专利名称：海上地震测量方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及海上地震数据采集测量的完成，更具体的说，涉及在測量期间对地震测量展布的控制。
背景技术：
完成海上地震数据采集測量通常涉及一艘或多艘測量船，它们各拖曳至少ー个地震拖缆穿过水体，该水体被认为是覆盖在ー个或多个含有碳氢化合物的地层之上。为了完成3D海上地震数据获取測量，由地震測量船以大约5海里/小时的速度将ー个海上地震拖缆阵列拖在船的后面，该阵列的每个拖缆通常有几千米长且包含大量水中检波器和伴随的电子设备沿拖缆的长度方向分布。该船还拖曳ー个或多个适于在水中使用的地震震源，通常是空气枪。由地震震源产生的声音信号，或称“爆炸”，穿过水体传播到地下，在那里声音信号被各种地层反射。反射的信号由拖缆上携帯的水中测波器接收，数字化，然后传送到地震測量船，在那里数字化的信号被记录下来并且至少是部分地被处理，其最終目的是构建被測量地区中地层的表示。往往从同一地下区域得到两组或更多组地震数据信号。例如，可在同一区域上在不同的时间进行两次或更多次地震測量来得到这些组地震数据信号，通常各次地震測量之间的时间间隔为几个月至几年不等。在一些情况中，采集地震数据信号用于监测由于碳氢化合物的生产所造成的地下储集层中的变化。近年来也出现了在特定地下区域上方进行有时间间隔的三维地震数据信号的采集与处理，作为新的重要的地震勘探方法(在业内通常称作“ 4-D”地震数据)。通常的实践是事先收集关于测量区域的某些信息，从而能选择适当的设备和方法(称作“測量设计”)以实现所希望的地球物理的和操作的目标。一些这样的信息用于提供測量所需基本參数，如測量区域的边界，被拖曳的拖缆电缆的长度以及地震震源的点火情况等。这些信息已在一定程度上用于贯穿各个独立系统的测量控制。这类控制系统的典型实例是測量船的自动导航、船的航向控制、以及拖缆定位和深度调节。例如，美国专利6，629，037号描述了使用成本地图(cost map)优化在已知测量区内加密地震剖面作业的路径，英国专利申请GB2364388号公开了根据由先前測量所记录的位置数据在一已知測量区域内确定震源和拖缆的位置。大家还都知道在測量期间(即实时或近实时)收集关于测量执行情况的某些信息，从而可根据所希望的地球物理的和操作的目标实现适当的设置和定位。这些信息也在一定程度上用于贯穿各个独立系统的测量控制。下列专利參考文献代表了这类控制系统的最新技术美国专利6，618，321号(根据测定的水流来模拟测量期间拖缆位置)；美国专利6，590,831号(根据所监测的测量參数来协调一次測量期间的多艘地震数据采集船)；美国专利6，418，378号(由测量采集的数据训练过的神经网络用于预测下一測量期间地震拖缆的形状)；美国专利5，790，472号(根据水中检波器噪声水平对测量期间的地震拖缆定位)；以及国际专利申请WO 00/20859号(根据拖缆定位器装置的估计速度对测量期间的地震拖缆定位)以及美国专利6，691，038号(用于被拖曳地震阵列的有源的分离迹线和定位系统)。上文描述的控制系统依赖于特定的输入(如海中的水流)以确定可用于控制地震测量拖船的信息。然而，这些系统中没有一个依赖于或考虑宽范围的输入条件和參数，它们包括各种目的以及地震測量设备和方法的限制条件。再有，这些系统中没有一个试图利用在整个展布区(包括震源和接收器二者)部署的ー组协同导向装置主动地控制该展布，所以 需要这样的复杂系统。已经设计出上述控制系统，通过提供立即实现的命令或路径等来实现所希望的结果。在对这些输出的重要的时延效应进行优化方面考虑得很少或根本没有考虑。所以需要这样ー种地震测量控制系统，它在考虑立即效应的同时，还考虑输出(特别是控制命令)的延时效应。定义在本描述中，一些术语在它们第一次使用时被定义，而在本描述中的某些其他术语定义如下“迎角”是翼片或偏转器相对于流体(即水)流动方向的角度。迎角是一个导出量，是由用于固定翼片的偏转器或本体在系统參考系中的取向、翼片相对于偏转器/本体的可控或固定取向以及在系统參考系中的水流取向计算出来的。当翼片/偏转器没有抬升吋，它有零迎角。“区域旋转”是指从向北取向的轴线量起的轴线旋转，这样，例如0°区域旋转是指地震剖面作业方向(或拖曳方向)是北。这给出区域相对轴线的取向，并确定该测量的地震剖面作业方向。“基准測量”是指时延后的測量试图參照的原始测量以及伴随的展布坐标。“好路线”是指相对于海底的实际航线。“横向”和“纵向”是指分别垂直于和平行于拖曳方向的方向，是在区域相对參考系中定义的。參考系的原点可以转换到測量船的位置。纵向轴取向的ー个实例是平行于由先前測量指定的地震剖面作业方向(例如预先设计的测线方向或区域旋转)。“驱动命令”是指展布控制部件操作状态的改变，这将给出展布位置的希望結果。“カ模型”是指ー组有效流体动カ学力对展布的影响的ー种表示，这种表示是由计算机实现的。这个カ模型包括对展布以及它所在介质(即海和大气)的表示。这一介质包括从海面下少于40m深处到空气/海界面之上几十米之间的垂直区域。在这一定义区域之外产生的但对这一区域有影响的カ也是用于建模的候选对象。“自然羽角”是指被拖曳体上任何两点定义的直线与ー參考方向之间的夹角，该參考方向通常是船进行地震剖面作业的方向，由于水流、风或两者的作用得到上述两点的位置。ー个实例是连接拖缆首尾所形成的直线与预先设计的测线方向之间的夹角。
“近实时”是指以某种方式延时后的数据流，如允许有使用对称滤波器得到的计算結果。通常，利用这类数据流做出的决定用于增强实时做出的決定。实时和近实时数据流二者在被接收之后立即被决定流程中的下一个过程所使用。“位置历史”是指构成一个展布部件(如拖缆或震源阵列)的任何展布元素或元素组的坐标或形状在各个离散时刻的估计值，在离散时刻得到的两个坐标或形状估计值给出在该时间差上的ー个平均速度。在三个不同时刻的三个坐标或形状估计值给出两个平均速度和ー个平均加速度。“PID”或“PID控制器”是指比例——积分一一微分控制器。它是ー种反馈控制器，其输出是ー个控制变量(CV)，通常是基于某个由用户定义的设置点(SP)和某个测量得到的过程变量(PV) 二者之差。 “预测残差”是指展布模型位置坐标预测值与独立測定的基于航行的位置坐标ニ者之差。这ー术语是从卡尔曼滤波估计理论借来的。“当前測量”是指当前进行的測量路线中已经产生的原始数据集合、计算结果或行动。这些可以以实时、近实时或根据需要加以使用。“测量前历史”是指本次測量开始之前产生的在准备或执行本次测量时使用的任何数据。