Scorpion儀器與SHOTPROII實(shí)現(xiàn)井炮源驅(qū)動設(shè)計(jì)方案

摘 要：本文重點(diǎn)介紹了Scorpion儀器與SHOTPROII源驅(qū)動的參數(shù)設(shè)置及其關(guān)聯(lián)參數(shù)的含義，并成功試驗(yàn)了源驅(qū)動采集，最終沉淀出Scorpion儀器與SHOTPROII實(shí)現(xiàn)井炮源驅(qū)動設(shè)計(jì)方案，為地震儀器技術(shù)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：Scorpion儀器；SHOTPROII編碼器；源驅(qū)動；

中圖分類號：S731 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-07-00-03

源驅(qū)動是SCORPION儀器上高效采集模塊，其主要功能：控制激發(fā)點(diǎn)精度、自動響應(yīng)預(yù)備信號、自動采集提高施工效率和資料品質(zhì)。SCOPION源驅(qū)動技術(shù)在可控震源上已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，因此在井炮源驅(qū)動施工中可以借鑒與應(yīng)用。

一、技術(shù)概述

（一）實(shí)現(xiàn)途徑

Scorpion儀器井炮源驅(qū)動主機(jī)采用兩種通訊方式：儀器通過應(yīng)用程序中的Source control菜單選擇設(shè)置，使用Shotpro II做編碼器時，采用串口通訊連接；使用Vibpro做編碼器時，采用網(wǎng)口通訊連接。而Aries及G3均采用RTI串行通訊進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)交換。

GPS接收方式在儀器源驅(qū)動中根據(jù)不同精度要求通?？刹捎萌N方式：帶基準(zhǔn)站的局域差分、不帶基準(zhǔn)站的廣域差分和不帶差分的GPS.

（二）SCORPION儀器與SHOTRPOII實(shí)現(xiàn)源驅(qū)動工作過程

SCORPION儀器能夠與SHOTPROII實(shí)現(xiàn)源驅(qū)動的基本條件是：SCORPION儀器與SHOTPROII良好的通訊環(huán)境和軟件的兼容性，儀器可以充分利用SHOTPROII傳輸?shù)腜FS報(bào)告的詳盡信息。SCORPION儀器與SHOTRPOII實(shí)現(xiàn)源驅(qū)動的工作過程為（如圖1所示）：

1、SHOTPROII譯碼器通過其內(nèi)置或外置GPS設(shè)備，采集目標(biāo)激發(fā)點(diǎn)GPS坐標(biāo)。

2、譯碼器在充電時將包含BOX ID、CREW、GPS數(shù)據(jù)等信息的PFS報(bào)告通過無線電臺發(fā)生制儀器車內(nèi)的SHOTPROII/VIBPRO編碼器。

3、SHOTPROII/VIBPRO編碼器將收到的PFS報(bào)告解編并通過串口發(fā)送到主機(jī)。

4、主機(jī)根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的投影參數(shù)將收到的WGS84坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為當(dāng)?shù)氐钠矫嫱队白鴺?biāo)，然后根據(jù)設(shè)定的炮點(diǎn)半徑在有當(dāng)?shù)仄矫孀鴺?biāo)的SPS文件中查找符合要求的激發(fā)點(diǎn)，并進(jìn)行以下處理：

（1）如果找到多個（大于1個）符合要求的炮點(diǎn)，系統(tǒng)將提示相應(yīng)信息。此時表明原設(shè)定的誤差半徑過大，需要修改（系統(tǒng)默認(rèn)值為10米）。

（2）如果沒有找到符合要求的炮點(diǎn)，系統(tǒng)將提示相應(yīng)信息，此時操作員應(yīng)檢測設(shè)置的誤差半徑和收到的點(diǎn)位坐標(biāo)信息。

（3）如果找到1個符合要求的炮點(diǎn)，系統(tǒng)將自動將該炮點(diǎn)激活，并根據(jù)收到的BOX ID、CREW等信息通知編碼器想發(fā)送該點(diǎn)位信息的SHOTPROII譯碼器發(fā)出啟爆指令。

