海洋节点空间定位数据处理方法和装置

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种海洋节点空间定位数据处理方法和装置。

背景技术

随着国际上海洋节点(Ocean Bottom Node，OBN)地震勘探业务的不断发展，配套的导航软硬件新方法、新装备层出不穷，而国内在这一领域仍处于初步应用阶段，核心软硬件研发很大程度上依赖于西方公司。随着海洋地震勘探业务的不断拓展，海底节点地震采集成为海洋勘探业务的重要组成部分，核心技术的不到位会在很大程度上影响公司在OBN勘探市场中的核心竞争力。

在海洋节点地震勘探的激发点激发过程中，采集记录的原始数据当中，激发时刻瞬时坐标和深度信息都是未经过严密计算的，这样得到的原始数据并不能完全准确的反映激发过程中导航成果，不能精确定位枪阵中心点坐标。

发明内容

本发明实施例提供一种海洋节点空间定位数据处理方法，可以获取枪阵中心点的精确位置，该方法包括：

获取导航设备的位置信息和枪阵结构；

根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标；

根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型；

根据导航设备采集数据、枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标。

本发明实施例还提供一种海洋节点空间定位数据处理装置，包括：

数据获取模块，用于获取导航设备的位置信息和枪阵结构；

导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标确定模块，用于根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标；

激发点处理模型建立模块，用于根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型；

最终枪阵中心点坐标确定模块，用于根据导航设备采集数据、枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述海洋节点空间定位数据处理方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行实现上述海洋节点空间定位数据处理方法的计算机程序。

本发明是实施例提供的一种海洋节点空间定位数据处理方法和装置，通过获取导航设备的位置信息，结合船体坐标和导航设备采集数据建立了激发点处理模型，通过激发点处理模型，结合枪阵结构和导航设备采集数据，可以精确定位最终枪阵中心点坐标。本发明实施例通过对导航设备进行质量控制，将导航设备位置信息和采集数据进行准实时建模，通过精确定位枪阵中心点能够有效提高震源船激发点位的准确性，提高海洋节点勘探采集施工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理方法示意图。

图2为本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理方法的震源船导航设备和几何节点示意图。

图3为本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理方法激发点定位数据处理流程图。

图4为本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，其中涉及的专业术语主要有：OBN(Ocean Bottom Node，海洋节点)、VPR(Vessel Reference Point，船参考点)、DGPS(Differential Global PositionSystem，差分定位)、RGPS(Relative Global Position System，相对定位)、Gyro(电罗经)、RPOD(Relative Pod相对定位尾标)、GCP(Gun Center Point，枪阵中心点)；上述涉及的专业术语，本领域技术人员在实施时还可以根据需要进行一定形式的修改和翻译，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

如图1发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理方法示意图所示，本发明实施例提供一种海洋节点空间定位数据处理方法，可以获取枪阵中心点的精确位置，该方法包括：

步骤101：获取导航设备的位置信息和枪阵结构；

步骤102：根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标；

步骤103：根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型；

步骤104：根据导航设备采集数据、枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标。

本发明是实施例提供的一种海洋节点空间定位数据处理方法，通过获取导航设备的位置信息，结合船体坐标和导航设备采集数据建立了激发点处理模型，通过激发点处理模型，结合枪阵结构和导航设备采集数据，可以精确定位最终枪阵中心点坐标。本发明实施例通过对导航设备进行质量控制，将导航设备位置信息和采集数据进行准实时建模，通过精确定位枪阵中心点能够有效提高震源船激发点位的准确性，提高海洋节点勘探采集施工效率。

在具体实施时，前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法，可以包括：获取导航设备的位置信息和枪阵结构；根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标；根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型；根据导航设备采集数据、枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，所述导航设备至少包括：差分定位系统DGPS，相对定位系统RGPS，电罗经系统Gyro，尾标RPOD；

根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标，包括：

根据DGPS的位置信息，确定DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标；

根据RGPS的位置信息，确定相RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标。

在实施例中，OBN激发点采集过程中常用的导航设备包括DGPS、RGPS、Echosounder、Gyro等。这些设备在项目开始之前，被安装在船体固定位置处，且在整个项目运作过程当中都不会发生改变。通过精确测量，获得相对于船参考点(Vessel ReferencePoint---VRP)的相对坐标，依据这些设备采集的数据通过质量控制，同时结合船体坐标系、导航设备安装位置等信息，建立激发点处理数学模型，求取更为准确的激发点坐标和水深信息等。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，根据DGPS的位置信息，确定DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标你，可以包括：

根将DGPS的坐标格式转换为平面网格坐标；

在平面网格坐标下根据DGPS的位置信息，确定DGPS瞬时网格坐标；

根据DGPS瞬时网格坐标和船参考点VPR，确定DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型，可以包括：

