shù)據(jù)，包括用于各航行節(jié)點(diǎn)的航行數(shù)據(jù)，伴隨展布控制元件的傳感器給出的操作狀態(tài)，地震測量所需環(huán)境數(shù)據(jù)以及地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)進(jìn)一歩包括具有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，這些指令使用航行數(shù)據(jù)、操作狀態(tài)以及環(huán)境數(shù)據(jù)來估計震源和接收器的位置；具有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，這些指令使用所估計的位置和一部分輸入數(shù)據(jù)(至少包括測量設(shè)計數(shù)據(jù))來確定震源和接收器的最佳跡線；以及具有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，這些指令至少使用所確定的最佳跡線計算用于至少兩個展布控制元件的驅(qū)動命令。在本發(fā)明系統(tǒng)的ー個實(shí)施例中，估計位置用的指令，確定最佳跡線用的指令以及計算驅(qū)動命令用的指令都包含在ー個共同的計算機(jī)可讀介質(zhì)中。在ー個具體實(shí)施例中，本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)一歩包括ー個具有計算機(jī)可執(zhí)行指令的計算機(jī)可讀介質(zhì)，這些指令用于確認(rèn)計算出的驅(qū)動命令的有效性；以及ー個網(wǎng)絡(luò)，用于把確認(rèn)有效的驅(qū)動命令發(fā)送給展布控制元件，從而可得到所希望的測量目標(biāo)。換句話說，本發(fā)明的系統(tǒng)預(yù)期實(shí)現(xiàn)并包括上文概述的本發(fā)明方法的特性。


為了能詳細(xì)理解上文引述的本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，通過參考附圖中所示本發(fā)明實(shí)施例，可以得到對上文概述的發(fā)明的更具體描述。然而，應(yīng)該指出，附圖只是顯示了本發(fā)明的典型實(shí)施例，所以不應(yīng)理解為對本發(fā)明發(fā)范圍的限制，因為本發(fā)明可以準(zhǔn)許有其他同樣有效的實(shí)施例。圖IA是用于進(jìn)行海上地震測量的地震測量展布的平面圖。圖IB是圖IA中所示展布的立面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的ー個方面用于控制該展布的方法的流程圖。圖3是展現(xiàn)出恒定羽角的被拖曳拖纜的示意性表示。圖4是展現(xiàn)出恒定分離方式的多個拖纜的示意性表示。圖5是最佳拖纜形狀模型的示意性表示，該模型是利用沿拖纜各段定義的局部羽角確定的，以實(shí)現(xiàn)與先前拖纜測量形狀的最佳擬合。圖6是根據(jù)四爆炸點(diǎn)向前看預(yù)測得到的最佳擬合直線的示意表示，其中的殘差預(yù)測值是基于每次起爆后的位置計算出來的。圖7是相繼的向前看最佳擬合直線(如圖6所示)組合的示意性表示。 圖8A-8B示意性說明如何能利用震源羽角表示由水流引起的震源橫向漂移，以及水流和船速矢量分辨率。圖9示意性表示拖纜前端的校正或改變，它造成拖纜前端與好路線成一定角度的偏移，以克服由水流造成的偏航角Θ。圖10示意性顯示擬合到ー個希望的轉(zhuǎn)向跡線的拖纜前端中心。圖11和12示意性顯示如何能估計具有共同斜率的基準(zhǔn)測量拖纜的“最佳擬合”線并將其轉(zhuǎn)換成對每次爆炸所有拖纜共同的羽角。圖13示意性說明將圖11-12所示原理應(yīng)用于估計單個拖纜的最佳斜率。
具體實(shí)施例方式圖1A-1B圖示說明進(jìn)行3D地震測量使用的典型海上地震數(shù)據(jù)采集測量展布(也簡稱“展布”)10。展布10以多個部件來表征，其中一些部件是可控制的，稱作展布控制部件。展布部件通常包括一艘或多艘海船11，如在美國專利6，216，627中描述的海船，以及至少由一艘船拖曳的多個部件。被拖曳的部件包括電纜，如引入電纜20，橫隔線26，拖纜18，震源拖纜和壓強(qiáng)線(二者表示為15)以及震源16和在拖纜上的水中檢波器21，還有轉(zhuǎn)向裝置，如偏轉(zhuǎn)器22，拖纜轉(zhuǎn)向器38以及震源轉(zhuǎn)向裝置17。展布部件可進(jìn)ー步包括不與一艘或多艘測量船系在一起的一艘或多艘運(yùn)輸船(未示出)，如在美國專利6，028，817中描述的無人駕駛有動カ船，美國專利6，474，254中描述的自動水下運(yùn)輸船，或在國際專利申請PCT/GB01/01930 (WO 01/84184 )中描述的海底拖拉機(jī)。展布控制元件通常包括舵R、螺旋槳P、拖進(jìn)器(未示出)、一個或多個用于使被拖電纜和儀器轉(zhuǎn)向的裝置17、22、38以及ー個或多個可轉(zhuǎn)向漂浮裝置46、52等裝置中的至少兩個。更具體地說，在由本發(fā)明受讓人所有和操作的Q 測量船的情況中，測量船11具有GPS接收器12與ー個集成的基于計算機(jī)的地震導(dǎo)航器(TRINAV )耦合，還具有震源控制器(TRIS0R )和記錄(TRIACQ )系統(tǒng)14 (總稱TRILOGY )，該船拖曳多個地震震源16，通常為TRIS0R 控制的在我們的美國專利4，757，482中描述的那種多重空氣槍震源，以及由四條基本相同的拖纜18構(gòu)成的陣列19。然而，將會理解，實(shí)際上可以拖曳多達(dá)20條拖纜，例如使用授予本發(fā)明受讓人的國際專利申請PCT/IB98/01435 (W0 99/15913)中描述的技術(shù)。拖纜18借助它們各自的導(dǎo)入電纜20被拖曳(即高強(qiáng)度鋼或光纖強(qiáng)化電纜，它們在船11和拖纜18之間傳送電源、控制和數(shù)據(jù)信號)。最外側(cè)拖纜18的伸展由兩個可轉(zhuǎn)向前端偏轉(zhuǎn)器(SFED)控制，稱作MONOWING 偏轉(zhuǎn)器，在標(biāo)號22處指出，連接到兩條或更多條最外側(cè)拖纜各自的前端24。在授予本發(fā)明受讓人的美國專利5，357，892中詳細(xì)描述的SFED 22與在每個最外側(cè)拖纜的前端24及其相鄰?fù)侠|的前端24之間連接的各個隔離線26共同起作用，以協(xié)助保持各拖纜18之間有基本相同的間隔。每條拖纜18包括多個(最多達(dá)4000個)水中檢波器21沿拖纜的長度以一定間隔分布。