实例包括基准測量、海图、潮汐信息、深度信息、地震测量图、井孔数据、面元(binning)数据以及自然羽角的历史记录。这类信息可能是也可能不是在公共域中。这些数据可能是在初歩测期间得到的。“实时”是指除了产生数据流组成部分所需最短时间外再没有任何附加延时的情况下产生的数据流。这意味着在数据流中的信息存储与该信息的提取之间没有大的间隙。最好有ー个进一歩的要求，即这些数据流组成部分产生得足够快，允许使用它们做出的控制决定足够早地生效。“爆炸点”是指各地震数据采集事件之间的时间间隔所对应的时间単位。“爆炸点目标坐标”是指为收集地震数据全部展布对象所占有的预期ニ维坐标。这组坐标还能用于导出展布体目标的形状。“展布”是指“展布部件”的总数，即船、运输工具和被拖曳的对象(包括电缆)的总数，它们一起使用，以进行海上地震数据采集測量。“展布体形状”是描述任何被拖曳展布部件形状的数学函数。例如，可认为拖缆电缆有从一端到另一端的直线形状。另ー种表达方式是，该形状可以是一系列直线或更高阶多项式，它们把沿着拖缆的任意ー组位置坐标估计值连接起来，从而给出整个拖缆的近似形状。类似的方法能用于地震震源阵列。“展布控制元素”是指ー个可控制的展布部件，它能使一个展布部件沿横向或纵向改变坐标。“展布控制元素操作状态”是指给出与展布模型(如流体动カ学力模型)有关的信息的那些测量。实例包括翼片体取向、偏转器上的水流速率、相对于翼片体的翼角、舵角、螺旋桨速度、螺旋桨的螺距、拖曳电缆的张カ等。“展布控制元素性能指标”或“性能指标”是指单个元素或由全部展布控制元素的组合构成的系统的性能极限。实例包括翼片控制元素的可能翼角值的范围、拖曳电缆的张カ极限、偏转器装置的停止角等。
“展布前端”是指连接各拖缆前端的、多少垂直于船的好路线的一条线(最佳拟合的或实际的)。“展布模型”或“展布的模型”是指可由计算机读出和执行的代码，用于由计算机模拟该展布对各种输入力和条件的响应。展布模型可以是流体动カ学力模型、神经网络系统、闭环控制系统(例如见国际专利申请WO 00/20895号)、由L一范数最佳拟合判据驱动和校准的运动模型、或卡尔曼滤波器。“可转向前端偏转器”(又称SFED)是指位于最外侧的拖缆的前端的可转向偏转器，如 Western Geco 公司的 M0N0WING 装置。“转向羽角”类似于自然羽角，但该角由转向装置改变。“转向装置”是指使至少ー个展布部件转向用的装置。这类装置包括拖缆转向装置、可转向前端偏转器以及可转向浮标。“拖缆转向装置”(又称SSD)是指沿拖缆分布的转向装置，如Western Geco公司的Q-FIN 装置。“拖曳点”是被拖曳的展布对象在拖船上的原点(例如，在后甲板上导入电缆退出滑车处的点位)。“迹线”是指预先指定的在进行一部分地震測量时展布部件要占有的ニ维坐标，如地震测线。实例包括预先设计的测线或测量前设定的ー组非直线的坐标。“轨迹”是指在測量期间任何展布部件占有的实现了的或实际的ー组坐标。“平移”是指原点X和Y坐标的转移，它给出航行所需新的原点。“转换功能”是指在计算机中发生的一系列计算，它给出各种测量的或投影的量作为输入，并给出一组驱动命令作为输出，这些命令被设计成给出任何数量对象位置的设计的或希望的变化。
发明内容
—方面，本发明提供ー种方法，用于在进行地震測量时控制地震测量展布，该展布有一艘船、多个展布控制元件、多个航行节点以及多个震源和接收器。该方法包括收集输入数据的步骤，这些数据包括用于各航行节点的航行数据，伴随展布控制元件的传感器给出的操作状态，地震測量所需环境数据以及地震測量设计数据。使用航行数据、操作状态及环境数据估计震源和接收器的位置。使用这些位置估计值以及一部分输入数据(至少包括地震测量设计数据)确定震源和接收器的最佳迹线。至少是使用所确定的最佳迹线，计算出至少用于两个展布控制元件的驱动命令。本发明方法中的估计、确定和计算步骤可由转换功能来执行。更具体地说，可根据转换功能内的展布模型估计位置。在一个实施例中，展布模型使用输入数据计算第一组估计位置，这些输入数据至少包括操作状态和环境数据。所收集的航行数据包括第二组估计的位置。在转换功能内第一组和第二组估计位置被组合在一起，产生估计的震源和接收器位置以及预测的残差。预测的残差用于估计ー组表征展布模型的參数。展布模型參数用于校准展布模型。预测的残差可进ー步用于估计收集环境数据所用传感器的误差状态。可根据转换功能中的加权函数确定最佳迹线。在一个实施例中，加权函数接收地震测量设计数据和震源及接收器的估计位置作为输入。来自地震測量设计数据的输入可包括展布控制元件的性能指标，如转向限制。在这ー实施例中，加权函数用于对输入数据应用相对加权系数，用于由转换功能计算展布的最佳迹线。在本发明方法的ー个具体实施例中，展布模型是展布部件的流体动カ学力模型。该カ模型可以基于水流数据以及其他数据。在其他实施例中，展布模型是展布部件的纯统计模型，是神经网络，或利用L范数拟合判据之一。所有这些实施例都有能カ基于全部输入对从行为历史学习到的展布控制进行參数化，并且能产生驱动命令，这些命令将实现ー组最优化的空间目标，它们或者以坐标的形式(例如爆炸点目标)或者以形状的形式(如转向羽角)，用于未来的展布。在ー个具体实施例中，估计展布响应时间并在计算驱动命令时予以考虑。在这ー实施例中，驱动命令还受到限制以保持展布的稳定性并在发送到展布控制元件之前确认其有效性。驱动命令——特别是那些用于控制船的命令——可以手工或自动实现。由于大多数驱动命令的响应时间慢，所以在ー些场合实现者是操作人员。另ー些驱动命令，如SSD翼角改变，则优选自动控制，如在国际专利申请WO 00/20895中描述的那样。
可根据地球物理的和操作的要求确认驱动命令的有效性。地球物理要求包括实现对ー个地下区域的希望的覆盖，重复前一次测量的地震信号射线路径，以及控制地震传感器噪声。操作要求包括为展布穿过危险区域确定一条或多条安全通道，确定进行一条或多条地震測量线的最佳时间，以及減少非生产性时间。相应地可以计算出另ー些驱动命令以实现两个或更多个可定义的位置之间的安全通道。一旦得到确认，驱动命令便被发送到展布控制元件以达到所希望的测量目标。驱动命令可包括控制至少是船螺旋桨、船推进器、展布部件转向装置以及船电缆绞车之ー的驱动命令。优选地，每个驱动命令用于控制至少是展布的一个或多个部件的位置、速度和前进方向三者之一。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个部件。被拖曳的部件通常包括电缆、传感器(如水中检波器)以及转向装置(如可转向前端偏转器(SFED)和拖缆转向装置(SSD))。