根据DGPS瞬时网格坐标、Gyro的采集数据、DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标和RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标，确定RGPS的瞬时位置；

根据RGPS的瞬时位置和RPOD的采集数据，确定RPOD的格网坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，根据DGPS瞬时网格坐标、Gyro的采集数据、DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标和RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标，确定RGPS的瞬时位置，可以包括：

在船体坐标系中，根据DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标和RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标，确定RGPS相对于DGPS的相对坐标；

根据RGPS相对于DGPS的相对坐标，确定RGPS与DGPS平面距离；

通过相对偏移确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的夹角；

根据DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的夹角和Gyro的采集数据，确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角；

根据DGPS瞬时网格坐标、RGPS与DGPS平面距离和DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角，确定RGPS的瞬时位置。

DGPS是整个船体坐标系的位置起算基准，其他导航设备节点位置信息都可以由DGPS以及其相对位置信息推导出来。Gyro可随时测得真北方位θ

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定RGPS相对于DGPS的相对坐标：

Δx

Δy

Δh

其中，DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标为(Δx

前述提到的确定RGPS相对于DGPS的相对坐标的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定RGPS与DGPS平面距离：

其中，Δx

前述提到的确定RGPS与DGPS平面距离的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角：

其中，α

前述提到的确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定RGPS的瞬时位置：

x

y

h

其中，x

前述提到的确定RGPS的瞬时位置的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定RPOD的格网坐标：

x

y

h

其中，θ

RGPS到每个RPOD之间，瞬时观测量有三个，分别是Range、Bearing、Height，假设某一历元时刻，某一RPOD观测值为(θ

前述提到的确定RPOD的格网坐标的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，根据导航设备采集数据，枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标，可以包括：

根据Gyro的采集数据、RPOD的格网坐标和枪阵结构，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点；

将多个RPOD对应的枪阵中心点取算数平均值，确定为最终枪阵中心点坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，根据Gyro的采集数据、RPOD的格网坐标和枪阵结构，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点，可以包括：

根据RPOD的格网坐标和枪阵结构，确定RPOD相对于枪阵中心点的相对位移；

根据RPOD的格网坐标和RPOD相对于枪阵中心点的相对位移，确定RPOD在船体坐标系下的方位角和平面距离；

根据RPOD在船体坐标系下的方位角和Gyro的采集数据，确定RPOD在船体坐标系下的对应方位角；

根据RPOD的格网坐标、RPOD在船体坐标系下的对应方位角和RPOD在船体坐标系下的平面距离，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定RPOD在船体坐标系下的对应方位角：

其中，α

前述提到的确定RPOD在船体坐标系下的对应方位角的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点：

x

y

h

其中，α

前述提到的确定每一个RPOD对应的枪阵中心点的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理方法时，一个实施例中，可以按如下方式，将多个RPOD对应的枪阵中心点取算数平均值，确定为最终枪阵中心点坐标：

其中，x

前述提到的将多个RPOD对应的枪阵中心点取算数平均值，确定为最终枪阵中心点坐标的表达式和符号为举例说明，本领域技术人员可以理解，在实施时还可以根据需要对上述公式进行一定形式的变形和添加其它的参数或数据，或者提供其它的具体公式，这些变化例均应落入本发明的保护范围。

如图2本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理方法的震源船导航设备和几何节点示意图和图3本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理方法激发点定位数据处理流程图所示，根据船体和枪阵上安装的导航设备以及虚拟几何节点，建立基于船体坐标系的几何结构信息。根据各导航设备的输出数据，结合图2，DGPS设备可获取准确的点位三维信息，结合船体坐标系中相对于VRP的偏移以及电罗经Gyro真北方位，利用RGPS基站相对于VRP的偏移，可以最终求得RGPS的准确点位信息；结合RPOD实时的方位、距离、高差观测值，可实时解得RPOD的点位信息；通过获取枪阵上多个RPOD的点位信息，以及枪阵的几何结构，可最终求得枪阵中心的点位信息。综上所述：海洋节点空间定位数据处理方法，可以将震源船导航设备产生的原始数据，结合船体坐标系，最终获取枪阵中心最终的位置，有效提高震源船激发点位的准确性，提高海洋节点勘探采集施工效率。

在具体实施时，实现上述的一种海洋节点空间定位数据处理方法，必须具备有差分定位系统DGPS，测深仪系统Echosounder，相对定位系统RGPS及尾标RPOD，电罗经系统Gyro，同时要求各导航设备安装在船体和枪阵固定位置，结合船体坐标系建立固定的几何结构。DGPS输出天线安装位置的空间坐标，DGPS相对于船参考点VRP有具体偏移，为了获取RGPS基站的空间坐标，需要结合船体坐标系以及罗经Gyro方位，将RGPS基站的空间坐标通过前述数学模型计算得到；获取的RGPS基站空间坐标信息，结合各个RPOD的距离、方位、高差观测值，通过前述数学模型，可解得各个RPOD的空间坐标信息。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述海洋节点空间定位数据处理方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行实现上述海洋节点空间定位数据处理方法的计算机程序。

