专利名称：基于地理信息的三维地震勘探采集观测系统自动避障优化设计技术的制作方法
技术领域：
本发明提出一种在复杂地表条件下基于地理信息的三维地震勘探采集观测系统自动避障优化设计技术。
背景技术：
传统的地震资料采集观测系统计算机模拟设计技术，是以设计拟定的观测系统模板按给定的起始基准点有序地滚动布设，同时完成观测系统模板采集属性分析数据的计算；或者是编辑和定义生成SPS文档，按照激发点和观测系统模板一一对应的关系进行模拟采集效果计算。无论采用哪种方式，当考虑地表障碍物的影响时，不同类型禁区内激发和接收物理点的缺少，都会影响到CMP采集属性的完整性。而不完整的采集属性是通过模拟采集计算的最终结果进行分析判断的，CMP不完整的采集属性是在标示的地表障碍物一定范围外进行人工调整来弥补。在地表条件复杂的情况下，这种传统的现场模拟采集设计方法难度大，难以达到较为理想的采集效果。国内目前普遍应用的地震资料采集辅助设计商品化软件系统主要有“绿山”、 Omni.Klseis等地震资料采集设计分析软件。前两种软件是引进软件，Klseis是国产软件。“绿山”软件系统，是斯伦贝谢公司专门设计的地震资料采集设计系统，有较强的设计分析功能，尤其在模型正演、射线追踪、近地表分析及静校正、三维地震采集观测模拟设计等方面独具特色。Omni是加拿大SIS公司研发的地震资料采集设计分析系统，具有模型正演、炮检布设、组合分析、静校正分析、地震采集观测模拟设计等功能。OMNI 4.0软件系统可以完成 2D、3D和VSP观测系统的设计，以及利用所设计的观测系统在地质模型上做响应分析KLSeis系统是东方地球物理公司研发的地震资料采集设计分析系统，具有频率分析、时频分析、频时分析、信噪比分析等较强的分析功能，同时也具有以模型正演为基础的观测系统设计方法。综观上述国内外地震资料采集设计技术发展现状，可以发现1、主要考虑地下地质情况，极少考虑具体的地表地震地质条件；2、强调观测系统参数的均一性，而忽略了因为地表障碍等引起的易变性；3、在观测系统设计中缺乏3S技术与地震勘探采集观测结合应用；4、避障炮点仍需人工调整，设计观测系统费时费力。随着油气勘探开发的深入，国内外地震勘探采集区域已经转向地表条件愈加复杂、施工难度渐趋增大的地区。同时，地质学家对地震资料采集质量的需求越来越高。这些因素使得在三维地震资料采集中，传统的地震采集观测系统设计模拟方法已不能满足需要。国内外地球物理勘探公司都把研究开发、建立现场采集观测系统优化设计技术，作为提高复杂地表、地质条件地震采集资料品质的关键技术发展。在地震采集观测设计中，卫星遥感影像数据和地理信息技术等方面的应用研究得到了重视和不断加强，但至今在应用技术和方法上没有取得突破，只限于地形地物的标识显示。随着3S技术，即GPS定位技术、卫星遥感技术(旧)和地理信息系统(GIQ技术的发展，目前已经具备为地震勘探施工提供任意地区高精度地面模型数据的能力，怎样根据提供的高精度地面模型数据实现目标区域采集观测优化设计，是从传统的人机对话模拟方法到计算机自动优化设计方法上的技术创新。对于基于地理信息的三维地震勘探采集观测系统自动避障优化设计技术，目前尚未见到报道。其技术具有新颖性和适用性，应用卫星遥感技术、地理信息技术和全球定位技术，实现计算机自动优化采集观测系统设计，分析、论证和指导地震勘探资料采集全程。
发明内容
本发明实现一种以卫星照片、地形图、GPS测量等地理信息为基础，针对公路、城镇、河流湖泊等复杂地表地区进行现场采集观测系统设计的新技术和新方法，建立以3S技术为基础，以复杂地表为对象，以自动避障优化设计为主线的三维地震资料采集观测系统自动避障优化设计技术。1、基本原理传统的三维地震勘探现场模拟采集设计方法，只是简单地把观测系统的采集观测原理转换为一种几何数学模型，根据激发-反射-接收的几何数学关系计算获得CMP相关采集属性数据，由设计人员分析采集效果，三维勘探采集设计建立在已知勘探物理点的基础上。把采集目标、观测系统、卫星遥感影像数据和地理信息作为相对独立的运算单元，忽略了在地表障碍物限制的条件下各种采集观测技术参数和地理信息采集属性数据的分析应用。