展布部件可进ー步包括不与这一艘或多艘測量船系在一起的一艘或多艘运输船，如自动水下运输船(AUN)或自动水面运输船(ASV)。展布控制元件包括舵、螺旋桨、推进器、ー个或多个用于使被拖电缆和仪器转向的装置以及ー个或多个可转向漂浮装置等装置中的至少两个。伴随展布控制元件的用于产生在输入数据中收集的操作状态的传感器包括张カ、水流速率、倾斜、取向、加速度、速度和位置等传感器中的一种或多种传感器。输入数据中收集的环境数据包括水流、盐度、温度、压强、声速、浪高、浪频率、风速以及风向等数据中的ー种或多种数据类型。输入数据中收集的地震测量设计数据包括区域、深度、区域旋转或地震剖面作业取向、测线坐标、震源和接收器位置，所需覆盖范围、局部限制、优化因子以及历史数据等数据中的ー种或多种数据类型。地震测量设计数据进ー步包括展布控制元件的性能指标，如船、可转向电缆装置、可转向震源装置以及偏转器等的拖曳和机动特性，被拖曳的电缆、震源以及漂浮装置的拖曳特性，以及绞车的操作特性。地震測量设计数据还可以由展布迹线性能指标以及測量目标来表征。收集的输入数据组还可以表征为包括预先测量、操作员输入、当前測量、近实时或实时测量以及模拟测量等ー种或多种数据类型。预先测量数据可包括环境传感器数据和历史测量数据。操作员输入数据可包括展布參数设置和环境数据。实时测量数据可包括电缆张力、水流速率、倾斜、取向、加速度、速度、位置、展布控制元件设置、环境数据、地震信号和噪声数据以及操作员输入等ー种或多种数据类型。所收集的位置数据可包括来自GPS接收器、回声探测仪、深度传感器、声波测距系统、磁罗盘、陀螺罗盘、无线电定位系统、加速度计以及惯性系统等ー组传感器中的一种或多种传感器的数据。展布控制元件设置数据可包括推进器设置、螺旋桨螺距、螺旋桨转速、舵角、拖曳电缆张力、绞车位置、偏转器取向、偏转器迎角、偏转器水速、拖缆转向装置取向、以及拖缆转向装置翼片迎角等一组数据中的一种或多种输入数据。模拟测量数据可包括模拟的測量前数据、模拟的操作员输入、模拟的当前測量、模 拟的近实时数据、模拟的实时测量以及模拟的环境数据等ー种或多种数据类型。在地震測量期间收集的原始地震传感器数据也可被表征为输入数据。于是，在一个实施例中，本发明的方法进ー步包括使用原始地震传感器数据产生估计位置质量指示的步骤。这些质量指示可包括面元数据集、绝对噪声数据、信号噪声比以及地震信号频率成分。质量指示可用于确认实时测量数据、展布控制操作状态以及驱动命令的有效性。另ー方面，本发明提供一个系统，用于在进行地震測量时控制地震测量展布，该展布有一艘船、多个展布控制元件、多个航行节点以及多个震源和接收器。该系统包括ー个数据库用于接收输入数据，包括用于各航行节点的航行数据，伴随展布控制元件的传感器给出的操作状态，地震測量所需环境数据以及地震测量设计数据。该系统进一歩包括具有计算机可执行指令的计算机可读介质，这些指令使用航行数据、操作状态以及环境数据来估计震源和接收器的位置；具有计算机可执行指令的计算机可读介质，这些指令使用所估计的位置和一部分输入数据(至少包括测量设计数据)来确定震源和接收器的最佳迹线；以及具有计算机可执行指令的计算机可读介质，这些指令至少使用所确定的最佳迹线计算用于至少两个展布控制元件的驱动命令。在本发明系统的ー个实施例中，估计位置用的指令，确定最佳迹线用的指令以及计算驱动命令用的指令都包含在ー个共同的计算机可读介质中。在ー个具体实施例中，本发明的系统进一歩包括ー个具有计算机可执行指令的计算机可读介质，这些指令用于确认计算出的驱动命令的有效性；以及ー个网络，用于把确认有效的驱动命令发送给展布控制元件，从而可得到所希望的测量目标。换句话说，本发明的系统预期实现并包括上文概述的本发明方法的特性。
为了能详细理解上文引述的本发明的特点和优点，通过參考附图中所示本发明实施例，可以得到对上文概述的发明的更具体描述。然而，应该指出，附图只是显示了本发明的典型实施例，所以不应理解为对本发明发范围的限制，因为本发明可以准许有其他同样有效的实施例。图IA是用于进行海上地震测量的地震测量展布的平面图。图IB是图IA中所示展布的立面图。
图2是根据本发明的ー个方面用于控制该展布的方法的流程图。图3是展现出恒定羽角的被拖曳拖缆的示意性表示。图4是展现出恒定分离方式的多个拖缆的示意性表示。图5是最佳拖缆形状模型的示意性表示，该模型是利用沿拖缆各段定义的局部羽角确定的，以实现与先前拖缆测量形状的最佳拟合。图6是根据四爆炸点向前看预测得到的最佳拟合直线的示意表示，其中的残差预测值是基于每次起爆后的位置计算出来的。图7是相继的向前看最佳拟合直线(如图6所示)组合的示意性表示。 图8A-8B示意性说明如何能利用震源羽角表示由水流引起的震源横向漂移，以及水流和船速矢量分辨率。图9示意性表示拖缆前端的校正或改变，它造成拖缆前端与好路线成一定角度的偏移，以克服由水流造成的偏航角Θ。图10示意性显示拟合到ー个希望的转向迹线的拖缆前端中心。图11和12示意性显示如何能估计具有共同斜率的基准測量拖缆的“最佳拟合”线并将其转换成对每次爆炸所有拖缆共同的羽角。图13示意性说明将图11-12所示原理应用于估计单个拖缆的最佳斜率。
具体实施例方式图1A-1B图示说明进行3D地震測量使用的典型海上地震数据采集测量展布(也简称“展布”)10。展布10以多个部件来表征，其中一些部件是可控制的，称作展布控制部件。展布部件通常包括一艘或多艘海船11，如在美国专利6，216，627中描述的海船，以及至少由一艘船拖曳的多个部件。被拖曳的部件包括电缆，如引入电缆20，横隔线26，拖缆18，震源拖缆和压强线(二者表示为15)以及震源16和在拖缆上的水中检波器21，还有转向装置，如偏转器22，拖缆转向器38以及震源转向装置17。展布部件可进ー步包括不与一艘或多艘測量船系在一起的一艘或多艘运输船(未示出)，如在美国专利6，028，817中描述的无人驾驶有动カ船，美国专利6，474，254中描述的自动水下运输船，或在国际专利申请PCT/GB01/01930 (WO 01/84184 )中描述的海底拖拉机。展布控制元件通常包括舵R、螺旋桨P、拖进器(未示出)、一个或多个用于使被拖电缆和仪器转向的装置17、22、38以及ー个或多个可转向漂浮装置46、52等装置中的至少两个。更具体地说，在由本发明受让人所有和操作的Q 測量船的情况中，測量船11具有GPS接收器12与ー个集成的基于计算机的地震导航器(TRINAV )耦合，还具有震源控制器(TRIS0R )和记录(TRIACQ )系统14 (总称TRILOGY )，该船拖曳多个地震震源16，通常为TRIS0R 控制的在我们的美国专利4，757，482中描述的那种多重空气枪震源，以及由四条基本相同的拖缆18构成的阵列19。