一种实现海上地球物理勘探的综合控制方法和装置

摘要

本发明公开了一种实现海上地球物理勘探的综合控制方法和装置，包括：综合控制装置周期性获取GPS时间信息、GPS位置信息和传感器信息；综合控制装置根据获得的GPS时间信息以及预先设定的偏差阈值判断GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔更新和精密时间校准；综合控制装置根据获得的GPS位置信息、传感器信息和精密时间，标记第一综合信息和第二综合信息中各信息的获得时刻，并发送经标记的第一综合信息和第二综合信息给导航工作站；综合控制装置获取枪控启动信息，提取响炮指令并发送给枪控系统；获取枪控同步信息，并发送记录信息给综合记录系统。通过本发明提供的技术方案，以基准间隔为基础的时间有效性判断很好地避免了使用无效时间进行时间校准，从而满足高精度、高可靠的综合控制的需求。

说明书

技术领域

本发明涉及海上地球物理勘探技术，尤指一种实现海上地球物理勘探的 综合控制方法和装置。

背景技术

随着海上石油和天然气勘探和生产的快速发展，对海上地球物理勘探的 综合控制的自动化和集成化提出了更高的要求。海上地球物理勘探的综合控 制，用于协调和控制海上的各种设备在预定的时间内完成各自工作，从而指 挥实施海上油气勘探。由于海上地球物理勘探涉及各种机械的、电子的、声 学的设备和其它类型的设备，设备的种类复杂、数量庞大、且控制精度要求 高，因此海上地球物理勘探的综合控制方法是非常复杂和高精度的调度方法， 需要高精度控制以及高度的自动化和集成化。

通常，海上地球物理勘探的综合控制系统用于控制、通信或协调多个独 立的设备或设备构成的系统，包括：物探船、拖缆，枪控系统、检波器记录 系统、综合记录系统、导航工作站、各种传感器以及GPS卫星等。其中，物 探船主要用于拖曳拖缆并承载各种设备或系统；拖缆为用于连接记录物探信 息的检波器的电缆，通常物探船拖曳多个拖缆，每个拖缆上包括多个检波器； 枪控系统用于控制地震源响炮以产生地球物理勘探所需的地震波，其中地震 源通常由多个子震源构成，通常控制同一个地震源的各子震源同时响炮；检 波器记录系统是由多个检波器构成的记录系统，用于记录地震波经地下界面 反射产生的反射波信息，实际作业中将这种反射波信息称为炮记录；导航工 作站用于完成综合控制所需信息的高精度计算。该综合控制系统与各种传感 器进行通信以获取相关信息，例如物探船对水的速度，并与GPS卫星进行通 信以获取相关信息。

现有的海上地球物理勘探的综合控制系统，基于秒级的时间精度进行调 度和控制，时间精度不高，且在时间校准前缺少时间有效性判断功能或者时 间有效性判断功能的准确度不高，存在使用无效时间进行时间校准的风险， 从而无法满足高精度和高可靠的综合控制的需求；另外，现有的海上地球物 理勘探的综合控制系统集成度不高，需要多个分立系统共同配合实现综合控 制，增加了设计、调试和部署的复杂度，从而很难满足海上地球物理勘探的 综合控制的高自动化和高集成度的需求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种实现海上地球物理勘探的综 合控制方法和装置，能够有效提高综合控制的精度和可靠度，从而满足海上 地球物理勘探的高精度、高可靠度的综合控制的需求。

为了达到本发明目的，本发明公开了一种实现海上地球物理勘探的综合 控制方法，包括：

综合控制装置周期性获取GPS时间信息、GPS位置信息和传感器信息；

所述综合控制装置根据获得的GPS时间信息以及预先设定的偏差阈值判 断所述GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔更新和精密时间校准；

所述综合控制装置根据获得的GPS位置信息、传感器信息和精密时间， 标记第一综合信息和第二综合信息中各信息的获得时刻，并发送经标记的第 一综合信息和第二综合信息给导航工作站；