本发明在保留原有的几何数学模型的基础上，根据现代数学中集合分类的概念与逻辑学中概念划分的方法，按照事物的属性来区分对象，使同一类的对象具有相同的属性， 不同类的对象具有不同的属性。而各种对象都可以看作集合或集合中的元素，用集合语言可以明了地表述数学概念，准确、简捷地进行数学推理和逻辑运算。在本发明中，以数学集合理论方法定义和划分三个主要对象①地理信息②勘探采集观测系统③共中心点CMP建立这三个对象与勘探采集目标数据体的关系及对象间的联系①地理信息在采集目标区域中的空间位置和影响勘探采集施工的属性；②观测系统模板中个体物理点在采集目标区域中的空间位置和当前所在地表地理信息的属性；③共中心点CMP在采集目标区域中的空间位置，共中心点CMP在观测系统模板中的固有采集属性。(1)地理信息定义地理信息包括空间分布位置信息、地理属性信息、拓扑空间关系信息。基于地理信息地震勘探采集观测自动避障优化设计技术，主要考虑地理信息的空间分布位置信息、地理属性信息。对影响和限制地震勘探有关的地理信息进行科学的属性分类和定义，赋予基础地理信息相应的勘探属性值。
按照GB/T 13923-2006《基础地理信息要素分类与代码》及地震勘探实际将基础地理信息数据分为交通、建筑、水系、电力、通讯及其他独立地物等6大类，共27种基本地物， 包括河流、湖泊、水库、鱼池、提坝、库坝、水井、水间、桥梁、公路、铁路、烟 、高楼、房屋、矿井、管道、电线、高压电铁塔、电站、电缆、光缆、中继站、文物保护区、自然保护区、军事禁区、 城镇区、城内绿地、组合区、避高区等，可根据实际应用的需要增补新的基本地物种类。勘探地理属性是地震勘探施工中，地表地物实体对勘探物理点布设的影响和限制因素，包括勘探属性和避障距离。勘探属性禁炮区、禁接收区、双禁区域、可激发区域、避高区域。避障距离避障距离1、避障距离2、避障距离3。勘探地理属性中的避障距离定义以各勘探区域的“地震勘探避开障碍物距离”技术标准为基准。地理信息矢量化数据依据其属性值定义形成27类集合——点集，为地表地物点、 线、面之间的空间分布位置关系和勘探地理属性提供数学描述方法。定义GIS为地理信息集合，其包含所有地表地物点、线、面地理信息矢量和属性数据。定义Point G GIS、Line ^ GIS, Quad。GIS三个GIS的真子集，分别包含点、线、面地
理信息矢量和属性数据。把具体的某一地表地物定义为单一子集，点类子集P、线类子集L、面域类子集QQ， 如一条公路或一个建筑物L= {交通，公路，物名，属性，…，(xl，yl)…(xn，yn)}，η e N+;L e Line，且 L e GISQQ = {建筑，房屋，物名，属性，…，(xl，yl)…(xn，yn)}，η e N+;QQ e Quad，且 QQ e GIS单一完整的勘探地理信息集合数据为{〃地物分类名〃，“地物名称〃，“物名〃，避障距离1，避障距离2，避障距离 3，图示类别，显示颜色，勘探属性，(xl，yl)…(χη,γη)}其中勘探属性值为1-禁炮区；2-禁接收区；3-双禁区域；4-可布设区域；5-避高区域。创建的一系列地理信息集合数据结构，不仅可以用来表示数及其运算，更可以用来表示和处理地理信息中非数值信息。数据的增加、删除、修改、排序以及数据间关系的描述等这些很难用传统的数值计算操作，可以很方便地用集合运算来处理。为计算机基于地理信息的地震采集观测设计提供了可行的技术和方法。(2)勘探采集观测系统定义勘探采集观测系统是在空间平面上具有固定位置关系的一系列接收点和激发点组成的阵列，把观测系统作为一个对象，定义成抽象数据类型，这个数据类型是它的一系列固有属性组成的，如