然而，将会理解，实际上可以拖曳多达20条拖缆，例如使用授予本发明受让人的国际专利申请PCT/IB98/01435 (W0 99/15913)中描述的技术。拖缆18借助它们各自的导入电缆20被拖曳(即高强度钢或光纤强化电缆，它们在船11和拖缆18之间传送电源、控制和数据信号)。最外侧拖缆18的伸展由两个可转向前端偏转器(SFED)控制，称作MONOWING 偏转器，在标号22处指出，连接到两条或更多条最外侧拖缆各自的前端24。在授予本发明受让人的美国专利5，357，892中详细描述的SFED 22与在每个最外侧拖缆的前端24及其相邻拖缆的前端24之间连接的各个隔离线26共同起作用，以协助保持各拖缆18之间有基本相同的间隔。每条拖缆18包括多个(最多达4000个)水中检波器21沿拖缆的长度以一定间隔分布。每个水中检测器21単独连线，使其输出能被単独数字化和滤波，从而允许进行复杂的处理，称作“数字组合形成”，如在授予本发明受让人的国际专利申请PCT/GB99/01544/(W099/60421)中描述的那样。每条拖缆18由大量基本相同的拖缆段构成，这些拖缆段端到端连接在一起。每个拖缆段有ー个外部塑料皮，它包含若干个长的应カ组件，例如由Kevlar制造的应カ组件， 以及水中检波器21，这些水中检波器由饱含煤油的泡沫塑料隔离材料分离，如授予本发明受让人的美国专利6，477，111中描述的那样。另ー种作法是，每个拖缆段可利用一个“固体”结构，如Sercel和Thales水下系统公司的商品化产品。每条拖缆18还有多个线内拖缆转向装置(SSD) 38，也称作“转向器”，优选美国专利申请US2002 0126575号中描述的那种Q-FIN 转向器，它们以200m间隔沿线分布以控制拖缆的深度和使其横向转向。此外，每条拖缆18有线内声发射器或“信号发生器” 40沿线均匀分布，信号发生器在转向器38之间放置。信号发生器40是下文将进ー步描述的定位与导航系统的一部分。拖缆18的尾端42，即远离測量船11的那一端，经由各自的伸长部分44 (类似于伸长部分36)连接于各自的尾浮标46、尾浮标配有各自的信号发生器48 (类似于信号发生器40)。以及各自的GPS接收器50。阵列16进ー步在其前端24的区域配备有附加的浮标或浮体52。更具体地说，这又一些浮体52分别连接于拖缆18，往往是在最外侧的拖缆上，分别连在位于最外侧拖缆前端24的两段伸长部分之间的防水光电“T形”连接器54处，从而被拖缆拖曳。浮子52可基本上与尾浮标46相同，配备有各自的信号发生器56和GPS接收器58,并又各自的伸长部分60连接到它们各自的连接器54。虽然为了清楚起见在图IA中把浮子52显示为偏离它们的拖缆，但实际上它们基本上与拖缆18在同一线上。震源16也配备有GPS接收器(由数字62表示)以及声波接收器，如水中检波器21。震源16可通过转向装置17转向，如在授予本发明受让人的美国专利申请GB0307018. 2号中描述的转向装置。在使用中，从船11布设震源16和地震拖缆阵列19并基本如图IA和IB中所示配置以大约5海里/小时的速度拖曳它们。地震震源16周期性点火，例如每10秒左右一次，所造成的反射地震数据信号由拖缆18中的水中检波器21检测到，然后被数字化并经由导入线20传送到船11中的系统14。虽然在图IA中震源16和拖缆18显示为在船11之后沿完美的直线延伸，但实际上由于风和波浪作用以及水流等影响，它们往往受到横向位移(如下文进ー步描述的那样)。这样，为了构成被测量的地下区域中地层的准确的位置表示，对于由震源产生的毎次爆炸，准确确定震源16和水中检波器21各自的位置(即纬度和经度)是至关重要的。对于震源16，通常是使用GPS接收器62来完成。水中检波器21各自的位置是相对于ー个或多个GPS接收器50、58和62，通过三角測量确定的，该三角測量使用声波测距和基于信号发生器40、48和56的定位系统进行的,其中信号发生器40、48和56与选定的ー个水中检波器21结合运行，如授予本发明受让人的美国专利4，992，990和5，668，775中描述的那样。这样，一次完整的地震測量不仅造成大量地震数据，还造成大量的位置数据以给出对于震源产生的每次爆炸其震源16和检波器21各自的位置。由这些位置数据(又称航行数据)能确定整个测量过程中每条拖缆18所遵循的路径或迹线的形状。现在參考图2，本发明的方法包括收集输入数据的步骤110，输入数据包括各航行节点的航行数据，来自伴随展布控制元件的传感器的操作状态数据116，该次测量的环境数据118以及测量设计数据120。所收集的这组输入数据可从測量前信息、操作员输入、当前測量(近实时或实时)中获取以及从模拟的測量信息中获取。航行数据
如上文所述，可通过对多个点(航行节点)确定位置、速度和加速度三个矢量，从展布10得到航行数据112。沿拖缆的地震水中检波器子集被指定为声波定位接收器。这些接收器接收ー个独特的声波信号，该信号来自沿纵向拖缆通常每400m —个线内发射器。发射器和接收器组合给出沿任何拖缆通常间距小于IOOm的声波參考点。如美国专利5，668，775中描述的那样。拖缆端点由GPS參考点控制，这些參考点把声波航行节点与以地球为中心的地球固定坐标系联系在一起。GPS參考点与声波节点之间的连接是通过对已知距离、声波测量的距离及由罗盘测量的方向的组合来实现的。这些测量的全体用于在船上以对每个爆炸点计算出的最小ニ乘调节量给出每个航行节点的坐标估计值。这些航行节点的密度和位置估计值的精度足以给出总体的和局部的展布部件的ー个适当的图画。这些航行数据是展布10的位置响应的度量。三个基于航行的矢量还能用于校准本机惯性导航装置。这些本机装置能向展布控制系统给出精确的位置、速度和加速度估计值，允许该系统校正其自身，校准频度高于得到声波网络位置更新值的频度。航行更新值对于校准惯性装置本身也是有用的，这些惯性装置通常受到累积误差(通常称作漂移)的影响。下文中将更详细地讨论校准。 操作状态伴随展布控制元件的传感器用于产生输入数据中收集的操作状态数据116，这些传感器包括张カ、水流速率、垂直倾斜、本体取向、加速度、速度和位置等传感器中的ー种或多种。在本发明的一个实施例(下文描述)中，这些传感器或測量装置向流体动力学展布模型提供输入，该模型用于描述展布10的动力学特性。ー组操作状态数据从属于船11。这些状态包括船的航向、速度、舵角、螺旋桨螺距以及船的运动(即急转、俯仰和侧倾)。这些状态的改变将造成在船11尾部拖曳点位置的横向和纵向坐标的改变。另ー组操作状态与转向装置17、22和38有关，描述在上升体(如偏转器翼片)上的水流速度。传感器给出装置22的取向(如相对于好路线的取向)及在上升体上的水流速度。传感器还给出翼角及与水流有关的翼角变化。这些操作状态能被转换成由转向装置施加的力。这些カ分布在拖缆18长度方向上或与震源阵列上的点相连，它们与水引起的作用于被拖曳体表面区域的力方向相反，(组合枪漂浮物例如也称作sausages)这些カ的总合给出
