復(fù)雜地區(qū)地震勘探三維觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

復(fù)雜地區(qū)地震勘探三維觀(guān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0特觀(guān)設(shè)計(jì)方案三維地震勘探是在復(fù)雜地區(qū)開(kāi)展三維地震勘探的方法，因此可以獲得良好的勘探效果。到目前為止，還沒(méi)有成熟的方法可以遵循。為此，我們?cè)诙啻尾蓞^(qū)地震勘探項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，針對(duì)這一技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，并找到一種適于復(fù)雜地區(qū)的，操作方便、技術(shù)可行的三維特殊觀(guān)測(cè)系統(tǒng)（后簡(jiǎn)稱(chēng)特觀(guān)）人機(jī)交互設(shè)計(jì)方法，形成了三維特觀(guān)設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)—3DTGSJ。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可以有效地解決以往復(fù)雜地區(qū)三維特觀(guān)設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的以下三個(gè)方面的問(wèn)題：（1）覆蓋次數(shù)不均勻的問(wèn)題；（2）激發(fā)點(diǎn)冗余造成的成本浪費(fèi)問(wèn)題；（3）與常規(guī)設(shè)計(jì)接口的問(wèn)題。系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思路是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模擬三維特觀(guān)地震勘探施工過(guò)程，從而得到合理的施工方案。13信息管理部分3DTGSJ由圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的建立、三維特觀(guān)設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)證、施工匯總、數(shù)據(jù)管理等五部分組成。各部分既相對(duì)獨(dú)立、又相互聯(lián)系，見(jiàn)圖1。數(shù)據(jù)管理部分將其他四部分形成的數(shù)據(jù)有機(jī)組合、分解、管理，并能夠生成各環(huán)節(jié)中所需要的各種數(shù)據(jù)（包括圖形數(shù)據(jù)）。五個(gè)部分以三維特觀(guān)設(shè)計(jì)為核心，其包括大部分重點(diǎn)內(nèi)容的具體實(shí)現(xiàn)。建立圖形數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分。施工結(jié)果的驗(yàn)證和匯總是本課題的有機(jī)組成部分，因?yàn)槭┕ぶ锌倳?huì)因?yàn)橐巴馐┕l件的限制而臨時(shí)改變?cè)O(shè)計(jì)，改變后的設(shè)計(jì)能否符合要求，不合要求時(shí)需要哪些補(bǔ)救措施。2圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的建立(1）明確地形空間地形圖的制作質(zhì)量制約著后期設(shè)計(jì)的質(zhì)量，必須達(dá)到：（1）確保精確性。即要求地形地物完整，無(wú)丟失現(xiàn)象。（2）層次清晰。要求不同類(lèi)的地形存放于不同的圖層上，因?yàn)橛行┑匦蔚匚镫m然對(duì)施工可能有參照作用，但是對(duì)設(shè)計(jì)工作未必有用。存放于不同圖層，有利于設(shè)計(jì)人員根據(jù)情況關(guān)閉或打開(kāi)。（3）分辨率要高。要求地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)中圖形上相互重疊的地形地物使用色差較大顏色值加以區(qū)分，便于設(shè)計(jì)人員辨別。(2）實(shí)體的描述方法由于我們定義了帶屬性表的圖元為數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述圖形上的圖形實(shí)體，LISP語(yǔ)言又在實(shí)體描述方法上有獨(dú)到之處，該語(yǔ)言特有的表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特別適合于描述實(shí)體類(lèi)的數(shù)據(jù)。(3）數(shù)據(jù)庫(kù)的生成圖形數(shù)據(jù)庫(kù)的主要作用是方便設(shè)計(jì)，有了圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，在進(jìn)行特觀(guān)設(shè)計(jì)時(shí)，只要從圖形庫(kù)中提取包含施工區(qū)的圖紙，稍加修剪，就可在上面進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。圖形數(shù)據(jù)庫(kù)生成的方法，主要有三種：其一，利用測(cè)量人員最新得到的測(cè)量數(shù)據(jù)，形成圖形文件；其二，利用數(shù)字化儀讀入，形成矢量圖；其三，利用掃描儀掃入，矢量化為圖形文件。3炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)布設(shè)這是系統(tǒng)的核心組成部分。其功能綜述為：利用數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)在設(shè)計(jì)前提供的定標(biāo)后的數(shù)據(jù)，完成指定區(qū)域的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)布設(shè)工作，布設(shè)的結(jié)果要滿(mǎn)足地質(zhì)任務(wù)對(duì)覆蓋次數(shù)和覆蓋范圍的精確要求，最后將設(shè)計(jì)所確定的炮點(diǎn)及檢波點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)形成數(shù)據(jù)文件交給數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)統(tǒng)籌使用。根據(jù)對(duì)問(wèn)題的分析，將設(shè)計(jì)軟件分為如下七個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊。(1）內(nèi)部控制參數(shù)初始值本模塊完成整個(gè)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)賦初值工作。這些初始值包括最大炮檢距、偏移距、炮點(diǎn)上限、檢波點(diǎn)上限、勘探區(qū)邊界值、工區(qū)邊界值及與用戶(hù)無(wú)關(guān)的內(nèi)部控制參數(shù)的初始值等。其次，本模塊還完成設(shè)計(jì)底圖的初始化，即從數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中提取出包含施工區(qū)域的地形圖，并對(duì)它進(jìn)行裁剪、界定。(2）最大網(wǎng)格設(shè)計(jì)的要求本模塊功能是將界定的勘探區(qū)按照勘探任務(wù)對(duì)面元的要求，劃分為等大小的網(wǎng)格。為處理方便，一般設(shè)計(jì)為矩形網(wǎng)格。需要注意的是，在進(jìn)行網(wǎng)格化設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮區(qū)與勘探區(qū)內(nèi)其他部分的銜接問(wèn)題。(3）波點(diǎn)放置的限制本模塊根據(jù)網(wǎng)格后的結(jié)果，一次性或分若干次模擬檢波點(diǎn)的布設(shè)，模擬的過(guò)程中，系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別地形地物對(duì)檢波點(diǎn)放置的影響，還要受到檢波器上限數(shù)的制約。一般規(guī)則是：在可能的、符合條件的位置上盡量放置，除非受到檢波器上限數(shù)的制約；如需要布置的數(shù)目超過(guò)了檢波器上限數(shù)目，遵照均衡的原則進(jìn)行放置。在系統(tǒng)中，對(duì)如何達(dá)到次數(shù)均勻、方向均勻、距離均勻分別給出了相應(yīng)的算法；對(duì)于所放置檢波點(diǎn)，允許人為地進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。(4）．炮點(diǎn)和部位本模塊是三維特觀(guān)設(shè)計(jì)的中心環(huán)節(jié)。檢波點(diǎn)的布設(shè)有較強(qiáng)的規(guī)律性，而炮點(diǎn)的受制因素較多，如最大炮檢距、偏移距、成本所形成的炮點(diǎn)上限數(shù)、禁炮地形地物、覆蓋次數(shù)的不均勻因素等等。為通盤(pán)考慮這些因素，設(shè)計(jì)了智能性較強(qiáng)的加權(quán)優(yōu)化算法，并在設(shè)計(jì)中對(duì)權(quán)系數(shù)可以動(dòng)態(tài)進(jìn)行修正，使得最終所得炮點(diǎn)位置和數(shù)目經(jīng)濟(jì)合理，從而大大提高了生產(chǎn)效率。(5）容錯(cuò)策略設(shè)計(jì)本模塊所涉及的功能貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于軟件系統(tǒng)內(nèi)部或外部的原因，一旦發(fā)生致命的錯(cuò)誤將影響設(shè)計(jì)效率，系統(tǒng)設(shè)計(jì)增加了下述三方面的容錯(cuò)策略：（1）對(duì)中間環(huán)節(jié)定時(shí)備份；（2）對(duì)于容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的動(dòng)作設(shè)置過(guò)濾網(wǎng)，保證動(dòng)作的正確性；（3）記憶每步動(dòng)作進(jìn)行前的狀態(tài)，便于恢復(fù)。(6）自動(dòng)排序結(jié)果本模塊對(duì)已經(jīng)基本完成的設(shè)計(jì)工作，做適當(dāng)?shù)膬?yōu)化整理，以便施工的順利進(jìn)行。