一种节点地震仪器精准定位方法

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是一种节点地震仪器精准定位方法。

背景技术

随着油气勘探与开发的不断深入，物探施工正面临着越来越复杂的地表条件，节点地震仪器作为一种无线的、自主采集的物探仪器，一定程度上解决了该难题。节点仪器在野外布设完成后开机，内置的GPS模组完成搜星后，节点仪器即开始数据采集工作。节点仪器开始数据采集后，会实时记录其坐标信息，并存储于节点仪器内。利用专用的手机APP，通过蓝牙通讯，可以将存储于节点仪器内部的数据读取，并通过4G/5G网络发送回基地。节点地震仪器在野外采集时，其内置的GPS模组实时记录坐标信息，但受限于民用GPS的精度和野外复杂的环境干扰，导致节点仪器所采集到GPS坐标呈散点状，但是，对节点仪器进行质控时，需要得到唯一的、准确的节点仪器在野外布设的位置。

中国申请号CN202011201851.4公开了一种陆上无线节点地震仪器桩号匹配方法及装置，它首先将坐标数据从大地坐标系转换至平面直角坐标系；然后依次计算所有坐标的几何中心点CenterPt、每个点与中心点的距离dist_i、每个点与中心点的平均距离mean_dist，如果dist_imean_dist，则标记为0，然后依据标记为1的点，求出新的几何中心点newCenterPt；新的几何中心点与上一几何中心点比较，若大于设定的阈值，则重复以上步骤，直到新的几何中心点与上一几何中心点的距离小于设定的阈值，则结束。该方法虽然也能得到唯一的、准确的节点仪器在野外布设的位置，但是该方法存在以下缺点：

(1)读取到数据后，未做数据清洗，导致基础数据偏差过大。对于空值、0值和明显偏差较大的定位数据，未对其进行剔除，导致后续的运算迭代次数过多，影响了后续的运算速度和精度；

(2)这种算法对于密集程度较低的孤立点过于敏感，且需要额外设置阈值参数，导致计算精度低、运算效率低和需要人为干预等因素；

(3)由于这种算法直接将大地坐标系转换成了直角坐标系，然后求取的是直角坐标系的几何中心点，不如在原大地坐标系下求取地理中心点精度高，影响了最终的定位精度。

基于上述原因，亟待开发一种新型的节点仪器精准定位方法，来提高节点仪器在野外采集时的定位精度和运算效率。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种节点地震仪器精准定位方法，以提高节点仪器在野外采集时的定位精度和运算效率。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种节点地震仪器精准定位方法，包括以下步骤：

(1)读取节点地震仪器的定位数据，并对其进行预处理和数据清洗，得到节点地震仪器的定位数据集；

(2)在节点地震仪器的定位数据集中检测任意一个未标记的节点地震仪器坐标点的邻域内的节点地震仪器坐标点，得到离群点和核心点，所有离群点组成离群点集，所有核心点组成核心点集；搜索核心点集，直至所有的节点地震仪器坐标点都被搜索标记过；

(3)将离群点集合从节点地震仪器定位数据集中剔除，得到新的对象集合，并计算节点地震仪器的地理中心点。

进一步地，所述步骤(1)中，预处理和数据清洗具体为：读取节点地震仪器定位数据后，截取放炮时间段内的定位数据，对该段数据按时间平均抽取1/10，清除异常值和空值，将经度、纬度、设备号整理为适用于后续计算的格式。

进一步地，所述步骤(2)具体包括：

1)将定位数据集中的所有定位数据从大地坐标转换为平面直角坐标；

2)设置邻域半径Eps和阈值minPts；

3)创建空集合L和M；

4)在定位数据集中选择任意一个未标记过的节点地震仪器坐标点，并将其标记为已搜索；

5)在半径为5的范围内，搜索该未标记过的节点地震仪器坐标点邻域内的节点地震仪器坐标点；若范围内节点地震仪器坐标点的数量小于minPts，则将该点标记为离群点，并将其加入集合L；若范围内节点地震仪器坐标点的数量不小于minPts，则将该点标记为核心点，将该点邻域内的所有坐标点加入集合M；

6)在集合M中，选择一个任意未标记过的节点地震仪器坐标点，并将其标记为已搜索；

7)在半径为5的范围内，搜索该未标记过的节点地震仪器坐标点邻域内的节点仪器坐标点；若范围内节点地震仪器坐标点的数量小于minPts，则将该点标记为离群点，并将其加入集合L；若范围内节点地震仪器坐标点的数量不小于minPts，则将该点标记为核心点，将该点邻域内的所有节点地震仪器坐标点加入集合M，直至所有节点地震仪器坐标点都被标记过。