图1所示。定义有限集合System= {激发点数，接收线数、道间距，炮点距，...·}System集合中元素为激发点数、接收线数、接收线道数、道间距、接收线距、炮点距、炮线距、炮线组数、炮线组间距、偏移距、Sl-Rl间距、Sn-Rn间距、缺口道数、小号排列道数。其中Sl-Rl间距为观测系统第一炮点与第一排列线垂直距离，Sn-foi间距为观测系统最大号炮点与最大号排列线垂直距离。当观测系统模板以采集目标为基准，按照采集施工技术参数要求部署设计激发点时，一旦确定观测系统模板中第一个激发点空间位置坐标(xs，ys)后，根据集合System中的属性值计算获得对应观测系统模板的所有接收点空间位置坐标yr)由(\，yr) e或 □ GIS;(xs,ys) e或DGIS，进行相应空间位置的勘探地理属性分析，确定该物理点的“采集属性”，可布设或不可布设，实现基于勘探地理信息的可可布设接收点和激发点集合类数据结构的定义接收点集合S_R = {(采集属性rl，Xrl, yrl)…(采集属性rn，xrn, yrn)}，η e N+激发点集合S_S = {(采集属性sl，Xsl, ysl)…(采集属性sm，xsm，ysm)}，m e N+一旦定义完成，就可根据S_R、S_S中每个元素的采集属性，确定接收点和激发点元素的分类。(3)共中心点CMP定义每个共中心点CMP具有空间位置坐标、覆盖次数、炮检距分布和炮检方位角分布四个属性。根据地震观测激发——接收的原理，在进行地震采集观测时，激发点激发——反射——接收对应的一系列CMP点属性是随观测系统模板的移动而变化的，其属性的变化受到观测系统激发时的地理位置和勘探地理属性的制约和影响，图2显示了共中心点CMP与炮、检点的空间位置关系。激发点Si (i = 1、2…m)激发-反射-接收对应S_R中每个元素可计算定义m个 S_CMP集合的子集。对激发点(xsi, ysi) e S_S，1彡i彡m，则有F((x, y))是S_R到共中心点集合S_ CMPi的映射，且F((x，y))为双映射，F((x，y))为χ = xEJ+(xSi-xEJ)/2, (i, j e N+)........................ (1)y = yEJ+(ySi-yEj)/2, (i，j e N.)........................(2)即F((x，y)) :S_R — SJMPi，那么m个S_CMP集合的子集具有
权利要求
1.基于地理信息的三维地震勘探采集观测系统自动避障优化设计技术，其特征采用以下步骤实现(1)首先建立适合地震勘探采集设计分析应用的地理信息集合数据结构，完成地理信息勘探属性的分类和定义。(2)其次根据地理信息的勘探属性和避障属性值自动扩展生成点、线、面地物禁炮区域，以及无避障属性地物的禁接收区域、可激发区域、避高区域，建立准确的地表勘探地理信息矢量化数字模型。(3)然后进行拟定的理论观测系统采集覆盖周期内各CMP固有采集属性统计计算，包括覆盖次数、炮检距分布、炮检方位分布、纵向炮检距分布和非纵距分布。(4)完成排列随调整激发点同向移动、不移动和反向移动采集观测方式任意激发点与排列对应关系自动定义。(5)以拟定的理论观测系统固有采集属性为基准；以建立的地表勘探地理信息矢量化数字模型为基础；以勘探目标为主体完成所有可布设勘探物理点的采集属性分析、与CMP 固有采集属性吻合度分析，进行勘探采集观测系统自动避障优化设计，实现①基于地理信息的采集观测系统自动避障优化设计；②基于已知可用激发点空间坐标的采集观测系统自动优化设计；③基于地理信息的跨束非纵采集观测系统自动避障优化设计；④基于地理信息或基于已知可用激发点空间坐标的本束横向对称偏移激发点采集观测系统自动优化设计；⑤基于地理信息或基于已知可用激发点空间坐标的挂炮线采集观测系统自动优化设计。(6)局部大障碍区目标采集观测系统定义及目标采集观测系统与束状采集观测系统衔接采集观测模拟分析计算。
全文摘要
基于地理信息的三维地震勘探采集观测系统自动避障优化设计技术是一种以卫星遥感(RS)、全球定位(GPS)及地理信息系统(GIS)技术为基础，以复杂地表为对象，以自动避障优化设计为主线的采集观测系统自动避障优化设计技术。根据已定的采集观测系统参数，以其CMP固有采集属性为标准，对采集观测物理点进行优化选择，模拟接近真实地表条件的采集观测效果。形成了勘探地理信息集合数据结构定义及建立方法，地表地物禁炮、禁接收区自动生成技术，基于地理信息的观测系统自动避障优化设计，三维跨束非纵优化设计，已知激发点观测系统优化设计等技术。
文档编号G01V1/24GK102236103SQ20101016500
公开日2011年11月9日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者杨世奇 申请人:杨世奇