每個水中檢測器21単獨(dú)連線，使其輸出能被単獨(dú)數(shù)字化和濾波，從而允許進(jìn)行復(fù)雜的處理，稱作“數(shù)字組合形成”，如在授予本發(fā)明受讓人的國際專利申請PCT/GB99/01544/(W099/60421)中描述的那樣。每條拖纜18由大量基本相同的拖纜段構(gòu)成，這些拖纜段端到端連接在一起。每個拖纜段有ー個外部塑料皮，它包含若干個長的應(yīng)カ組件，例如由Kevlar制造的應(yīng)カ組件， 以及水中檢波器21，這些水中檢波器由飽含煤油的泡沫塑料隔離材料分離，如授予本發(fā)明受讓人的美國專利6，477，111中描述的那樣。另ー種作法是，每個拖纜段可利用一個“固體”結(jié)構(gòu)，如Sercel和Thales水下系統(tǒng)公司的商品化產(chǎn)品。每條拖纜18還有多個線內(nèi)拖纜轉(zhuǎn)向裝置(SSD) 38，也稱作“轉(zhuǎn)向器”，優(yōu)選美國專利申請US2002 0126575號中描述的那種Q-FIN 轉(zhuǎn)向器，它們以200m間隔沿線分布以控制拖纜的深度和使其橫向轉(zhuǎn)向。此外，每條拖纜18有線內(nèi)聲發(fā)射器或“信號發(fā)生器” 40沿線均勻分布，信號發(fā)生器在轉(zhuǎn)向器38之間放置。信號發(fā)生器40是下文將進(jìn)ー步描述的定位與導(dǎo)航系統(tǒng)的一部分。拖纜18的尾端42，即遠(yuǎn)離測量船11的那一端，經(jīng)由各自的伸長部分44 (類似于伸長部分36)連接于各自的尾浮標(biāo)46、尾浮標(biāo)配有各自的信號發(fā)生器48 (類似于信號發(fā)生器40)。以及各自的GPS接收器50。陣列16進(jìn)ー步在其前端24的區(qū)域配備有附加的浮標(biāo)或浮體52。更具體地說，這又一些浮體52分別連接于拖纜18，往往是在最外側(cè)的拖纜上，分別連在位于最外側(cè)拖纜前端24的兩段伸長部分之間的防水光電“T形”連接器54處，從而被拖纜拖曳。浮子52可基本上與尾浮標(biāo)46相同，配備有各自的信號發(fā)生器56和GPS接收器58,并又各自的伸長部分60連接到它們各自的連接器54。雖然為了清楚起見在圖IA中把浮子52顯示為偏離它們的拖纜，但實(shí)際上它們基本上與拖纜18在同一線上。震源16也配備有GPS接收器(由數(shù)字62表示)以及聲波接收器，如水中檢波器21。震源16可通過轉(zhuǎn)向裝置17轉(zhuǎn)向，如在授予本發(fā)明受讓人的美國專利申請GB0307018. 2號中描述的轉(zhuǎn)向裝置。在使用中，從船11布設(shè)震源16和地震拖纜陣列19并基本如圖IA和IB中所示配置以大約5海里/小時的速度拖曳它們。地震震源16周期性點(diǎn)火，例如每10秒左右一次，所造成的反射地震數(shù)據(jù)信號由拖纜18中的水中檢波器21檢測到，然后被數(shù)字化并經(jīng)由導(dǎo)入線20傳送到船11中的系統(tǒng)14。雖然在圖IA中震源16和拖纜18顯示為在船11之后沿完美的直線延伸，但實(shí)際上由于風(fēng)和波浪作用以及水流等影響，它們往往受到橫向位移(如下文進(jìn)ー步描述的那樣)。這樣，為了構(gòu)成被測量的地下區(qū)域中地層的準(zhǔn)確的位置表示，對于由震源產(chǎn)生的毎次爆炸，準(zhǔn)確確定震源16和水中檢波器21各自的位置(即緯度和經(jīng)度)是至關(guān)重要的。對于震源16，通常是使用GPS接收器62來完成。水中檢波器21各自的位置是相對于ー個或多個GPS接收器50、58和62，通過三角測量確定的，該三角測量使用聲波測距和基于信號發(fā)生器40、48和56的定位系統(tǒng)進(jìn)行的,其中信號發(fā)生器40、48和56與選定的ー個水中檢波器21結(jié)合運(yùn)行，如授予本發(fā)明受讓人的美國專利4，992，990和5，668，775中描述的那樣。這樣，一次完整的地震測量不僅造成大量地震數(shù)據(jù)，還造成大量的位置數(shù)據(jù)以給出對于震源產(chǎn)生的每次爆炸其震源16和檢波器21各自的位置。由這些位置數(shù)據(jù)(又稱航行數(shù)據(jù))能確定整個測量過程中每條拖纜18所遵循的路徑或跡線的形狀。現(xiàn)在參考圖2，本發(fā)明的方法包括收集輸入數(shù)據(jù)的步驟110，輸入數(shù)據(jù)包括各航行節(jié)點(diǎn)的航行數(shù)據(jù)，來自伴隨展布控制元件的傳感器的操作狀態(tài)數(shù)據(jù)116，該次測量的環(huán)境數(shù)據(jù)118以及測量設(shè)計數(shù)據(jù)120。所收集的這組輸入數(shù)據(jù)可從測量前信息、操作員輸入、當(dāng)前測量(近實(shí)時或?qū)崟r)中獲取以及從模擬的測量信息中獲取。航行數(shù)據(jù)
如上文所述，可通過對多個點(diǎn)(航行節(jié)點(diǎn))確定位置、速度和加速度三個矢量，從展布10得到航行數(shù)據(jù)112。沿拖纜的地震水中檢波器子集被指定為聲波定位接收器。這些接收器接收ー個獨(dú)特的聲波信號，該信號來自沿縱向拖纜通常每400m —個線內(nèi)發(fā)射器。發(fā)射器和接收器組合給出沿任何拖纜通常間距小于IOOm的聲波參考點(diǎn)。如美國專利5，668，775中描述的那樣。拖纜端點(diǎn)由GPS參考點(diǎn)控制，這些參考點(diǎn)把聲波航行節(jié)點(diǎn)與以地球為中心的地球固定坐標(biāo)系聯(lián)系在一起。GPS參考點(diǎn)與聲波節(jié)點(diǎn)之間的連接是通過對已知距離、聲波測量的距離及由羅盤測量的方向的組合來實(shí)現(xiàn)的。這些測量的全體用于在船上以對每個爆炸點(diǎn)計算出的最小ニ乘調(diào)節(jié)量給出每個航行節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)估計值。這些航行節(jié)點(diǎn)的密度和位置估計值的精度足以給出總體的和局部的展布部件的ー個適當(dāng)?shù)膱D畫。這些航行數(shù)據(jù)是展布10的位置響應(yīng)的度量。三個基于航行的矢量還能用于校準(zhǔn)本機(jī)慣性導(dǎo)航裝置。這些本機(jī)裝置能向展布控制系統(tǒng)給出精確的位置、速度和加速度估計值，允許該系統(tǒng)校正其自身，校準(zhǔn)頻度高于得到聲波網(wǎng)絡(luò)位置更新值的頻度。航行更新值對于校準(zhǔn)慣性裝置本身也是有用的，這些慣性裝置通常受到累積誤差(通常稱作漂移)的影響。