所述综合控制装置获取枪控启动信息，提取响炮指令并发送给枪控系统； 获取枪控同步信息，并发送记录信息给综合记录系统。

所述GPS时间信息为周期性信息，包括GPS脉冲和GPS绝对时间；

所述判断GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔更新和精密时间校准 的步骤具体包括：

根据获得的GPS脉冲，计算GPS脉冲间隔及其与维护的基准间隔的偏差；

根据获得的偏差、和预先设定的偏差阈值，确定所述GPS脉冲是否为有 效；

当所述GPS脉冲有效时，根据有效的GPS脉冲间隔和GPS绝对时间， 进行基准间隔更新和精密时间校准。

所述基准间隔更新包括：计算所述基准间隔与所述GPS脉冲间隔的平均 值，并将该平均值作为所述基准间隔，其中，所述基准间隔预先设置为GPS 脉冲周期对应的所述精密时钟周期的数量。

所述精密时间包括秒级以上时间和秒及以下时间；

所述精密时间校准包括：使用所述GPS脉冲对应的GPS绝对时间更新所 述秒级以上时间，且从零重新开始所述秒级以下时间的计数。

所述GPS位置信息为周期性信息；

所述传感器信息为周期性信息至少包括：物探船的对地速度、对水速度 和方向、以及拖缆的深度和拖缆之间的距离；

所述第一综合信息包括：所述物探船的对地速度、对水速度、位置和方 向以及获取这些信息的各时刻；

所述第二综合信息包括：拖缆的深度和拖缆之间的距离以及获取这些信 息的各时刻；

枪控启动信息包含各地震源的响炮时刻的信息；

枪控同步信息包括各地震源中各子震源的响炮时刻间隔；

所述记录信息至少包括：枪控同步信息、第一综合信息和第二综合信息。

本发明还公开了一种实现海上地球物理勘探的综合控制装置，包括信息 获取单元、时间校准单元、信息综合单元、枪控通信单元和记录系统通信单 元，其中，

信息获取单元，用于周期性获取GPS时间信息、GPS位置信息和传感器 信息；

时间校准单元，用于根据来自所述信息获取单元的GPS时间信息以及预 先设定的偏差阈值判断所述GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔更新和 精密时间校准；

信息综合单元，用于根据来自所述信息获取单元的GPS位置信息和传感 器信息以及来自所述时间校准单元的精密时间，标记第一综合信息和第二综 合信息中各信息的获得时刻，并发送经标记的第一综合信息和第二综合信息 给导航工作站；

枪控通信单元，用于获取枪控启动信息，提取响炮指令并发送给枪控系 统；

记录系统通信单元，用于获取枪控同步信息，并发送记录信息给综合记 录系统。

所述GPS时间信息为周期性信息，包括GPS脉冲和GPS绝对时间；

所述时间校准单元包括偏差计算模块、脉冲有效判定模块和更新校准模 块，其中，

偏差计算模块，用于根据来自所述信息获取单元的GPS脉冲，计算GPS 脉冲间隔及其与维护的基准间隔的偏差；

脉冲有效判定模块，用于根据来自所述偏差计算模块的偏差、和预先设 定的偏差阈值，确定所述GPS脉冲是否为有效；

更新校准模块，用于当所述GPS脉冲有效时，根据有效的GPS脉冲间隔 和GPS绝对时间，进行基准间隔更新和精密时间校准。

所述基准间隔更新包括：计算所述基准间隔与所述GPS脉冲间隔的平均 值，并将该平均值作为所述基准间隔，其中，所述基准间隔预先设置为GPS 脉冲周期对应的所述精密时钟周期的数量。