I、从拖曳点(原点)起始的拖缆形状；2、震源中心；以及3、单个震源阵列相对于它们的船拖曳点的位置。拖曳电缆上的张カ是另ー个重要的操作状态，在一个实施例中它是流体动力学模型的输入。这主要是相对于固定在张カ计上的本体的水流速度以及阻力的函数。此外，张力用于确定拖曳线是否达到了它们的极限，该极限限制将要由转向装置施加的力的大小。绞车计数器报告布设的拖曳电缆的长度，它与SFEDカ组合，确定展布前端的取 向。这些以及其他操作状态数据可组合到力模型中，给出确定被拖曳展布部件形状的力矢量。下文中将參考展布模型(如力模型)进ー步予以描述。环境数据在输入数据中收集的环境数据118包括水流、盐度、温度、压强、声速、浪高、浪频率、风速以及风向等数据中的ー种或多种数据类型。使用若干来源公布的地震測量前潮汐水流表能预测该区域的潮汐水流。这些来源包括英国海军部、国家海洋与大气管理局(Ν0ΑΑ)、水文与海洋服务机构(SH0M)。对于被认为有强潮汐水流的区域，測量路线将定时到与低水流时间段一致的时间。高水流的时间段将尽可能地用于其他測量活动，如返程和驶入。再有，可以回顾该区域的地震測量历史，以识别在该測量区历史上经历的羽角度数。可在数据库中进行羽角统计，以供其后使用。羽角是对测量区中水流的一种间接測量。这ー测量能用于指出该区域中水流的大小、方向以及时空变化率。空间频率与拖缆长度有关。通过把拖缆尾部的“好速度”与羽角的变化率关联起来，羽角能给出空间频率的ー个指示。羽角的变化率将使测量的计划者对他们正在确定的展布控制系统所需要的响应时间有一个认识。在地震数据采集过程中的时间单元通常是爆炸点。于是，长的时间周期可被定义为未来某一数量的爆炸点，它对应于能保持当前环境条件的时间长度。作为一例，在潮汐剖面作业中，潮汐水流的循环时间是清楚知道的。已计划了至少持续15年的地震测线，以得到沿相邻测线有相同的水流或水流时间梯度，从而降低加密程度。ー些地震勘探软件提供商提供地震測量线路计划软件以便预先考虑在地震数据采集期间水流的时间和空间变化。此外，可回顾任何可得到的历史水流数据，以识别最強水流的方向。如果地球物理目标允许的话，测线方向最好是计划成平行于主要水流方向。这将给出最小羽角和最直的拖缆。这类数据在成熟的石油生产区域可以得到，因为那里需要水流知识用于钻井装置和浮式采油、储油和卸油(FRSO)系统的运作。可以得到若干水流数据测量源用于地震測量期间的水流測量。安装在船身上的声波多普勒水流剖面测量仪(ADCP)測量在震源阵列和展布前端前方几百米的水流。安装在測量区中半永久或固定结构(例如安装在海底的钻井装置和FPS0)上的水流计能经由遥测链路实时向船11报告当地水流。工作或检查船或任何其他可移动平台，包括可远程操作的船只(ROV)，如果在船上有水流測量装置，则能够沿测量迹线在展布10前方遥测该展布将要遇到的水流区。卫星图象提供关于宏观环流的热水体旋涡的知识。
关于水流的全部数据源被存储在地理信息系统(GIS)数据库中，并带有时间标记。这类系统普遍用于管理空间分布的数据。一个实例是由Horizon Marine使用的一类数据管理系统。对于短时间段，这些数据可认为是有效的(例如一小时或更短)。基于整个数据采集过程观测到的历史变化，能导出较长时间段的变化趋势，用于预先考虑相邻测线上的状況。再有，能基于现场測量结果对预测的由潮汐驱动的水流分量(如上文所述)进行校准。如果知道潮汐信号的频率成分，则能校正由数据表预测的振幅和相移，以适应于该地震测量的准确地点。 在现场，能与水流计数据完全一祥地处理在上述用于水流测量的相同平台上的测量仪或传感器得到的风カ计数据。当然，这ー数据是用于对预期作用于海面上对象的力建立模型。此外，空气摩擦能移动表面水层，造成风驱动的表面水流。风驱动的表面水流的影响能达到几米深，这是当前用于拖曳拖缆的深度区域。海洋水体的动力学海洋模型,如Horizon Marine提供的那些模型,能用于预测各种海洋现象。这些模型大体上等效于气象预测模型，并且它们的预测准确度作为时间的函数彼此相似。这些模型需要水流測量值等输入，还需要风的数据用于模型的校准和边界条件。这些模型的两个主要驱动器是水密度差和地球运动(即科里奥利力)。密度差是由温度、压强(深度)和盐度数据导出的，这些数据是用可丢弃的或可回收的探针在水平向穿过测量区域并在垂直向穿过水柱收集的。这些数据给出密度界面图，它与地球转动、风以及其他力一起使不同密度的水体彼此相对运动。垂直密度梯度最大的地方是在上层，这是由于太阳的加热作用，还有靠近陆地的地方，在那里源自陆地的水进入海中，而且在那里垂直陆地块使不同密度的水体改变其所在深度(如海岸边的上涌)。动力学海洋模型是众所周知的，但往往是宏观尺度的(即其区域比ー个地震測量区域大许多倍)。近年来计算能力的提高已导致开发出适于以地震測量区域的尺度有意义地预测区域中水体运动的模型。Pickard和Pond在动カ海洋学引论中描述了典型的数值模型。使用模型预测获取地震測量数据的ー个展布将会遇到的水流的方法可以在现场应用，以预先考虑水流。现场对水流和风的测量也将用于校准海洋模型预测值。更高频度的和水平方向扩展的密度測量造成对水体边界的更高分辨率和改善的模拟与校准。上述水流确定方法的任何子集，不管是具有任何程度的校准后的模拟，或者是未经校准的模拟，以及直接的測量，这些对地震数据采集都是有价值的，因为它能通过增加生产时间从而减少数据采集时间。数据越老则使用价值越低。当前得到的信息(近实时和/或实时)将用于估计沿数据采集线路将会遇到的力。上述对水密度数据的收集在现在和将来都将用于估计整个展布内作为航行节点的震源和接收器点之间声波波前的传播。由卫星图象以及现场由升降计和高頻度GPS垂直速度估计能得到浪高测量值。水体位置的改变对地震记录有影响，这一事实造成对SSD提出保持深度的要求。为控制深度而发生的翼角改变对于转向装置的横向转向能力有影响。当前，Q-FIN SSD控制器将水平和垂直定位组合在一起。浪高知识有助于确定在操作拖缆时可得到的横向转向能力。浪高给出水质点穿过水体三维运动的度量。这在效果上是ー个小尺度水流。浪高幅度将决定在拖缆深度的水流是否是一个显著的力。输入数据收集