本发明实施例中还提供了一种海洋节点空间定位数据处理装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与一种海洋节点空间定位数据处理方法相似，因此该装置的实施可以参见一种海洋节点空间定位数据处理方法的实施，重复之处不再赘述。

如图4本发明实施例一种海洋节点空间定位数据处理装置示意图所示，本发明实施例还提供一种海洋节点空间定位数据处理装置，包括：

数据获取模块401，用于获取导航设备的位置信息和枪阵结构；

导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标确定模块402，用于根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标；

激发点处理模型建立模块403，用于根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型；

最终枪阵中心点坐标确定模块404，用于根据导航设备采集数据、枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，所述导航设备至少包括：差分定位系统DGPS，相对定位系统RGPS，电罗经系统Gyro，尾标RPOD；

根据导航设备的位置信息，确定导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标，包括：

根据DGPS的位置信息，确定DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标；

根据RGPS的位置信息，确定相RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，根据DGPS的位置信息，确定DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标你，包括：

根将DGPS的坐标格式转换为平面网格坐标；

在平面网格坐标下根据DGPS的位置信息，确定DGPS瞬时网格坐标；

根据DGPS瞬时网格坐标和船参考点VPR，确定DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，根据导航设备相对于船参考点VPR的相对坐标、船体坐标系和导航设备采集数据，建立激发点处理模型，包括：

根据DGPS瞬时网格坐标、Gyro的采集数据、DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标和RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标，确定RGPS的瞬时位置；

根据RGPS的瞬时位置和RPOD的采集数据，确定RPOD的格网坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，根据DGPS瞬时网格坐标、Gyro的采集数据、DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标和RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标，确定RGPS的瞬时位置，包括：

在船体坐标系中，根据DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标和RGPS相对于船参考点VPR的相对坐标，确定RGPS相对于DGPS的相对坐标；

根据RGPS相对于DGPS的相对坐标，确定RGPS与DGPS平面距离；

通过相对偏移确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的夹角；

根据DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的夹角和Gyro的采集数据，确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角；

根据DGPS瞬时网格坐标、RGPS与DGPS平面距离和DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角，确定RGPS的瞬时位置。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定RGPS相对于DGPS的相对坐标：

Δx

Δy

Δh

其中，DGPS相对于船参考点VPR的相对坐标为(Δx

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定RGPS与DGPS平面距离：

其中，Δx

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定DGPS和RGPS之间在船体坐标系下的方位角：

其中，α

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定RGPS的瞬时位置：

x

y

h

其中，x

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定RPOD的格网坐标：

x

y

h

其中，θ

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，根据导航设备采集数据，枪阵结构和激发点处理模型，确定最终枪阵中心点坐标，包括：

根据Gyro的采集数据、RPOD的格网坐标和枪阵结构，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点；

将多个RPOD对应的枪阵中心点取算数平均值，确定为最终枪阵中心点坐标。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，根据Gyro的采集数据、RPOD的格网坐标和枪阵结构，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点，包括：

根据RPOD的格网坐标和枪阵结构，确定RPOD相对于枪阵中心点的相对位移；

根据RPOD的格网坐标和RPOD相对于枪阵中心点的相对位移，确定RPOD在船体坐标系下的方位角和平面距离；

根据RPOD在船体坐标系下的方位角和Gyro的采集数据，确定RPOD在船体坐标系下的对应方位角；

根据RPOD的格网坐标、RPOD在船体坐标系下的对应方位角和RPOD在船体坐标系下的平面距离，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点。

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定RPOD在船体坐标系下的对应方位角：

其中，α

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，确定每一个RPOD对应的枪阵中心点：

x

y

h

其中，α

在具体实施前述的一种海洋节点空间定位数据处理装置时，一个实施例中，按如下方式，将多个RPOD对应的枪阵中心点取算数平均值，确定为最终枪阵中心点坐标：

其中，x

综上，本发明是实施例提供的一种海洋节点空间定位数据处理方法和装置，通过获取导航设备的位置信息，结合船体坐标和导航设备采集数据建立了激发点处理模型，通过激发点处理模型，结合枪阵结构和导航设备采集数据，可以精确定位最终枪阵中心点坐标。本发明实施例通过对导航设备进行质量控制，将导航设备位置信息和采集数据进行准实时建模，通过精确定位枪阵中心点能够有效提高震源船激发点位的准确性，提高海洋节点勘探采集施工效率。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。