所述精密时间包括秒级以上时间和秒及以下时间；

所述精密时间校准包括：使用所述GPS脉冲对应的GPS绝对时间更新所 述秒级以上时间，且从零重新开始所述秒级以下时间的计数；

所述GPS位置信息为周期性信息；

所述传感器信息为周期性信息至少包括：物探船的对地速度、对水速度 和方向、以及拖缆的深度和拖缆之间的距离；

所述第一综合信息包括：所述物探船的对地速度、对水速度、位置和方 向以及获取这些信息的各时刻；

所述第二综合信息包括：拖缆的深度和拖缆之间的距离以及获取这些信 息的各时刻。

枪控启动信息包含各地震源的响炮时刻的信息；

枪控同步信息包括各地震源中各子震源的响炮时刻间隔；

所述记录信息至少包括：枪控同步信息、第一综合信息和第二综合信息。

与现有技术相比，本发明技术方案包括：综合控制装置周期性获取GPS 时间信息、GPS位置信息和传感器信息；综合控制装置根据获得的GPS时间 信息以及预先设定的偏差阈值判断GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔 更新和精密时间校准；综合控制装置根据获得的GPS位置信息、传感器信息 和精密时间，标记第一综合信息和第二综合信息中各信息的获得时刻，并发 送经标记的第一综合信息和第二综合信息给导航工作站；综合控制装置获取 枪控启动信息，提取响炮指令并发送给枪控系统；获取枪控同步信息，并发 送记录信息给综合记录系统。通过本发明提供的技术方案，一方面，以基准 间隔为基础的时间有效性判断很好地避免了使用无效时间进行时间校准，且 结合精密时间提高了时间精度，从而很好地满足了高精度、高可靠的综合控 制的需求，另一方面，其代替了传统的多个分立系统共同配合构成的综合控 制方法，降低了设计、调试和部署的复杂度，从而很好地满足了海上地球物 理勘探的综合控制的高自动化和高集成度的需求。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说 明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优 点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获 得。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部 分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明 技术方案的限制。

图1为本发明实现海上地球物理勘探的综合控制方法的流程图；

图2为本发明综合控制方法中判断GPS时间信息的有效性并进行基准间 隔更新和精密时间校准的具体实施例的流程图；

图3为本发明实现海上地球物理勘探的综合控制装置的组成结构示意图；

图4为本发明综合控制装置中时间校准单元的组成结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图 对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申 请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机 系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下， 可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1为本发明实现海上地球物理勘探的综合控制方法的流程图，如图1 所示，包括：

步骤101：综合控制装置周期性获取GPS时间信息、GPS位置信息和传 感器信息。其中，

本步骤中，GPS时间信息、GPS位置信息和传感器信息的获取，为本领 域人员的惯用技术手段，此处不再赘述。需要说明的是，由于这些信息各自 获取周期可以不同，所以该步骤针对每种信息可以分别独立的按照各自的周 期进行获取。

本步骤中，GPS时间信息为周期性信息，GPS时间信息包括GPS脉冲和 GPS绝对时间，其中，GPS脉冲周期为秒级时间，例如1秒。GPS绝对时间 为包含年月日时分秒的数值，例如2014年5月1日12时30分30秒。GPS 绝对时间包含在两个GPS脉冲之间，与包含其的两个GPS脉冲中后一个GPS 脉冲一一对应。

本步骤中，GPS位置信息为来自GPS卫星的位置信息，用于表明物探船 所在的纬度坐标。可以通过周期性的向GPS卫星发送GPS位置信息获取请求， 以周期性的从GPS卫星获取GPS位置信息。

本步骤中，传感器信息为周期性信息，至少包括：物探船的对地速度、 对水速度和方向、以及拖缆的深度和拖缆之间的距离。其中，物探船的对地 速度、对水速度和方向通过设置在物探船上的传感器采集获得，拖缆的深度 和拖缆之间的距离通过设置在拖缆上对应的传感器采集获得。

步骤102：综合控制装置根据获得的GPS时间信息以及预先设定的偏差 阈值判断GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔更新和精密时间校准。

图2为本步骤具体实现的流程图，如图2所示，包括：

步骤201：根据获得的GPS脉冲，计算GPS脉冲间隔及其与维护的基准 间隔的偏差。具体来讲，

当获得GPS脉冲时，

首先，计算GPS脉冲时刻。具体来讲，GPS脉冲时刻可以为获得GPS脉 冲时第一计数的数值。其中，第一计数为从本发明综合控制方法开始执行时 精密时钟周期的数量的计数。精密时钟周期可以为50纳秒、或20纳秒、或 10纳秒。其中，计数的具体实现为本领域人员的惯用技术手段，此处不再赘 述。