进一步地，所述步骤(3)中，计算节点地震仪器的地理中心点具体包括：

1)将平面直角坐标转换为大地坐标；

2)将大地坐标的经度和纬度转换为弧度，然后进一步转换为坐标系中的位置，得到横坐标、纵坐标和竖坐标；累加每个节点地震仪器的横坐标、纵坐标和竖坐标，除以坐标总数，计算出横坐标、纵坐标和竖坐标的平均值；将横坐标、纵坐标和竖坐标再转换为经度和纬度，得到节点地震仪器的精准经纬度坐标。

优选地，所述邻域半径Eps设置为5，阈值minPts设置为定位数据集中所有定位数据量的1％。

与现有技术相比，本发明在读取到坐标数据后，先做数据清洗，将非正常值剔除，减少后续的运算，提高运算效率；进一步地，本发明采用改进的聚类的离群点检测算法，降低孤立点对初始中心点的影响，不再需要设置阈值，提高整体的运算效率和定位精度；最后在大地坐标系下求取节点地震仪器的精准经纬度坐标，提高其定位精度；综述，本发明可以提高节点仪器在野外采集时的定位精度和运算效率。

附图说明

图1为本发明的节点地震仪器精准定位流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1所示，本实施例具体公开了一种节点地震仪器精准定位方法，具体定位过程如下：

首先，使用手机APP读取节点地震仪器的定位数据，并将数据通过网络发送至服务器，服务器对其进行预处理和数据清洗，本实施例中预处理和数据清洗采用的方式为：读取节点地震仪器定位数据后，截取放炮时间段内的定位数据，对该段数据按时间平均抽取1/10，清除异常值和空值，将经度、纬度、设备号整理为适用于后续计算的格式；得到节点地震仪器的定位数据集；数据清洗的目的是为了减少后续的运算，提高运算效率，需要说明的是，后续运算都是在服务器上进行的。

其次，服务器在节点地震仪器的定位数据集中检测任意一个未标记的节点地震仪器坐标点的邻域内的节点地震仪器坐标点，得到离群点和核心点，所有离群点组成离群点集，所有核心点组成核心点集；搜索核心点集，直至所有的节点地震仪器坐标点都被搜索标记过；

1)将定位数据集中的所有定位数据从大地坐标转换为平面直角坐标；

2)设置邻域半径Eps和阈值minPts，在实际使用过程中，为了保证后续的定位精度和效率，邻域半径Eps设置为5，阈值minPts设置为定位数据集中所有定位数据量的1％；

3)创建空集合L和M；

4)在定位数据集中选择任意一个未标记过的节点地震仪器坐标点P，并将其标记为已搜索；

5)在半径为5的范围内，搜索该未标记过的节点地震仪器坐标点P邻域内的节点地震仪器坐标点；若范围内节点地震仪器坐标点的数量小于minPts，则将该点标记为离群点，并将其加入集合L；若范围内节点地震仪器坐标点的数量不小于minPts，则将该点标记为核心点，将该点邻域内的所有坐标点加入集合M；

6)在集合M中，选择任意一个未标记过的节点地震仪器坐标点Q，并将其标记为已搜索；

7)在半径为5的范围内，搜索该未标记过的节点地震仪器坐标点Q邻域内的节点仪器坐标点；若范围内节点地震仪器坐标点的数量小于minPts，则将该点标记为离群点，并将其加入集合L；若范围内节点地震仪器坐标点的数量不小于minPts，则将该点标记为核心点，将该点邻域内的所有节点地震仪器坐标点加入集合M，直至所有节点地震仪器坐标点都被标记过。

然后，将离群点集合从节点地震仪器定位数据集中剔除，得到新的对象集合，并计算节点地震仪器的地理中心点，计算节点地震仪器的地理中心点具体包括：

1)将平面直角坐标转换为大地坐标；

2)将大地坐标的经度和纬度转换为弧度，然后进一步转换为坐标系中的位置，得到横坐标、纵坐标和竖坐标；累加每个节点地震仪器的横坐标、纵坐标和竖坐标，除以坐标总数，计算出横坐标、纵坐标和竖坐标的平均值；将横坐标、纵坐标和竖坐标再转换为经度和纬度，得到节点地震仪器的精准经纬度坐标。在大地坐标系下求取节点地震仪器的精准经纬度坐标，提高其定位精度。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。