优选地，在输入数据中收集的地震測量前数据包括环境传感器数据。作为实时测量数据收集的那部分输入数据110可包括电缆张力、水流速率、倾斜、取向、加速度、速度、位置、展布控制元件设置、环境数据、地震信号和噪声数据以及操作员输入等数据中的ー种或多种数据类型。所收集的位置数据可包括来自GPS接收器、回声探测仪、深度传感器、声波测距系统、磁罗盘、陀螺罗盘、无线电定位系统、加速度计以及惯性系统等ー组传感器中的一种或多种传感器的数据。展布控制元件设置数据可包括推进器设置、螺旋桨螺距、螺旋桨转速、舵角、拖缆电缆张力、绞车位置、偏转器取向、偏转器角、偏转器水速、拖缆转向装置取向以及拖缆转向装置翼角等一组数据中的ー种或多种输入数据。模拟测量数据可包括模拟的測量前数据、模拟的操作员输入、模拟的当前測量、模拟的近实时数据、模拟的实时测量以及模拟的环境数据等ー种或多种数据类型。在地震測量期间收集的原始地震传感器数据也可被表征为输入数据。于是，在一个实施例中，本发明的方法进ー步包括使用原始地震传感器数据产生在拖缆表面估计局部水流的质量指示的步骤。原始地震传感器数据对于证实カ模型和预期水流是有用的。測量的环境噪声与预测的或预期的环境噪声进行比较，而预测的或预期的环境噪声曾用于给出 拖缆表面的预期水流。预期的和记录的噪声之间的大的差异指出记录系统有误或者水流与预期的不同。环境噪声沿拖缆长度方向的变化给出水流的空间梯度。质量指示可以包括面元数据集、绝对噪声数据、信号噪声比以及地震信号频率成分。质量指示可用于确认实时测量数据的有效性。地震测量设计收集到输入数据中的地震测量设计数据包括区域、深度、地震剖面作业取向、测线坐标、震源和接收器位置、所需覆盖范围、限制、优化因子以及历史数据等数据中的ー种或多种数据类型。本领域技术人员将会理解，地震測量数据进一歩包括展布性能指标114，如下文描述的那样。地震測量数据还可以由展布目标和限制来表征，还可以基本上由測量前信息来确定。地震測量设计是一种适应性设计，因为地球物理目标是限制条件，所有地震測量者都必须在这些限制条件内工作。一般性地震测量将包括ー个地震测量目标的所有方面。某些地球物理目标将影响地震数据采集。这些目标包括I、拖缆的数量和长度；2、拖缆间距；3、震源阵列尺度；4、爆炸点间距；以及5、测线方向一旦已确定地震測量设计的地球物理目标，识别给地震数据采集造成困难的因素并试图缓解这些因素就变得重要了。例如，如果该测量的一个目标是有时间间隔的測量(4D)，则使数据采集困难的ー个因素是先前的或基准的測量轨迹并非直线。通过读先前测量产生的“P190”数据可得到关于该轨迹的知识。然后，将这些轨迹与考虑选定的采集硬件可能得到的轨迹进行比较。然而，如果主要目的是传统的覆盖，则预先设计的测线将决定该测量的迹线。然而，对于任何地球物理目标，当地的障碍和海洋测深结果将是对所计划的迹线的限制。
上文对使用測量设计数、展布控制元件指标、环境数据以及操作状态的描述特别适用于(但不限干)在本次地震測量期间进行的測量。这些数据被输入到ー个通用的转换功能121中，它给出ー组希望的输出，如图2中所示，在下文中将进ー步描述。将选择測量设计所选定的展布控制元件，以满足预期的地震数据采集要求。此外，船的迹线将受到地震测量目标的限制。再有，在測量期间将监测测量区域中的阻碍以及海洋测量数据，以了解与展布的接近程度。性能指标被收集到测量设计数据120中的性能指标114通常是流体动力学的，可包括船的概况和特征、船运作极限、被拖曳电缆的阻力及其他物理特性、可转向震源装置特性、偏转器特性、漂浮装置的阻力及其他物理特性以及绞车操作特性。这类单个装置性能指标通常 可从制造商和/或从历史数据中得到。除了其他应用外，这些输入与地球物理测量目标限制一起模拟地震測量，这对测量设计是有用的，能给出暫定的组合拖曳系统性能指标。这样，例如可以在进行地震測量之前确定各种展布需求和指标，如拖缆转向装置沿拖缆分布的空间频度、要布设的可转向前端偏转器的数量，要布设的震源转向偏转器的数量以及预期循环时间(与水流梯度有夫)所需计算能力。再有，这类模拟能用于设计展布部件以改善控制性能。在模拟中能改变的參数实例是电缆直径、电缆密度、更适于流体动力学要求的电缆本体形状以及转向装置。位置估计在收集了输入数据之后，能使用航行数据112、操作状态116以及环境数据118来估计震源和接收器的位置。更具体地说，是根据转换功能121中的展布模型123来估计位置。展布模型使用输入数据计算第一组估计位置，这里的输入数据至少包括操作状态116和环境数据118。如图9中描述的那样，环境数据用于给出自然羽角。SSD 38要求的一定量的转向羽角被加到该自然羽角上。对位置估计有贡献的操作状态的ー个实例是为实现所希望的羽角所需要的转向输入/校正。转向羽角是由沿拖缆18的SSD在横向测线方向施力得到的。控制施力大小的方程是基于翼片抬升方程L=Ci*A*p*ニ (式 I)
2其中C1=抬升系数；A=翼片表面面积；V=水相对于翼片迎角的速度；以及P=水密度。迎角是可调节的，因而是另ー个操作状态。改变迎角造成ー个加速度或由集成或耦合于拖缆的SSD施加的カ的变化。收集的航行数据112包括第二组估计位置。沿拖缆的地震水中检波器21的ー个子集被指定为声波定位接收器。这些接收器接收来自线内发射器的独特声波信号，通常沿拖缆每400m放置一个这样的发射器。如美国专利5，668，775中所述，发射器和接收器的组合给出声波參考点(即航行节点)，通常沿任何拖缆小于IOOm间隔有一个这样的參考点。拖缆端点由GPS參考点控制，这些GPS參考点将声波航行节点与以地球为中心的地球固定坐标系统联系在一起。GPS參考点与声波节点之间的连接是通过对已知距离、声波测量的距离及由罗盘测量的方向的组合来实现的。这些测量的全体用于在船上以对每个爆炸点计算出的最小ニ乘调节量给出每个航行节点的坐标(第二组位置估计值)。在转换功能内第一组和第二组估计位置组合起来(见节点122)，产生(组合的)震源和接收器估计位置及预测残差(见框122a)。预测残差代表第一和第二组估计位置之差，用于估计ー组表征展布模型123的參数。展布模型參数用于校准展布模型。预测残差可进一歩用于估计收集环境数据所使用的传感器的误差状态。最佳迹线的确定最佳迹线是在转换功能121内根据加权函数125在框124中确定的。加权函数接受地震测量设计数据120以及震源和接收器的最近估计的位置作为输入(见框122a)。来