下文中將更詳細(xì)地討論校準(zhǔn)。 操作狀態(tài)伴隨展布控制元件的傳感器用于產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)中收集的操作狀態(tài)數(shù)據(jù)116，這些傳感器包括張カ、水流速率、垂直傾斜、本體取向、加速度、速度和位置等傳感器中的ー種或多種。在本發(fā)明的一個實(shí)施例(下文描述)中，這些傳感器或測量裝置向流體動力學(xué)展布模型提供輸入，該模型用于描述展布10的動力學(xué)特性。ー組操作狀態(tài)數(shù)據(jù)從屬于船11。這些狀態(tài)包括船的航向、速度、舵角、螺旋槳螺距以及船的運(yùn)動(即急轉(zhuǎn)、俯仰和側(cè)傾)。這些狀態(tài)的改變將造成在船11尾部拖曳點(diǎn)位置的橫向和縱向坐標(biāo)的改變。另ー組操作狀態(tài)與轉(zhuǎn)向裝置17、22和38有關(guān)，描述在上升體(如偏轉(zhuǎn)器翼片)上的水流速度。傳感器給出裝置22的取向(如相對于好路線的取向)及在上升體上的水流速度。傳感器還給出翼角及與水流有關(guān)的翼角變化。這些操作狀態(tài)能被轉(zhuǎn)換成由轉(zhuǎn)向裝置施加的力。這些カ分布在拖纜18長度方向上或與震源陣列上的點(diǎn)相連，它們與水引起的作用于被拖曳體表面區(qū)域的力方向相反，(組合槍漂浮物例如也稱作sausages)這些カ的總合給出
I、從拖曳點(diǎn)(原點(diǎn))起始的拖纜形狀；2、震源中心；以及3、單個震源陣列相對于它們的船拖曳點(diǎn)的位置。拖曳電纜上的張カ是另ー個重要的操作狀態(tài)，在一個實(shí)施例中它是流體動力學(xué)模型的輸入。這主要是相對于固定在張カ計上的本體的水流速度以及阻力的函數(shù)。此外，張力用于確定拖曳線是否達(dá)到了它們的極限，該極限限制將要由轉(zhuǎn)向裝置施加的力的大小。絞車計數(shù)器報告布設(shè)的拖曳電纜的長度，它與SFEDカ組合，確定展布前端的取 向。這些以及其他操作狀態(tài)數(shù)據(jù)可組合到力模型中，給出確定被拖曳展布部件形狀的力矢量。下文中將參考展布模型(如力模型)進(jìn)ー步予以描述。環(huán)境數(shù)據(jù)在輸入數(shù)據(jù)中收集的環(huán)境數(shù)據(jù)118包括水流、鹽度、溫度、壓強(qiáng)、聲速、浪高、浪頻率、風(fēng)速以及風(fēng)向等數(shù)據(jù)中的ー種或多種數(shù)據(jù)類型。使用若干來源公布的地震測量前潮汐水流表能預(yù)測該區(qū)域的潮汐水流。這些來源包括英國海軍部、國家海洋與大氣管理局(Ν0ΑΑ)、水文與海洋服務(wù)機(jī)構(gòu)(SH0M)。對于被認(rèn)為有強(qiáng)潮汐水流的區(qū)域，測量路線將定時到與低水流時間段一致的時間。高水流的時間段將盡可能地用于其他測量活動，如返程和駛?cè)?。再有，可以回顧該區(qū)域的地震測量歷史，以識別在該測量區(qū)歷史上經(jīng)歷的羽角度數(shù)。可在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行羽角統(tǒng)計，以供其后使用。羽角是對測量區(qū)中水流的一種間接測量。這ー測量能用于指出該區(qū)域中水流的大小、方向以及時空變化率?？臻g頻率與拖纜長度有關(guān)。通過把拖纜尾部的“好速度”與羽角的變化率關(guān)聯(lián)起來，羽角能給出空間頻率的ー個指示。羽角的變化率將使測量的計劃者對他們正在確定的展布控制系統(tǒng)所需要的響應(yīng)時間有一個認(rèn)識。在地震數(shù)據(jù)采集過程中的時間單元通常是爆炸點(diǎn)。于是，長的時間周期可被定義為未來某一數(shù)量的爆炸點(diǎn)，它對應(yīng)于能保持當(dāng)前環(huán)境條件的時間長度。作為一例，在潮汐剖面作業(yè)中，潮汐水流的循環(huán)時間是清楚知道的。已計劃了至少持續(xù)15年的地震測線，以得到沿相鄰測線有相同的水流或水流時間梯度，從而降低加密程度。ー些地震勘探軟件提供商提供地震測量線路計劃軟件以便預(yù)先考慮在地震數(shù)據(jù)采集期間水流的時間和空間變化。此外，可回顧任何可得到的歷史水流數(shù)據(jù)，以識別最強(qiáng)水流的方向。如果地球物理目標(biāo)允許的話，測線方向最好是計劃成平行于主要水流方向。這將給出最小羽角和最直的拖纜。這類數(shù)據(jù)在成熟的石油生產(chǎn)區(qū)域可以得到，因為那里需要水流知識用于鉆井裝置和浮式采油、儲油和卸油(FRSO)系統(tǒng)的運(yùn)作?？梢缘玫饺舾伤鲾?shù)據(jù)測量源用于地震測量期間的水流測量。安裝在船身上的聲波多普勒水流剖面測量儀(ADCP)測量在震源陣列和展布前端前方幾百米的水流。安裝在測量區(qū)中半永久或固定結(jié)構(gòu)(例如安裝在海底的鉆井裝置和FPS0)上的水流計能經(jīng)由遙測鏈路實(shí)時向船11報告當(dāng)?shù)厮鳌９ぷ骰驒z查船或任何其他可移動平臺，包括可遠(yuǎn)程操作的船只(ROV)，如果在船上有水流測量裝置，則能夠沿測量跡線在展布10前方遙測該展布將要遇到的水流區(qū)。衛(wèi)星圖象提供關(guān)于宏觀環(huán)流的熱水體旋渦的知識。
關(guān)于水流的全部數(shù)據(jù)源被存儲在地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)庫中，并帶有時間標(biāo)記。這類系統(tǒng)普遍用于管理空間分布的數(shù)據(jù)。一個實(shí)例是由Horizon Marine使用的一類數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。對于短時間段，這些數(shù)據(jù)可認(rèn)為是有效的(例如一小時或更短)?；谡麄€數(shù)據(jù)采集過程觀測到的歷史變化，能導(dǎo)出較長時間段的變化趨勢，用于預(yù)先考慮相鄰測線上的狀況。再有，能基于現(xiàn)場測量結(jié)果對預(yù)測的由潮汐驅(qū)動的水流分量(如上文所述)進(jìn)行校準(zhǔn)。如果知道潮汐信號的頻率成分，則能校正由數(shù)據(jù)表預(yù)測的振幅和相移，以適應(yīng)于該地震測量的準(zhǔn)確地點(diǎn)。 在現(xiàn)場，能與水流計數(shù)據(jù)完全一祥地處理在上述用于水流測量的相同平臺上的測量儀或傳感器得到的風(fēng)カ計數(shù)據(jù)。