（4）SHOTPROII譯碼器接收到啟爆指令后進(jìn)行激發(fā)，激發(fā)后將井口信息傳回編碼器，從而進(jìn)入記錄。

圖1 SCORPION儀器與SHOTPROII實(shí)現(xiàn)源驅(qū)動過程示意圖

二、設(shè)備和技術(shù)要求

（一）編譯碼器軟硬件要求

SHOTPROII譯碼器必須帶有內(nèi)置或外置GPS設(shè)備，可有效采集炮點(diǎn)GPS數(shù)據(jù)。

（二）設(shè)備的連接

1、采用VibPro做編碼器連接時，早期的Vibpro是將串口Com3連接到儀器的Gui計(jì)算機(jī)的com2口，新型的Vibpro是將網(wǎng)口連接到儀器的Gui計(jì)算機(jī)的第一網(wǎng)口（網(wǎng)址172.16.16.17/172.16.16.11），之間再連接135434連線，如圖2所示。

圖2 VIBPRO編碼器與SCORPION儀器連接圖

2、采用shotpro II 做編碼器與儀器連接時，首先將通訊串口連接到儀器的Com2，然后連接連線169079.如圖3所示。

圖3 SHOTPROII編碼器與SCORPION儀器連接圖

四、SHOTPROII遙爆系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

（一）SHOTPROII編碼器參數(shù)設(shè)置

將SHOTPROII設(shè)置為編碼器，按C DATA ENTRY菜單鍵 ，進(jìn)入1、JOB PROFILE（工作方式），選擇4、ENC TYPE為SHOTPRO方式，選擇6、RECSYSTEM為OTHER， 在C菜單的2.RADIO CONTROL MENU（電臺控制菜單）中設(shè)置正確的START DLY（電臺啟動延遲）和RAD REF DLY（電臺參考延遲）時間以及MICPOLARITY（麥克極性）、SPKRPOLARITY（喇叭極性）。參數(shù)設(shè)置完成后返回主菜單，按A兩次，進(jìn)入編碼器預(yù)備菜單，準(zhǔn)備放炮。

（二）SHOTRPOII譯碼器參數(shù)設(shè)置

將SHOTPROII設(shè)置為譯碼器，按C DATA ENTRY菜單鍵，進(jìn)入1、JOB PROFILE（工作方式），設(shè)置正確的BOX#、CREW#，將COMM MODE（通訊方式）設(shè)置為ADVII，在C菜單的2.RADIO CONTROL MENU（電臺控制菜單）中設(shè)置正確的START CODE（與編碼器相同）。參數(shù)設(shè)置完成后，返回主菜單，首先采集炮點(diǎn)信息：

1、炮手到達(dá)炮點(diǎn)后將GPS天線置于炮點(diǎn)位置，炮手按譯碼器面板上的“E”鍵進(jìn)入GPS菜單，譯碼器屏幕可顯示目標(biāo)點(diǎn)的位置；

2、按譯碼器面板上的“<”鍵，開始采集GPS數(shù)據(jù)；

3、按譯碼器面板上的“>”鍵，停止采集GPS數(shù)據(jù)；

5、按譯碼器面板上的“B”鍵，返回主菜單，按 “A”鍵進(jìn)入放炮菜單，按下充電按鈕。這時SHOTPRO II譯碼器自動將采集到的GPS數(shù)據(jù)發(fā)送到編碼器，等待編碼器點(diǎn)火指令。

五、scorpion 儀器設(shè)置與操作

儀器應(yīng)用軟件采用4.1.1.16版本完全支持源驅(qū)動功能，正確設(shè)置就能正常使用。首先建立一個井炮的勘探項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，除以下提及的參數(shù)外，其它參數(shù)均按正常井炮設(shè)置。

（一）SCORPION儀器采集系統(tǒng)源驅(qū)動觀測系統(tǒng)的建立

1、物探測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)

求取的轉(zhuǎn)換參數(shù)通常有三參（DX、DY、DX）和七參（DX、DY、DZ、RX、RY、RZ、Scale ）兩種形式，七參較難求取，利用三參完全可以滿足當(dāng)前石油勘探的需求。同時，還需取得施工區(qū)的經(jīng)緯度和時區(qū)。