自地震測量设计数据的输入可包括展布控制元件的性能指标，如转向限制。其他地震測量设计数据包括地球物理的和操作的要求。地球物理要求可包括例如达到所希望的地下区域覆盖或重复先前测量的地震信号射线路径，以及控制地震传感器噪声。操作要求可包括例如为展布穿过危险区域确定一条或多条安全通道，确定完成一条或多条测量线路的最佳时间，以及減少非生产时间。加权函数125用于将相对加权系数应用于输入，供转换功能为该展布计算其最佳迹线。“最佳迹线”的确定包括确定最佳展布体形状以及沿一条迹线相应的形状变化。为了实现一次地震测量的目标，必须占有某组坐标(即“迹线”)。所希望的或“最佳的”測量迹线的第一估计值是在上述測量设计阶段给出的。在现场，根据当前的カ和航行更新频度，将以某一频度重新计算这一迹线。即使以高的频度进行最佳迹线的重新计算，在发出驱动命令以最佳地实现这个最佳迹线时将要考虑系统的响应时间。在小水流的区域中，測量设计迹线或测量前确定的迹线是可以实现的，对于展布控制系统没有或只有很小影响。在其他区域，则可能要求进行对最佳成本迹线的高頻度重新计算。只有当航行更新结果掲示由展布模型驱动的预测成功的时候，才能实现重新计算。只在航行更新结果显示预测的轨迹已偏离迹线超过可能的误差边界(也称作不变走廊)，才需要重新计算。实际上，由自然与转向系统极限的组合给予的物理限制多半将防止在一定程度上追随想要的測量前设计的迹线。确定路径时考虑目的物坐标和在给定的展布控制潜在能力下达到该坐标的能力。在计算最佳迹线的一个实施例124中，利用了美国专利6，629，037号描述的最佳成本地图方法，该专利授予本发明的受让人。相继的候选单元(迹线段)被ー个函数加权，该函数包含了多个因子的组合，这些因子通常被表征为转向限制。这些因子包括I、全部展布部件的测量前迹线；2、对展布部件重要性的区分，类似于Nyland中的偏移加权；3、可得到的转向潜在能力；4、系统的响应时间；5、系统的稳定性；以及6、系统的物理极限。在将最佳迹线传送给展布模型以转换成要实现最佳迹线的驱动命令之前，要检验该迹线与展布元件及外部障碍发生碰撞的可能性。最佳迹线的安全判据包括确认(见框127)任何展布元件的轨迹没有碰撞的危险。“否”结果将造成通过GUI向用户反馈信息或者是转向限制參数没有设置正确或者最佳化算法有缺陷。于是用户可选择对转向系统进行人工控制或修改转向限制条件。修改转向限制条件的ー个实例是如果超过了拖缆间隔极限，则用户可以选择允许拖缆移动到彼此更加靠近。另ー个实例是，如果ー个展布元件(例如尾浮标)将要移动到过于靠近ー个障碍物，如浮式采油、储油和卸油系统(FPSO)，则用户可以选择使FPSO改变位置并将其送入测量设计数据流，从而可以安全地实现最佳迹线。对该安全检查给出的“是”结果将导致把所确定的最佳迹线提交给展布模型123，用于计算展布控制元件的新的操作状态(即驱动命令)。驱动命令优化计算造成一组驱动命令——主要是定向命令——这将带来展布部件位置的改变，作为转换功能121的一部分。驱动命令优化将受到预定的环境条件以及可用于启动定向装置的约束。驱动命令优化的定义将由最佳迹线确定。驱动命令的计算驱动命令(这里也称作新操作状态，是通过确定最佳迹线产生的結果)是在展布模型123中使用确定的已证实(在127)的最佳迹线(由框124)对至少两个展布控制元件计算出来的。展布响应时间是由展布模型估计出来的，并在计算驱动命令时被考虑。还要调节驱动命令以保持展布的稳定性，并在发送给展布控制文件之前确认其有效性(在128)。利用本发明的方法计算出的每个驱动命令可用于控制该展布的一个或多个部件的位置、速度以及前进方向三者中的至少ー个。典型地，驱动命令将包括控制船的螺旋桨、船的推进器、展布部件的转向装置以及船电缆绞车这些当中的至少ー个。特别是船电缆绞车可以受到动态控制。驱动命令优化计算造成一组驱动命令——主要是定向命令——这将带来展布部件位置的改变，作为转换功能121的一部分。驱动命令优化将受到预定的环境条件以及可用于启动转向的转向装置的约束。驱动命令优化的定义将由驱动命令的目标确定。优化判据包括确认(见框127)任何一组机械性诱发的驱动命令或为实现所确定的最佳迹线所需要的力的变化是在该地震测量的安全要求范围内。通常，这些安全要求是设备安全限制和人员安全限制之一。安全检验的“是”结果将导致把所确定的最佳迹线提交给展步模型123，用于计算展步控制元件的新的操作状态(即驱动命令)。这样，例如一旦检测到某些展布控制部件已失效(如船的螺旋桨或舵、偏转器、震源或拖缆转向装置)，则系统将呈现ー种“最大安全性”方式，这将为了保护设备和人员而限制驱动命令。潜力的确定展布控制的潜力由展布模型123测量，在本优选实施例中，展布模型是ー个流体动力学模型，它确定从总的潜在力中减掉本次爆炸周期已经消耗的力之后可以使用的力的大小。尽管转向潜カ是从可用力中导出的，但能以羽角的単位来表示(如度或任何其他角度测量单位)。取决于测量设计(包括数据采集的目标)，将进行分析以确定是否需要改变驱动命令，如果需要，还要确定何种命令是适当的。按照定义，力有ー个加速度部分。系统性能，包括可用的转向潜力，是由理论的カ驱动模型和应该给出必须的加速度的展布控制元件驱动命令共同预测的。延时、系统响应和位置的历史关系和误差状态 如前文所述，由展布模型123预测的位置历史(第一组估计位置)与从航行结果导出的位置历史估计(第二组估计位置)进行比较，形成预测的残差。然后，预测残差与在カ模型输入中定义的误差状态、力模型參数以及展布控制元件性能指标关联。在一个无误差的模型中，预测响应将按时发生，换句话说，系统延时将在预测的响应中考虑。在该模型从航行结果中得知系统响应之前，通过校准，模型预测将有某种程度的误差，其误差大小依赖于模型和输入的质量。在可以得到比较的历史之前，基于航行结果的历史(第二组估计位置)的权重将无限地高于基于力模型的位置历史。在实际上，这意味着组合的航行和预测模型位置估计等于航行估计，几乎全部预测残差都被归因于展布模型。在该模型被校准之后，位置历史的力模型期望值应该与基于航行的測量历史一致，在测量的或航行结果的位置估计值的误差期望值范围内。