當(dāng)然，這ー數(shù)據(jù)是用于對預(yù)期作用于海面上對象的力建立模型。此外，空氣摩擦能移動表面水層，造成風(fēng)驅(qū)動的表面水流。風(fēng)驅(qū)動的表面水流的影響能達(dá)到幾米深，這是當(dāng)前用于拖曳拖纜的深度區(qū)域。海洋水體的動力學(xué)海洋模型,如Horizon Marine提供的那些模型,能用于預(yù)測各種海洋現(xiàn)象。這些模型大體上等效于氣象預(yù)測模型，并且它們的預(yù)測準(zhǔn)確度作為時間的函數(shù)彼此相似。這些模型需要水流測量值等輸入，還需要風(fēng)的數(shù)據(jù)用于模型的校準(zhǔn)和邊界條件。這些模型的兩個主要驅(qū)動器是水密度差和地球運(yùn)動(即科里奧利力)。密度差是由溫度、壓強(qiáng)(深度)和鹽度數(shù)據(jù)導(dǎo)出的，這些數(shù)據(jù)是用可丟棄的或可回收的探針在水平向穿過測量區(qū)域并在垂直向穿過水柱收集的。這些數(shù)據(jù)給出密度界面圖，它與地球轉(zhuǎn)動、風(fēng)以及其他力一起使不同密度的水體彼此相對運(yùn)動。垂直密度梯度最大的地方是在上層，這是由于太陽的加熱作用，還有靠近陸地的地方，在那里源自陸地的水進(jìn)入海中，而且在那里垂直陸地塊使不同密度的水體改變其所在深度(如海岸邊的上涌)。動力學(xué)海洋模型是眾所周知的，但往往是宏觀尺度的(即其區(qū)域比ー個地震測量區(qū)域大許多倍)。近年來計算能力的提高已導(dǎo)致開發(fā)出適于以地震測量區(qū)域的尺度有意義地預(yù)測區(qū)域中水體運(yùn)動的模型。Pickard和Pond在動カ海洋學(xué)引論中描述了典型的數(shù)值模型。使用模型預(yù)測獲取地震測量數(shù)據(jù)的ー個展布將會遇到的水流的方法可以在現(xiàn)場應(yīng)用，以預(yù)先考慮水流。現(xiàn)場對水流和風(fēng)的測量也將用于校準(zhǔn)海洋模型預(yù)測值。更高頻度的和水平方向擴(kuò)展的密度測量造成對水體邊界的更高分辨率和改善的模擬與校準(zhǔn)。上述水流確定方法的任何子集，不管是具有任何程度的校準(zhǔn)后的模擬，或者是未經(jīng)校準(zhǔn)的模擬，以及直接的測量，這些對地震數(shù)據(jù)采集都是有價值的，因為它能通過增加生產(chǎn)時間從而減少數(shù)據(jù)采集時間。數(shù)據(jù)越老則使用價值越低。當(dāng)前得到的信息(近實(shí)時和/或?qū)崟r)將用于估計沿數(shù)據(jù)采集線路將會遇到的力。上述對水密度數(shù)據(jù)的收集在現(xiàn)在和將來都將用于估計整個展布內(nèi)作為航行節(jié)點(diǎn)的震源和接收器點(diǎn)之間聲波波前的傳播。由衛(wèi)星圖象以及現(xiàn)場由升降計和高頻度GPS垂直速度估計能得到浪高測量值。水體位置的改變對地震記錄有影響，這一事實(shí)造成對SSD提出保持深度的要求。為控制深度而發(fā)生的翼角改變對于轉(zhuǎn)向裝置的橫向轉(zhuǎn)向能力有影響。當(dāng)前，Q-FIN SSD控制器將水平和垂直定位組合在一起。浪高知識有助于確定在操作拖纜時可得到的橫向轉(zhuǎn)向能力。浪高給出水質(zhì)點(diǎn)穿過水體三維運(yùn)動的度量。這在效果上是ー個小尺度水流。浪高幅度將決定在拖纜深度的水流是否是一個顯著的力。輸入數(shù)據(jù)收集
優(yōu)選地，在輸入數(shù)據(jù)中收集的地震測量前數(shù)據(jù)包括環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)。作為實(shí)時測量數(shù)據(jù)收集的那部分輸入數(shù)據(jù)110可包括電纜張力、水流速率、傾斜、取向、加速度、速度、位置、展布控制元件設(shè)置、環(huán)境數(shù)據(jù)、地震信號和噪聲數(shù)據(jù)以及操作員輸入等數(shù)據(jù)中的ー種或多種數(shù)據(jù)類型。所收集的位置數(shù)據(jù)可包括來自GPS接收器、回聲探測儀、深度傳感器、聲波測距系統(tǒng)、磁羅盤、陀螺羅盤、無線電定位系統(tǒng)、加速度計以及慣性系統(tǒng)等ー組傳感器中的一種或多種傳感器的數(shù)據(jù)。展布控制元件設(shè)置數(shù)據(jù)可包括推進(jìn)器設(shè)置、螺旋槳螺距、螺旋槳轉(zhuǎn)速、舵角、拖纜電纜張力、絞車位置、偏轉(zhuǎn)器取向、偏轉(zhuǎn)器角、偏轉(zhuǎn)器水速、拖纜轉(zhuǎn)向裝置取向以及拖纜轉(zhuǎn)向裝置翼角等一組數(shù)據(jù)中的ー種或多種輸入數(shù)據(jù)。模擬測量數(shù)據(jù)可包括模擬的測量前數(shù)據(jù)、模擬的操作員輸入、模擬的當(dāng)前測量、模擬的近實(shí)時數(shù)據(jù)、模擬的實(shí)時測量以及模擬的環(huán)境數(shù)據(jù)等ー種或多種數(shù)據(jù)類型。在地震測量期間收集的原始地震傳感器數(shù)據(jù)也可被表征為輸入數(shù)據(jù)。于是，在一個實(shí)施例中，本發(fā)明的方法進(jìn)ー步包括使用原始地震傳感器數(shù)據(jù)產(chǎn)生在拖纜表面估計局部水流的質(zhì)量指示的步驟。原始地震傳感器數(shù)據(jù)對于證實(shí)カ模型和預(yù)期水流是有用的。測量的環(huán)境噪聲與預(yù)測的或預(yù)期的環(huán)境噪聲進(jìn)行比較，而預(yù)測的或預(yù)期的環(huán)境噪聲曾用于給出 拖纜表面的預(yù)期水流。預(yù)期的和記錄的噪聲之間的大的差異指出記錄系統(tǒng)有誤或者水流與預(yù)期的不同。環(huán)境噪聲沿拖纜長度方向的變化給出水流的空間梯度。質(zhì)量指示可以包括面元數(shù)據(jù)集、絕對噪聲數(shù)據(jù)、信號噪聲比以及地震信號頻率成分。質(zhì)量指示可用于確認(rèn)實(shí)時測量數(shù)據(jù)的有效性。地震測量設(shè)計收集到輸入數(shù)據(jù)中的地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)包括區(qū)域、深度、地震剖面作業(yè)取向、測線坐標(biāo)、震源和接收器位置、所需覆蓋范圍、限制、優(yōu)化因子以及歷史數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)中的ー種或多種數(shù)據(jù)類型。