2、地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)坐標(biāo)要求

遙爆系統(tǒng)中的譯碼器設(shè)備需具有內(nèi)置或外置的GPS設(shè)備，用于采集激發(fā)點(diǎn)的地面坐標(biāo)；儀器裝載的SPS文件應(yīng)具有檢波點(diǎn)和源點(diǎn)的坐標(biāo)，且該坐標(biāo)符合SCORPION儀器要求的格式，便于與激發(fā)點(diǎn)傳回的實(shí)際測量坐標(biāo)進(jìn)行比對；整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及無線通訊均處于正常工作狀態(tài)。

3、建立觀測系統(tǒng)

按照正常程序裝載帶有坐標(biāo)信息的SPS文件，設(shè)置相關(guān)參數(shù)和流程使整個采集系統(tǒng)處于以常規(guī)方式可以采集的狀態(tài)。

（二）SCORPION儀器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置

1、SCORPION儀器與Shot ProⅡ編碼器通訊協(xié)議的設(shè)置

點(diǎn)擊SCORPION主菜單Source Manage中的Connect（連接），顯示如圖4窗口，該窗口提供了用于Shot ProⅡ編碼器通訊的RS232串口和一個用于Vib Pro編碼器通訊的網(wǎng)絡(luò)口。利用Shot ProⅡ編碼器需選擇串口，同時設(shè)置Port （端口）為Com 2，Baud Rate（波特率）為19200 ， Encoder（編碼器）類型為 Shot ProⅡ。

圖4 SCORPION儀器與Shot ProⅡ編碼器通訊協(xié)議的設(shè)置

上述設(shè)置完成后測試整個采集系統(tǒng)，確保利用Shot ProⅡ編碼器的采集系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。

2、源驅(qū)動參數(shù)設(shè)置

啟動Peltong com manager程序，在source manager 菜單進(jìn)行正常串口連接后，正常設(shè)置Geodetics大地測量參數(shù)，主要是填入測量給出的WGS-84坐標(biāo)與當(dāng)?shù)刈鴺?biāo)間的轉(zhuǎn)換參數(shù)， Scorpion 儀器和導(dǎo)航GPS采用的是WGS84格網(wǎng)坐標(biāo)，一般測量給出的sps和sp1點(diǎn)數(shù)據(jù)文件是當(dāng)?shù)馗窬W(wǎng)坐標(biāo)，所以儀器輸入時要轉(zhuǎn)換一致，具體設(shè)置步驟為：在應(yīng)用程序主窗口選擇源點(diǎn)管理器，設(shè)置大地基準(zhǔn)測量，選擇所采用的橢球體，然后選擇正確的投影坐標(biāo)系及正確的轉(zhuǎn)換參數(shù)。

（1）Source Datum（激發(fā)源基準(zhǔn)面）窗口設(shè)置：點(diǎn)擊Source Manager->

Geodetics->Source Datum ，顯示如圖5所示窗口（以七個轉(zhuǎn)換參數(shù)為例），該窗口提供了測量體系、時間變化、選擇數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)換參數(shù)的寫入等選項(xiàng)。下面介紹重要選項(xiàng)：

Datum項(xiàng)：基準(zhǔn)面選項(xiàng)，一般選擇BJ54；

Method項(xiàng)：根據(jù)需求選擇適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換函數(shù)，并與填寫轉(zhuǎn)換參數(shù)相關(guān)（三參、七參等）；

Ellipsoid項(xiàng)：根據(jù)需要選擇橢球體；

Shifts To WGS84（X、Y、Z）項(xiàng)：填寫三轉(zhuǎn)換參數(shù)項(xiàng)（與后4項(xiàng)共為7轉(zhuǎn)換參數(shù)）；

Prime Meridian Shift Form Greenwich項(xiàng)： 一定是“0”，本初子午線變換為格林威治時間。

圖5 Source Datum窗口設(shè)置

（2）Survey Coordinate System（測量坐標(biāo)系統(tǒng)）窗口的參數(shù)設(shè)置：單擊Source Manager->Geodetics->Survey Coordinate System->Advanced，出現(xiàn)圖6窗口，主要功能是把基準(zhǔn)參考圖投影到被選擇的基準(zhǔn)面，即選擇正確的坐標(biāo)系統(tǒng)。下面介紹重要的選項(xiàng)：