然后，计算GPS脉冲间隔，GPS脉冲间隔为GPS脉冲时刻与其上一次 GPS脉冲时刻的差值。

最后，计算GPS脉冲间隔与维护的基准间隔的偏差。

步骤202：根据获得的偏差、和预先设定的偏差阈值，确定GPS脉冲是 否为有效。其中，

偏差阈值可以为相对于基准间隔的正负百分比，例如，正负百分之一的 基准间隔、或者正负百分之二的基准间隔。

如果计算出的偏差在偏差阈值的范围内，表明GPS脉冲间隔的抖动在正 常范围内，相当于GPS脉冲间隔有效，即与该GPS脉冲间隔对应的GPS脉 冲有效，则执行步骤203，否则，GPS脉冲无效，则结束步骤102，即进入步 骤103。

步骤203：当GPS脉冲有效时，根据有效的GPS脉冲间隔和GPS绝对时 间，进行基准间隔更新和精密时间校准。其中，

进行基准间隔更新前，基准间隔可以预先设置为GPS脉冲周期对应的精 密时钟周期的数量。也就是说，基准间隔预先设置为GPS脉冲间隔没有抖动 的理想情况下，GPS脉冲间隔对应的精密时钟周期的数量。

本步骤中基准间隔更新具体可以包括：计算基准间隔与GPS脉冲间隔的 平均值，并将该平均值作为基准间隔。也就是说，由于基准间隔的预先设置 的数值可以理解为理想情况下的GPS脉冲间隔的平均值，所以通过该计算使 得基准间隔可以理解为：所有获得的、有效的GPS脉冲间隔的平均值，从而 使得GPS脉冲间隔的正常抖动的变化可以动态地体现在基准间隔中。其中，

本步骤中精密时间校准具体可以包括：使用GPS脉冲对应的GPS绝对时 间更新秒级以上时间，并从零重新开始秒级以下时间的计数。其中，与GPS 绝对时间类似，秒级以上时间为包含年月日时分秒的数值，例如2014年5月 1日12时30分30秒。其中

从零重新开始秒级以下时间的计数具体指的是，从零重新开始第二计数。 其中，第二计数为上述重新开始第二计数时精密时钟周期的数量的计数。

精密时间由秒级以上时间和秒级以下时间构成，其中，秒级以下时间为 第二计数的数值。由于秒级以下时间的描述单位为纳秒级的精密时钟周期， 因此相应地，精密时间也是纳秒级的时间，相比于秒级的GPS绝对时间，其 时间的精度明显提高。

通过步骤201～步骤203可以看出，精确时间校准的前提是，GPS时间信 息是有效的，即GPS脉冲和GPS脉冲间隔是有效的，这样，避免了当GPS 脉冲间隔过短、GPS脉冲间隔过长或GPS脉冲漏收时，使用无效的GPS时间 信息进行精密时间校准，从而保证了精密时间的准确性。进一步地，

由于基准间隔的更新方法，使得GPS脉冲间隔的正常抖动的变化可以动 态地体现在基准间隔中，所以以基准间隔为基础对GPS时间信息进行的有效 性判断，实现了更加准确地发现GPS脉冲间隔过短、GPS脉冲间隔过长或GPS 脉冲漏收的情况，从而有效保证了时间校准的准确性。

步骤103：综合控制装置根据获得的GPS位置信息、传感器信息和精密 时间，标记第一综合信息和第二综合信息中各信息获得时刻，并发送经标记 的第一综合信息和第二综合信息给导航工作站。

第一综合信息包括：物探船的对地速度、对水速度、位置和方向以及获 取这些信息的各时刻。第二综合信息包括：拖缆的深度和拖缆之间的距离以 及获取这些信息的各时刻。其中，