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，地震測量數(shù)據(jù)進(jìn)一歩包括展布性能指標(biāo)114，如下文描述的那樣。地震測量數(shù)據(jù)還可以由展布目標(biāo)和限制來表征，還可以基本上由測量前信息來確定。地震測量設(shè)計是一種適應(yīng)性設(shè)計，因為地球物理目標(biāo)是限制條件，所有地震測量者都必須在這些限制條件內(nèi)工作。一般性地震測量將包括ー個地震測量目標(biāo)的所有方面。某些地球物理目標(biāo)將影響地震數(shù)據(jù)采集。這些目標(biāo)包括I、拖纜的數(shù)量和長度；2、拖纜間距；3、震源陣列尺度；4、爆炸點(diǎn)間距；以及5、測線方向一旦已確定地震測量設(shè)計的地球物理目標(biāo)，識別給地震數(shù)據(jù)采集造成困難的因素并試圖緩解這些因素就變得重要了。例如，如果該測量的一個目標(biāo)是有時間間隔的測量(4D)，則使數(shù)據(jù)采集困難的ー個因素是先前的或基準(zhǔn)的測量軌跡并非直線。通過讀先前測量產(chǎn)生的“P190”數(shù)據(jù)可得到關(guān)于該軌跡的知識。然后，將這些軌跡與考慮選定的采集硬件可能得到的軌跡進(jìn)行比較。然而，如果主要目的是傳統(tǒng)的覆蓋，則預(yù)先設(shè)計的測線將決定該測量的跡線。然而，對于任何地球物理目標(biāo)，當(dāng)?shù)氐恼系K和海洋測深結(jié)果將是對所計劃的跡線的限制。
上文對使用測量設(shè)計數(shù)、展布控制元件指標(biāo)、環(huán)境數(shù)據(jù)以及操作狀態(tài)的描述特別適用于(但不限干)在本次地震測量期間進(jìn)行的測量。這些數(shù)據(jù)被輸入到ー個通用的轉(zhuǎn)換功能121中，它給出ー組希望的輸出，如圖2中所示，在下文中將進(jìn)ー步描述。將選擇測量設(shè)計所選定的展布控制元件，以滿足預(yù)期的地震數(shù)據(jù)采集要求。此外，船的跡線將受到地震測量目標(biāo)的限制。再有，在測量期間將監(jiān)測測量區(qū)域中的阻礙以及海洋測量數(shù)據(jù)，以了解與展布的接近程度。性能指標(biāo)被收集到測量設(shè)計數(shù)據(jù)120中的性能指標(biāo)114通常是流體動力學(xué)的，可包括船的概況和特征、船運(yùn)作極限、被拖曳電纜的阻力及其他物理特性、可轉(zhuǎn)向震源裝置特性、偏轉(zhuǎn)器特性、漂浮裝置的阻力及其他物理特性以及絞車操作特性。這類單個裝置性能指標(biāo)通常 可從制造商和/或從歷史數(shù)據(jù)中得到。除了其他應(yīng)用外，這些輸入與地球物理測量目標(biāo)限制一起模擬地震測量，這對測量設(shè)計是有用的，能給出暫定的組合拖曳系統(tǒng)性能指標(biāo)。這樣，例如可以在進(jìn)行地震測量之前確定各種展布需求和指標(biāo)，如拖纜轉(zhuǎn)向裝置沿拖纜分布的空間頻度、要布設(shè)的可轉(zhuǎn)向前端偏轉(zhuǎn)器的數(shù)量，要布設(shè)的震源轉(zhuǎn)向偏轉(zhuǎn)器的數(shù)量以及預(yù)期循環(huán)時間(與水流梯度有夫)所需計算能力。再有，這類模擬能用于設(shè)計展布部件以改善控制性能。在模擬中能改變的參數(shù)實(shí)例是電纜直徑、電纜密度、更適于流體動力學(xué)要求的電纜本體形狀以及轉(zhuǎn)向裝置。位置估計在收集了輸入數(shù)據(jù)之后，能使用航行數(shù)據(jù)112、操作狀態(tài)116以及環(huán)境數(shù)據(jù)118來估計震源和接收器的位置。更具體地說，是根據(jù)轉(zhuǎn)換功能121中的展布模型123來估計位置。展布模型使用輸入數(shù)據(jù)計算第一組估計位置，這里的輸入數(shù)據(jù)至少包括操作狀態(tài)116和環(huán)境數(shù)據(jù)118。如圖9中描述的那樣，環(huán)境數(shù)據(jù)用于給出自然羽角。SSD 38要求的一定量的轉(zhuǎn)向羽角被加到該自然羽角上。對位置估計有貢獻(xiàn)的操作狀態(tài)的ー個實(shí)例是為實(shí)現(xiàn)所希望的羽角所需要的轉(zhuǎn)向輸入/校正。轉(zhuǎn)向羽角是由沿拖纜18的SSD在橫向測線方向施力得到的?？刂剖┝Υ笮〉姆匠淌腔谝砥匠蘈=Ci*A*p*ニ (式 I)
2其中C1=抬升系數(shù)；A=翼片表面面積；V=水相對于翼片迎角的速度；以及P=水密度。迎角是可調(diào)節(jié)的，因而是另ー個操作狀態(tài)。改變迎角造成ー個加速度或由集成或耦合于拖纜的SSD施加的カ的變化。收集的航行數(shù)據(jù)112包括第二組估計位置。沿拖纜的地震水中檢波器21的ー個子集被指定為聲波定位接收器。這些接收器接收來自線內(nèi)發(fā)射器的獨(dú)特聲波信號，通常沿拖纜每400m放置一個這樣的發(fā)射器。如美國專利5，668，775中所述，發(fā)射器和接收器的組合給出聲波參考點(diǎn)(即航行節(jié)點(diǎn))，通常沿任何拖纜小于IOOm間隔有一個這樣的參考點(diǎn)。拖纜端點(diǎn)由GPS參考點(diǎn)控制，這些GPS參考點(diǎn)將聲波航行節(jié)點(diǎn)與以地球為中心的地球固定坐標(biāo)系統(tǒng)聯(lián)系在一起。GPS參考點(diǎn)與聲波節(jié)點(diǎn)之間的連接是通過對已知距離、聲波測量的距離及由羅盤測量的方向的組合來實(shí)現(xiàn)的。這些測量的全體用于在船上以對每個爆炸點(diǎn)計算出的最小ニ乘調(diào)節(jié)量給出每個航行節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)(第二組位置估計值)。在轉(zhuǎn)換功能內(nèi)第一組和第二組估計位置組合起來(見節(jié)點(diǎn)122)，產(chǎn)生(組合的)震源和接收器估計位置及預(yù)測殘差(見框122a)。預(yù)測殘差代表第一和第二組估計位置之差，用于估計ー組表征展布模型123的參數(shù)。展布模型參數(shù)用于校準(zhǔn)展布模型。預(yù)測殘差可進(jìn)一歩用于估計收集環(huán)境數(shù)據(jù)所使用的傳感器的誤差狀態(tài)。最佳跡線的確定最佳跡線是在轉(zhuǎn)換功能121內(nèi)根據(jù)加權(quán)函數(shù)125在框124中確定的。加權(quán)函數(shù)接受地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)120以及震源和接收器的最近估計的位置作為輸入(見框122a)。來