Group項(xiàng)：投影系統(tǒng)選擇；

System項(xiàng)：根據(jù)投影系統(tǒng)確定工區(qū)所在時區(qū)；

Liner Unit項(xiàng)：meters（單位）；

Origin Latitude項(xiàng)：0，是激發(fā)源緯度的范圍。

Origin Longitude項(xiàng)：工區(qū)所在的經(jīng)度，數(shù)字前需要加字母E；

False Easting（m）項(xiàng)：500000米（針對我國），是坐標(biāo)縱軸向西移動500公里，滿足我國測量規(guī)定；

Scale factor項(xiàng)：1，比例因素，符合我國測量要求。

圖6 投影坐標(biāo)系窗口的參數(shù)設(shè)置

3、Shot Manger窗口參數(shù)的設(shè)置

放炮管理器啟動方式選擇源驅(qū)動，按要求指定合適的偏移半徑范圍，生產(chǎn)方式一般選擇正常，啟動觸發(fā)方式選擇源驅(qū)動。這樣在接到炮點(diǎn)來的Ready 信號并判斷符合偏移半徑要求時便自動選擇炮點(diǎn)，手動放炮采集（震源可自動掃描采集）。

當(dāng)Geodetics窗口設(shè)置正確后，在Shot Manger啟動方式選擇窗口中會出現(xiàn)Source Driven項(xiàng)可供選擇；按要求選擇合適的偏移半徑范圍，即SP Radius，最大值1000（米）；同時點(diǎn)擊Fire按鈕變?yōu)榫G色的Run按鈕，儀器處于等待Shot ProⅡ傳回的GPS坐標(biāo)數(shù)據(jù)狀態(tài)，如圖7所示。

圖7 Shot Manger窗口參數(shù)的設(shè)置

4、參數(shù)管理器的設(shè)置

將源關(guān)聯(lián)參數(shù)（Source Association）、源控制參數(shù)（Source Controller Params）、掃描描述（Sweep Description）和炮點(diǎn)組參數(shù)（Fleet Profiles）設(shè)置正確，特別是多個炮點(diǎn)施工時，分別將不同爆炸機(jī)編號編入所指定組，選擇Anyfleet 綁定采集觀測點(diǎn)。

（三）SCORPION儀器井炮源驅(qū)動操作

在上述流程設(shè)置完成后，整個采集系統(tǒng)源驅(qū)動進(jìn)行調(diào)試。首先，在激發(fā)點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)采集后充電（在安全距離外），儀器接收傳回的激發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)信息，儀器Shot Manager中顯示信息，主要有接收時間、譯碼器編號、傳回的激發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)、該坐標(biāo)與觀察系統(tǒng)的定性比較、調(diào)用相關(guān)稿本、定量比較等信息。通常情況下，根據(jù)SP Distance顯示數(shù)值的大小情況一是確定原源驅(qū)動參數(shù)是否被正常調(diào)用，數(shù)值太大說明所設(shè)置的源驅(qū)動未被調(diào)用，需要檢查源驅(qū)動參數(shù)是否被保存；二是確定調(diào)用的源驅(qū)動參數(shù)是否合理，即基準(zhǔn)面、投影面選擇是否正確；同時根據(jù)Status的信息確定Shot Manager中SP Radius設(shè)置是否合理。

六、試驗(yàn)效果與結(jié)論

2012年8月底，在儀器服務(wù)中心進(jìn)行SCORPION儀器與Shot ProⅡ遙爆系統(tǒng)的源驅(qū)動室內(nèi)試驗(yàn)，當(dāng)設(shè)置好源驅(qū)動參數(shù)的SCORPION儀器接收到Shot ProⅡ傳回的激發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)，將自動調(diào)用Shot Manager中對應(yīng)的稿本，自動完成起爆命令的發(fā)送、磁帶機(jī)記錄命令等操作；當(dāng)下一激發(fā)點(diǎn)坐標(biāo)傳回后自動采集操作流程。除開機(jī)后的第一炮需要點(diǎn)擊Fire按鈕變?yōu)榫G色的Run按鈕，只要采集系統(tǒng)處于正常狀態(tài)，第一炮采集后均不需人工操作，儀器完全處于被動接收命令狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)完整意義的源驅(qū)動。

七、結(jié)論

利用SCORPION儀器（與Shot ProⅡ）源驅(qū)動能自動完成炮點(diǎn)識別與調(diào)用、采集和記錄等操作，實(shí)現(xiàn)了完整的源驅(qū)動功能。