包括以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：（1）對(duì)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的位置根據(jù)地理坐標(biāo)、勘探區(qū)的形狀和地形地物進(jìn)行自動(dòng)排序；（2）人為對(duì)上述排序結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。(7）設(shè)計(jì)結(jié)果的輸出模塊本模塊的功能是提交設(shè)計(jì)成果。就是將設(shè)計(jì)結(jié)束之后存在于緩沖區(qū)中的結(jié)果數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)所要求的數(shù)據(jù)格式形成文件存儲(chǔ)于磁盤(pán)之中。同時(shí)（也可隨后）形成施工圖，經(jīng)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人認(rèn)可并簽署意見(jiàn)后，提交施工人員使用?；疚募z波點(diǎn)坐標(biāo)排列文件、對(duì)應(yīng)的炮點(diǎn)坐標(biāo)排列文件、施工布置圖形文件等。4機(jī)器模擬驗(yàn)證當(dāng)野外施工人員使用設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)和圖紙進(jìn)行施工時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)的臨時(shí)修改是不可避免的。對(duì)施工的結(jié)果，要及時(shí)進(jìn)行機(jī)器模擬驗(yàn)證，以便在今后的施工中對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的資料缺陷進(jìn)行及時(shí)彌補(bǔ)。這是從事驗(yàn)證工作的理由，以及驗(yàn)證工作包含的主要內(nèi)容。驗(yàn)證的方法與設(shè)計(jì)工作有一定的相似性，在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)假設(shè)炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)的位置來(lái)滿(mǎn)足地質(zhì)任務(wù)的要求，比如對(duì)覆蓋次數(shù)均勻的要求；而在驗(yàn)證階段，通過(guò)已經(jīng)得到的炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)位置來(lái)驗(yàn)證施工結(jié)果是否達(dá)到預(yù)期的要求。5根據(jù)施工情況進(jìn)行分每天的設(shè)計(jì)和施工只能計(jì)算出當(dāng)天的覆蓋次數(shù)圖，了解當(dāng)天的施工情況。要了解一段時(shí)間之內(nèi)的施工情況，還要經(jīng)常對(duì)已經(jīng)得到施工資料進(jìn)行綜合處理，匯總出一段時(shí)間的施工情況。將每日施工的驗(yàn)證結(jié)果有機(jī)組合，可以完成匯總功能。該功能的關(guān)鍵是如何識(shí)別圖形上已經(jīng)存在的面元并加以區(qū)分，實(shí)現(xiàn)的前提是各獨(dú)立設(shè)計(jì)單元要使用相同的設(shè)計(jì)網(wǎng)格，以便匯總軟件在確定的位置找到所要進(jìn)行匯總操作的圖元。6為用戶(hù)提供固定數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是整個(gè)軟件系統(tǒng)的重要組成成份（見(jiàn)圖一），它負(fù)責(zé)管理在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中生成和使用的一切數(shù)據(jù)資源，為上述各功能模塊即時(shí)提供所需要的格式固定的數(shù)據(jù)文件，以減輕人工操作數(shù)據(jù)的繁瑣，使人們集中精力于設(shè)計(jì)工作的不斷完善。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)包含下面幾個(gè)主要功能：大地坐標(biāo)體系同設(shè)計(jì)所需要的邏輯坐標(biāo)體系的雙向轉(zhuǎn)換；中間及最終結(jié)果數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；地形圖數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)；施工結(jié)束后空間屬性文件的生成。7使用高效的施工技術(shù)特觀(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件在多家勘探部門(mén)得到應(yīng)用，尤其在山東煤田地質(zhì)局物測(cè)隊(duì)的幾個(gè)大型施工項(xiàng)目中，應(yīng)用效果良好。比如，在山東省滕北五號(hào)井首采區(qū)的施工中，施工主區(qū)域處于布滿(mǎn)魚(yú)塘的淺湖區(qū)（水上施工面積約4km(1）設(shè)計(jì)效率高，軟件操作使用方便，控制覆蓋次數(shù)均勻，炮點(diǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理，取得了滿(mǎn)意的施工資料；（2）所獲地震時(shí)間剖面信噪比和分辨率較高，各種地震地質(zhì)現(xiàn)象反映清晰，圓滿(mǎn)地完成了采區(qū)地震