自地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)的輸入可包括展布控制元件的性能指標(biāo)，如轉(zhuǎn)向限制。其他地震測量設(shè)計數(shù)據(jù)包括地球物理的和操作的要求。地球物理要求可包括例如達(dá)到所希望的地下區(qū)域覆蓋或重復(fù)先前測量的地震信號射線路徑，以及控制地震傳感器噪聲。操作要求可包括例如為展布穿過危險區(qū)域確定一條或多條安全通道，確定完成一條或多條測量線路的最佳時間，以及減少非生產(chǎn)時間。加權(quán)函數(shù)125用于將相對加權(quán)系數(shù)應(yīng)用于輸入，供轉(zhuǎn)換功能為該展布計算其最佳跡線?！白罴眼E線”的確定包括確定最佳展布體形狀以及沿一條跡線相應(yīng)的形狀變化。為了實(shí)現(xiàn)一次地震測量的目標(biāo)，必須占有某組坐標(biāo)(即“跡線”)。所希望的或“最佳的”測量跡線的第一估計值是在上述測量設(shè)計階段給出的。在現(xiàn)場，根據(jù)當(dāng)前的カ和航行更新頻度，將以某一頻度重新計算這一跡線。即使以高的頻度進(jìn)行最佳跡線的重新計算，在發(fā)出驅(qū)動命令以最佳地實(shí)現(xiàn)這個最佳跡線時將要考慮系統(tǒng)的響應(yīng)時間。在小水流的區(qū)域中，測量設(shè)計跡線或測量前確定的跡線是可以實(shí)現(xiàn)的，對于展布控制系統(tǒng)沒有或只有很小影響。在其他區(qū)域，則可能要求進(jìn)行對最佳成本跡線的高頻度重新計算。只有當(dāng)航行更新結(jié)果掲示由展布模型驅(qū)動的預(yù)測成功的時候，才能實(shí)現(xiàn)重新計算。只在航行更新結(jié)果顯示預(yù)測的軌跡已偏離跡線超過可能的誤差邊界(也稱作不變走廊)，才需要重新計算。實(shí)際上，由自然與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)極限的組合給予的物理限制多半將防止在一定程度上追隨想要的測量前設(shè)計的跡線。確定路徑時考慮目的物坐標(biāo)和在給定的展布控制潛在能力下達(dá)到該坐標(biāo)的能力。在計算最佳跡線的一個實(shí)施例124中，利用了美國專利6，629，037號描述的最佳成本地圖方法，該專利授予本發(fā)明的受讓人。相繼的候選單元(跡線段)被ー個函數(shù)加權(quán)，該函數(shù)包含了多個因子的組合，這些因子通常被表征為轉(zhuǎn)向限制。這些因子包括I、全部展布部件的測量前跡線；2、對展布部件重要性的區(qū)分，類似于Nyland中的偏移加權(quán)；3、可得到的轉(zhuǎn)向潛在能力；4、系統(tǒng)的響應(yīng)時間；5、系統(tǒng)的穩(wěn)定性；以及6、系統(tǒng)的物理極限。在將最佳跡線傳送給展布模型以轉(zhuǎn)換成要實(shí)現(xiàn)最佳跡線的驅(qū)動命令之前，要檢驗該跡線與展布元件及外部障礙發(fā)生碰撞的可能性。最佳跡線的安全判據(jù)包括確認(rèn)(見框127)任何展布元件的軌跡沒有碰撞的危險。“否”結(jié)果將造成通過GUI向用戶反饋信息或者是轉(zhuǎn)向限制參數(shù)沒有設(shè)置正確或者最佳化算法有缺陷。于是用戶可選擇對轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行人工控制或修改轉(zhuǎn)向限制條件。修改轉(zhuǎn)向限制條件的ー個實(shí)例是如果超過了拖纜間隔極限，則用戶可以選擇允許拖纜移動到彼此更加靠近。另ー個實(shí)例是，如果ー個展布元件(例如尾浮標(biāo))將要移動到過于靠近ー個障礙物，如浮式采油、儲油和卸油系統(tǒng)(FPSO)，則用戶可以選擇使FPSO改變位置并將其送入測量設(shè)計數(shù)據(jù)流，從而可以安全地實(shí)現(xiàn)最佳跡線。對該安全檢查給出的“是”結(jié)果將導(dǎo)致把所確定的最佳跡線提交給展布模型123，用于計算展布控制元件的新的操作狀態(tài)(即驅(qū)動命令)。驅(qū)動命令優(yōu)化計算造成一組驅(qū)動命令——主要是定向命令——這將帶來展布部件位置的改變，作為轉(zhuǎn)換功能121的一部分。驅(qū)動命令優(yōu)化將受到預(yù)定的環(huán)境條件以及可用于啟動定向裝置的約束。驅(qū)動命令優(yōu)化的定義將由最佳跡線確定。驅(qū)動命令的計算驅(qū)動命令(這里也稱作新操作狀態(tài)，是通過確定最佳跡線產(chǎn)生的結(jié)果)是在展布模型123中使用確定的已證實(shí)(在127)的最佳跡線(由框124)對至少兩個展布控制元件計算出來的。展布響應(yīng)時間是由展布模型估計出來的，并在計算驅(qū)動命令時被考慮。還要調(diào)節(jié)驅(qū)動命令以保持展布的穩(wěn)定性，并在發(fā)送給展布控制文件之前確認(rèn)其有效性(在128)。利用本發(fā)明的方法計算出的每個驅(qū)動命令可用于控制該展布的一個或多個部件的位置、速度以及前進(jìn)方向三者中的至少ー個。典型地，驅(qū)動命令將包括控制船的螺旋槳、船的推進(jìn)器、展布部件的轉(zhuǎn)向裝置以及船電纜絞車這些當(dāng)中的至少ー個。特別是船電纜絞車可以受到動態(tài)控制。驅(qū)動命令優(yōu)化計算造成一組驅(qū)動命令——主要是定向命令——這將帶來展布部件位置的改變，作為轉(zhuǎn)換功能121的一部分。驅(qū)動命令優(yōu)化將受到預(yù)定的環(huán)境條件以及可用于啟動轉(zhuǎn)向的轉(zhuǎn)向裝置的約束。驅(qū)動命令優(yōu)化的定義將由驅(qū)動命令的目標(biāo)確定。優(yōu)化判據(jù)包括確認(rèn)(見框127)任何一組機(jī)械性誘發(fā)的驅(qū)動命令或為實(shí)現(xiàn)所確定的最佳跡線所需要的力的變化是在該地震測量的安全要求范圍內(nèi)。通常，這些安全要求是設(shè)備安全限制和人員安全限制之一。安全檢驗的“是”結(jié)果將導(dǎo)致把所確定的最佳跡線提交給展步模型123，用于計算展步控制元件的新的操作狀態(tài)(即驅(qū)動命令)。