驱动命令的计算驱动命令(这里也称作新操作状态，是通过确定最佳迹线产生的結果)是在展布模型123中使用确定的已证实(在127)的最佳迹线(由框124)对至少两个展布控制元件计算出来的。展布响应时间是由展布模型估计出来的，并在计算驱动命令时被考虑。驱动命令还受到调节以保持展布的稳定性，并在发送给展布控制元件之前被确认其有效性(在128)。利用本发明的方法计算出的每个驱动命令可用于控制该展布的一个或多个部件的位置、速度以及前进方向三者中的至少ー个。典型地，驱动命令将包括控制船的螺旋桨、船的推进器、展布部件的转向装置以及船电缆绞车这些当中的至少ー个。特别是船电缆绞车可以受到动态控制。驱动命令通常是根据地球物理的和操作的要确定的。地球物理要求可包括例如达到所希望的地下区域覆盖或重复先前测量的地震信号射线路径，以及控制地震传感器噪声。操作要求可包括例如为展布穿过危险区域确定一条或多条安全通道，确定完成一条或多条测量线路的最佳时间，以及減少非生产时间。因此，还可以计算出另ー些驱动命令，用于使两个或更多个可定义位置之间的安全通道生效。本发明除实时测量外的其他应用本发明的再ー个作用是向操作员提供“智能完工”或场景计划。操作员转换功能121表示对两点或更多点之间一条路径的基本想法，该模块则对整个展布评估出落入展布转向能力范围内的不同安全通道，并把它们展示给操作员供选择。这能用于当需要在特定时间到达特定地点的时候。另ー个应用是当由于操作上的原因需要一条安全的近路到达ー个永久性或半永久性结构或特征物的时候。智能完工使用同样的外推方方法进入未来，但加到结论上的限制不同于在测量环境中的限制。在这种情况中强调的是安全和航行时间，而不是保证展布中的每个单个元件都严格遵循预先定义的路径。可能有禁区规定单个元件不应进入的区域。外推时间通常较长，而在系统内能被接受的不确定性较大。在这种情况下操作员选择接受哪个场景。本发明的另ー个应用是用于开发模拟系统。在具有正在开发的转向装置的转换功能121中运行实际的输入数据。预期的性能改进被用于计量开发的转向装置的改进結果。基于转向系统的目标，可计算出船的迹线、拖缆前端的迹线、震源的迹线以及拖缆的羽角，以给出由展布控制元件驱动的展布的最佳定位。下文中将使用ー个カ模型作为展布模型123的示例，更详细地描述这ー计算过程。
应用概述下表展示根据广义測量周期的优化判据的典型实例。
权利要求
1.一种方法，包含 拖曳多个地震测量展布元件，该多个地震测量展布元件通常在船的后面并且具有一个或多个展布控制元件； 提供该展布控制元件中的至少两个的一组期望的坐标位置； 独立地测量该展布控制元件中的该至少两个的一组实际的坐标位置； 计算该组期望的坐标位置与该组实际的坐标位置之间的差以形成残差；以及 使用该残差作为一个或多个控制器中的设置点来计算用于该展布控制元件中的该至少两个的驱动命令。
2.根据权利要求I所述的方法，其中该控制器中的至少一个使用PID校正方法。
3.根据权利要求I所述的方法，还包含在约束走廊内计划船的路径，该约束走廊允许进行展布控制元件中可得到的转向，以实现地震测量展布元件的目标形状和迹线。
4.根据权利要求I所述的方法，还包含估计所述展布控制元件的拖曳点的最佳迹线，该最佳迹线提供相对于该展布控制元件的最佳迹线的横向分量。
5.根据权利要求I所述的方法，其中该组期望的坐标位置由选自如下的一种或多种数据类型来提供来自与该展布控制元件相关联的传感器的操作状态、用于测量的环境数据以及测量设计数据。
6.根据权利要求I所述的方法，其中该驱动命令中的每一个被用来控制船的位置、速度和前进方向中的至少一个。
7.根据权利要求I所述的方法，其中该驱动命令包括用于控制船的螺旋桨、船的推进器、船的推进器设置、船的螺旋桨螺距、船的螺旋桨转速、船的舵角或其组合中的至少一个的命令。
8.根据权利要求I所述的方法，其中该展布控制元件包含彼此配合的船控制元件、震源控制元件和拖缆控制元件。
9.根据权利要求I所述的方法，其中该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.根据权利要求I所述的方法，其中该展布控制元件包含彼此配合的船控制元件和拖缆控制元件。
11.根据权利要求I所述的方法，其中该展布控制元件包含彼此配合的震源控制元件和拖缆控制元件。
12.根据权利要求I所述的方法，其中该展布控制元件包含彼此配合的至少两个船控制兀件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中该至少两个船控制元件中的一个与第一艘船相关联，并且该至少两个船控制元件中的另一个与第二艘船相关联。
14.根据权利要求I所述的方法，其中使用展布模型来提供该组期望的坐标位置，并且所述方法还包含 使用该残差来估计该展布模型的一个或多个参数；以及 将该参数反馈到该展布模型中。
15.一种方法，包含 协调选自如下的至少两个元件的定位船控制元件、震源控制元件以及拖缆控制元件；以及 向所协调的元件发出定位命令。
16.根据权利要求15所述的方法，其中协调至少两个元件的定位的步骤包含 提供该至少两个元件的一组期望的坐标位置，其中该组期望的坐标位置由选自如下的一种或多种数据类型来提供来自与该至少两个元件相关联的传感器的操作状态、用于测量的环境数据以及测量设计数据； 独立地测量该至少两个元件的一组实际的坐标位置； 计算该组期望的坐标位置与该组实际的坐标位置之间的差以形成残差；以及 使用该残差作为一个或多个控制器中的设置点来计算用于该至少两个元件的驱动命令。
17.根据权利要求15所述的方法，其中该至少两个元件包含彼此配合的一个或多个震源控制元件和一个或多个船控制元件。
18.根据权利要求15所述的方法，其中该至少两个元件包含彼此配合的一个或多个拖缆控制元件和一个或多个船控制元件。
19.根据权利要求15所述的方法，其中该至少两个元件包含彼此配合的一个或多个拖缆控制元件和一个或多个震源控制元件。
20.根据权利要求15所述的方法，其中该至少两个元件包含彼此配合的一个或多个船控制元件、一个或多个震源控制元件和一个或多个拖缆控制元件。
21.一种方法，包含 提供具有一艘或多艘船和一个或多个展布控制元件的地震测量展布，其中该展布控制元件包含至少两个船控制元件；以及 通过协调该至少两个船控制元件的定位来控制该地震测量展布。
22.根据权利要求20所述的方法，其中该船控制元件中的一个与第一艘船相关联，并且该船控制元件中的另一个与第二艘船相关联。
全文摘要
本发明的方法提供在进行地震测量时对地震测量展布的控制，该展布有船、多个展布控制元件、多个航行节点以及多个震源和接收器。该方法包括收集输入数据的步骤，输入数据包括航行节点的航行数据，伴随展布控制元件的传感器所产生的操作状态数据、测量环境数据以及测量设计数据。震源和接收器的位置是使用航行数据、操作状态以及环境数据估计出来的。使用位置估计和至少包括测量数据的一部分输入数据确定震源和接收器的最佳迹线。使用所确定的最佳迹线计算用于至少两个展布控制元件的驱动命令。本发明的方法由发明的系统实现。
文档编号G01V1/38GK102662192SQ201210165750
公开日2012年9月12日 申请日期2004年3月17日 优先权日2004年3月17日
发明者比德·泰勒, 肯·维尔克尔 申请人:维斯特恩格科地震控股有限公司