可以通过时间戳来标记信息的获得时刻，时间戳为获得信息时精密时间 的数值。

经标记的第一综合信息和第二综合信息均发送至导航工作站，用于计算 相关信息，例如枪控启动信息。

本步骤中，如何发送信息给导航工作站的具体实现为本领域技术人员的 惯用技术手段，不用于限定本发明的保护范围，此处不再赘述。

步骤104：综合控制装置获取枪控启动信息，提取响炮指令并发送给枪控 系统；获取枪控同步信息，并发送记录信息给综合记录系统。其中，

如何从导航工作站获取枪控启动信息、从枪控系统获取枪同步信息，以 及如何发送响炮指令和记录信息，是本领域技术人员的惯用技术手段，此处 不再赘述。从枪控启动信息中提取响炮指令为本领域技术人员的惯用技术手 段，此处不再赘述。

本步骤中，枪控启动信息来自导航工作站，包含各地震源的响炮时刻的 信息；枪控同步信息来自枪控系统，包括各地震源中各子震源的响炮时刻间 隔；响炮指令用于启动枪控系统按照该指令对应的响炮时刻执行响炮。响炮 指令同时发送至检波器记录系统，用于指示检波器记录系统开始记录炮记录； 记录信息至少包括枪控同步信息、第一综合信息和第二综合信息。其中，记 录信息传送至综合记录系统，连同与其对应的检波器记录系统记录的炮记录 一同在综合记录系统中作为相关信息记录下来。

图3为本发明实现海上地球物理勘探的综合控制装置的组成结构示意图， 如图3所示，包括信息获取单元、时间校准单元、信息综合单元、枪控通信 单元和记录系统通信单元，其中，

信息获取单元，用于周期性获取GPS时间信息、GPS位置信息和传感器 信息；其中，GPS时间信息为周期性信息，包括GPS脉冲和GPS绝对时间； GPS位置信息为周期性信息；传感器信息为周期性信息至少包括：物探船的 对地速度、对水速度和方向、以及拖缆的深度和拖缆之间的距离。

时间校准单元，用于根据来自信息获取单元的GPS时间信息以及预先设 定的偏差阈值判断GPS时间信息的有效性，并进行基准间隔更新和精密时间 校准。

图4为本发明综合控制装置中时间校准单元的组成结构示意图，如图4 所示，包括偏差计算模块、脉冲有效判定模块和更新校准模块，其中，

偏差计算模块，用于根据来自信息获取单元的GPS脉冲，计算GPS脉冲 间隔及其与维护的基准间隔的偏差。

脉冲有效判定模块，用于根据来自偏差计算模块的偏差、和预先设定的 偏差阈值，确定GPS脉冲是否为有效。

更新校准模块，用于当GPS脉冲有效时，根据有效的GPS脉冲间隔和 GPS绝对时间，进行基准间隔更新和精密时间校准，其中，精密时间包括秒 级以上时间和秒及以下时间。具体来讲，

基准间隔更新包括：计算基准间隔与GPS脉冲间隔的平均值，并将该平 均值作为基准间隔，其中，基准间隔预先设置为GPS脉冲周期对应的精密时 钟周期的数量。

精密时间校准包括：使用GPS脉冲对应的GPS绝对时间更新秒级以上时 间，且从零重新开始秒级以下时间的计数。

信息综合单元，用于根据来自信息获取单元的GPS位置信息和传感器信 息以及来自时间校准单元的精密时间，标记第一综合信息和第二综合信息中 各信息的获得时刻，并发送经标记的第一综合信息和第二综合信息给导航工 作站；其中，第一综合信息包括：物探船的对地速度、对水速度、位置和方 向以及获取这些信息的各时刻；第二综合信息包括：拖缆的深度和拖缆之间 的距离以及获取这些信息的各时刻。

枪控通信单元，用于获取枪控启动信息，提取响炮指令并发送给枪控系 统；其中，枪控启动信息包含各地震源的响炮时刻的信息。

记录系统通信单元，用于获取枪控同步信息，并发送记录信息给综合记 录系统；其中，记录信息至少包括：枪控同步信息、第一综合信息和第二综 合信息。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明 而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人 员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细 节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利 要求书所界定的范围为准。