這樣，例如一旦檢測到某些展布控制部件已失效(如船的螺旋槳或舵、偏轉(zhuǎn)器、震源或拖纜轉(zhuǎn)向裝置)，則系統(tǒng)將呈現(xiàn)ー種“最大安全性”方式，這將為了保護(hù)設(shè)備和人員而限制驅(qū)動命令。潛力的確定展布控制的潛力由展布模型123測量，在本優(yōu)選實(shí)施例中，展布模型是ー個流體動力學(xué)模型，它確定從總的潛在力中減掉本次爆炸周期已經(jīng)消耗的力之后可以使用的力的大小。盡管轉(zhuǎn)向潛カ是從可用力中導(dǎo)出的，但能以羽角的単位來表示(如度或任何其他角度測量單位)。取決于測量設(shè)計(包括數(shù)據(jù)采集的目標(biāo))，將進(jìn)行分析以確定是否需要改變驅(qū)動命令，如果需要，還要確定何種命令是適當(dāng)?shù)?。按照定義，力有ー個加速度部分。系統(tǒng)性能，包括可用的轉(zhuǎn)向潛力，是由理論的カ驅(qū)動模型和應(yīng)該給出必須的加速度的展布控制元件驅(qū)動命令共同預(yù)測的。延時、系統(tǒng)響應(yīng)和位置的歷史關(guān)系和誤差狀態(tài) 如前文所述，由展布模型123預(yù)測的位置歷史(第一組估計位置)與從航行結(jié)果導(dǎo)出的位置歷史估計(第二組估計位置)進(jìn)行比較，形成預(yù)測的殘差。然后，預(yù)測殘差與在カ模型輸入中定義的誤差狀態(tài)、力模型參數(shù)以及展布控制元件性能指標(biāo)關(guān)聯(lián)。在一個無誤差的模型中，預(yù)測響應(yīng)將按時發(fā)生，換句話說，系統(tǒng)延時將在預(yù)測的響應(yīng)中考慮。在該模型從航行結(jié)果中得知系統(tǒng)響應(yīng)之前，通過校準(zhǔn)，模型預(yù)測將有某種程度的誤差，其誤差大小依賴于模型和輸入的質(zhì)量。在可以得到比較的歷史之前，基于航行結(jié)果的歷史(第二組估計位置)的權(quán)重將無限地高于基于力模型的位置歷史。在實(shí)際上，這意味著組合的航行和預(yù)測模型位置估計等于航行估計，幾乎全部預(yù)測殘差都被歸因于展布模型。在該模型被校準(zhǔn)之后，位置歷史的力模型期望值應(yīng)該與基于航行的測量歷史一致，在測量的或航行結(jié)果的位置估計值的誤差期望值范圍內(nèi)。
驅(qū)動命令的計算驅(qū)動命令(這里也稱作新操作狀態(tài)，是通過確定最佳跡線產(chǎn)生的結(jié)果)是在展布模型123中使用確定的已證實(shí)(在127)的最佳跡線(由框124)對至少兩個展布控制元件計算出來的。展布響應(yīng)時間是由展布模型估計出來的，并在計算驅(qū)動命令時被考慮。驅(qū)動命令還受到調(diào)節(jié)以保持展布的穩(wěn)定性，并在發(fā)送給展布控制元件之前被確認(rèn)其有效性(在128)。利用本發(fā)明的方法計算出的每個驅(qū)動命令可用于控制該展布的一個或多個部件的位置、速度以及前進(jìn)方向三者中的至少ー個。典型地，驅(qū)動命令將包括控制船的螺旋槳、船的推進(jìn)器、展布部件的轉(zhuǎn)向裝置以及船電纜絞車這些當(dāng)中的至少ー個。特別是船電纜絞車可以受到動態(tài)控制。驅(qū)動命令通常是根據(jù)地球物理的和操作的要確定的。地球物理要求可包括例如達(dá)到所希望的地下區(qū)域覆蓋或重復(fù)先前測量的地震信號射線路徑，以及控制地震傳感器噪聲。操作要求可包括例如為展布穿過危險區(qū)域確定一條或多條安全通道，確定完成一條或多條測量線路的最佳時間，以及減少非生產(chǎn)時間。因此，還可以計算出另ー些驅(qū)動命令，用于使兩個或更多個可定義位置之間的安全通道生效。本發(fā)明除實(shí)時測量外的其他應(yīng)用本發(fā)明的再ー個作用是向操作員提供“智能完工”或場景計劃。操作員轉(zhuǎn)換功能121表示對兩點(diǎn)或更多點(diǎn)之間一條路徑的基本想法，該模塊則對整個展布評估出落入展布轉(zhuǎn)向能力范圍內(nèi)的不同安全通道，并把它們展示給操作員供選擇。這能用于當(dāng)需要在特定時間到達(dá)特定地點(diǎn)的時候。另ー個應(yīng)用是當(dāng)由于操作上的原因需要一條安全的近路到達(dá)ー個永久性或半永久性結(jié)構(gòu)或特征物的時候。智能完工使用同樣的外推方方法進(jìn)入未來，但加到結(jié)論上的限制不同于在測量環(huán)境中的限制。在這種情況中強(qiáng)調(diào)的是安全和航行時間，而不是保證展布中的每個單個元件都嚴(yán)格遵循預(yù)先定義的路徑?？赡苡薪麉^(qū)規(guī)定單個元件不應(yīng)進(jìn)入的區(qū)域。外推時間通常較長，而在系統(tǒng)內(nèi)能被接受的不確定性較大。在這種情況下操作員選擇接受哪個場景。本發(fā)明的另ー個應(yīng)用是用于開發(fā)模擬系統(tǒng)。在具有正在開發(fā)的轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)換功能121中運(yùn)行實(shí)際的輸入數(shù)據(jù)。預(yù)期的性能改進(jìn)被用于計量開發(fā)的轉(zhuǎn)向裝置的改進(jìn)結(jié)果?；谵D(zhuǎn)向系統(tǒng)的目標(biāo)，可計算出船的跡線、拖纜前端的跡線、震源的跡線以及拖纜的羽角，以給出由展布控制元件驅(qū)動的展布的最佳定位。下文中將使用ー個カ模型作為展布模型123的示例，更詳細(xì)地描述這ー計算過程。
應(yīng)用概述下表展示根據(jù)廣義測量周期的優(yōu)化判據(jù)的典型實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種方法，包含 拖曳多個地震測量展布元件，該多個地震測量展布元件通常在船的后面并且具有一個或多個展布控制元件； 提供該展布控制元件中的至少兩個的一組期望的坐標(biāo)位置； 獨(dú)立地測量該展布控制元件中的該至少兩個的一組實(shí)際的坐標(biāo)位置； 計算該組期望的坐標(biāo)位置與該組實(shí)際的坐標(biāo)位置之間的差以形成殘差；以及 使用該殘差作為一個或多個控制器中的設(shè)置點(diǎn)來計算用于該展布控制元件中的該至少兩個的驅(qū)動命令。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該控制器中的至少一個使用PID校正方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包含在約束走廊內(nèi)計劃船的路徑，該約束走廊允許進(jìn)行展布控制元件中可得到的轉(zhuǎn)向，以實(shí)現(xiàn)地震測量展布元件的目標(biāo)形狀和跡線。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，還包含估計所述展布控制元件的拖曳點(diǎn)的最佳跡線，該最佳跡線提供相對于該展布控制元件的最佳跡線的橫向分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該組期望的坐標(biāo)位置由選自如下的一種或多種數(shù)據(jù)類型來提供來自與該展布控制元件相關(guān)聯(lián)的傳感器的操作狀態(tài)、用于測量的環(huán)境數(shù)據(jù)以及測量設(shè)計數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該驅(qū)動命令中的每一個被用來控制船的位置、速度和前進(jìn)方向中的至少一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該驅(qū)動命令包括用于控制船的螺旋槳、船的推進(jìn)器、船的推進(jìn)器設(shè)置、船的螺旋槳螺距、船的螺旋槳轉(zhuǎn)速、船的舵角或其組合中的至少一個的命令。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該展布控制元件包含彼此配合的船控制元件、震源控制元件和拖纜控制元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該展布控制元件包含彼此配合的船控制元件和震源控制元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該展布控制元件包含彼此配合的船控制元件和拖纜控制元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該展布控制元件包含彼此配合的震源控制元件和拖纜控制元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中該展布控制元件包含彼此配合的至少兩個船控制兀件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中該至少兩個船控制元件中的一個與第一艘船相關(guān)聯(lián)，并且該至少兩個船控制元件中的另一個與第二艘船相關(guān)聯(lián)。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中使用展布模型來提供該組期望的坐標(biāo)位置，并且所述方法還包含 使用該殘差來估計該展布模型的一個或多個參數(shù)；以及 將該參數(shù)反饋到該展布模型中。
15.一種方法，包含 協(xié)調(diào)選自如下的至少兩個元件的定位船控制元件、震源控制元件以及拖纜控制元件；以及 向所協(xié)調(diào)的元件發(fā)出定位命令。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中協(xié)調(diào)至少兩個元件的定位的步驟包含 提供該至少兩個元件的一組期望的坐標(biāo)位置，其中該組期望的坐標(biāo)位置由選自如下的一種或多種數(shù)據(jù)類型來提供來自與該至少兩個元件相關(guān)聯(lián)的傳感器的操作狀態(tài)、用于測量的環(huán)境數(shù)據(jù)以及測量設(shè)計數(shù)據(jù)； 獨(dú)立地測量該至少兩個元件的一組實(shí)際的坐標(biāo)位置； 計算該組期望的坐標(biāo)位置與該組實(shí)際的坐標(biāo)位置之間的差以形成殘差；以及 使用該殘差作為一個或多個控制器中的設(shè)置點(diǎn)來計算用于該至少兩個元件的驅(qū)動命令。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該至少兩個元件包含彼此配合的一個或多個震源控制元件和一個或多個船控制元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該至少兩個元件包含彼此配合的一個或多個拖纜控制元件和一個或多個船控制元件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該至少兩個元件包含彼此配合的一個或多個拖纜控制元件和一個或多個震源控制元件。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該至少兩個元件包含彼此配合的一個或多個船控制元件、一個或多個震源控制元件和一個或多個拖纜控制元件。
21.一種方法，包含 提供具有一艘或多艘船和一個或多個展布控制元件的地震測量展布，其中該展布控制元件包含至少兩個船控制元件；以及 通過協(xié)調(diào)該至少兩個船控制元件的定位來控制該地震測量展布。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中該船控制元件中的一個與第一艘船相關(guān)聯(lián)，并且該船控制元件中的另一個與第二艘船相關(guān)聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明的方法提供在進(jìn)行地震測量時對地震測量展布的控制，該展布有船、多個展布控制元件、多個航行節(jié)點(diǎn)以及多個震源和接收器。該方法包括收集輸入數(shù)據(jù)的步驟，輸入數(shù)據(jù)包括航行節(jié)點(diǎn)的航行數(shù)據(jù)，伴隨展布控制元件的傳感器所產(chǎn)生的操作狀態(tài)數(shù)據(jù)、測量環(huán)境數(shù)據(jù)以及測量設(shè)計數(shù)據(jù)。震源和接收器的位置是使用航行數(shù)據(jù)、操作狀態(tài)以及環(huán)境數(shù)據(jù)估計出來的。使用位置估計和至少包括測量數(shù)據(jù)的一部分輸入數(shù)據(jù)確定震源和接收器的最佳跡線。使用所確定的最佳跡線計算用于至少兩個展布控制元件的驅(qū)動命令。本發(fā)明的方法由發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
文檔編號G01V1/38GK102662192SQ201210165750
公開日2012年9月12日 申請日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
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