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震源导航系统的研发

0 前 言 胜利油田物探公司目前正对新疆等地进行石油资源的勘探。但是,目前该公司震源车物探导航软件不能满足实际石油勘探的生产需要,跟不上物探技术的发展,主要有以下不足: l 尽管目前物探公司拥有先进的EzHydro、Hydro等测量软件,但现有软件都难...

作者:杜清怀 张延同 吕豪来源:2014测绘学|2015年04月14日

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胜利油田物探公司目前正对新疆等地进行石油资源的勘探。但是,目前该公司震源车物探导航软件不能满足实际石油勘探的生产需要,跟不上物探技术的发展,主要有以下不足:

l 尽管目前物探公司拥有先进的EzHydroHydro等测量软件,但现有软件都难以满足物探测量的施工要求;

l 尽管物探公司针对该项目花费十几万元从法国Sercel公司购买了目前最先进的Hypack软件,采用后经检测,该软件不能满足甲方公司关于实时质量控制和数据处理的要求;

l 国外购买的软件都没有源代码,无法在其基础上进行软件的自主更新和进一步开发,只能花巨资购买新的软件,耗费了时间,增加了成本。

为了解决上述类似的问题并实现快速、高效、准确地震源车勘探定位与导航,针对石油资勘探的特殊要求和现有软件存在的不足开发一套专业性较强地定位与导航软件是非常迫切的。

 

1 概 

1.1 震源车导航软件现状

目前国内还没有适合于物探震源车导航测量的专业软件,国外的一些测量导航软件,如法国Sercel公司的Hypack软件、Trimble公司的Hydropro软件等,都是结合自己品牌的测量定位仪器(GPS、全站仪等)而开发的,在用途上各有侧重,缺乏通用性,并且不能满足实际物探施工中的特殊要求。这一点在冀东项目这一国际反承包项目中充分暴露出来。同时,因为不具有自主知识产权,所以只能使用,碰到特殊的实际技术问题无法解决,目前市场上使用比较多的是美国Trimble公司的Hydropro和法国Sercel公司的Hypack等海洋测量软件,国内有天测公司的Ezhydro海达公司的海达海洋测量软件,南方公司也开发了同类产品。其主要实现的一些功能有:海航导航,物探测量资料信息编辑以及存储,物探资料成必威现金回扣和数据处理功能等,关键是他们并没有针对震源车导航系统实际问题的功能模块。

1.2 震源车导航系统软件的设计思路

选择一种定位方式,通过GPS串口获得坐标数据(包含GPS天线的坐标,星历等信息),从而获取当前震源车所在的位置;同时通过RS232串口获取震源车的反馈信号,通过测深仪获取当前的水深数据,测得当前的水深,以便获取水底的高程。目前测深仪有单波束测深仪和多波束测深仪,考虑到设备成本和实际需求,水下物探一般采用单波束测深仪。这些数据与设定的数据进行比较,当震源车的位置与设计点位一致或满足给定误差时,并且收到震源车反馈信号,启动预警和报警机制,进行数据记录,并获取其他相关数据。

2、软件需求模块

软件需求总共可以分为以下几个功能模块:

2.1 基础数据:

包括坐标系统和限差标准,目的是:导入原始的系统默认数据(这些数据不可修改)初始化基础数据,用户可以添加新的基础数据,并对用户添加的数据进行修改、删除,此外用户创建坐标系统,选择一定的椭球、投影、转换参数和高程系统组成坐标系统供其它模块使用。

2.2 项目管理:

项目的创建、打开、保存、打印、删除;

项目属性:设计项目的相关属性,包括项目细节、坐标系统、限差标准、束线定义。

2.3 编辑:

坐标系统编辑、限差标准编辑。

2.4 数据处理:

数据处理功能分为原始数据创建、编辑、质量控制、数据处理以及选择。

导入测量数据记录或用户手工输入测量数据。 

数据处理部分主要包括采集数据的存储、添加、改正以及自定义输出等实时或后续管理。

必威现金回扣1:模块细化必威现金回扣

                            

2.5 通讯

选择一种定位方式,通过GPS串口获得坐标数据(包含GPS天线的坐标,星历等信息),从而获取当前震源车所在的位置;同时通过RS232串口获取震源车的反馈信号。

GPSNMEA0183数据的解析,包括3.0 2.3版本;

GPS的数据格式遵循NMEA0183的数据格式,其格式版本有很多种,实际运用中以3.0为主,兼容2.3版本。

必威现金回扣2:串口通信及信息提取

 

 

2.6 数据管理

对测量数据处理模块生成的数据文件以及需要导入的原始文件进行管理,以便读取和保存。

生成的数据文件包括:用户添加的基础数据的存储文件,项目信息文件。

 

必威现金回扣3:软件模块必威现金回扣

 

3、软件功能实现

3.1 开发语言和运行环境

软件是用Visual C++高级语言编写的在WINDOWS2000以上版本下运行。

软件运行需要的最低配置:主频1000MHz,内存128M,硬盘20G

3.2涉及到的原理与技术

大地测量、工程测量原理与技术;

GPS定位、GPS差分、GPS导航技术;

C++高级计算机语言、VC++程序设计技术

数据库技术。

3.3 界面简介

Camel系统程序运行后的主界面如必威现金回扣所示(实景界面会因版本不同有所变化):

 

 

必威现金回扣4:主界面必威现金回扣

该主界面分为以下七个窗口:

(1)菜单栏

(2)工具栏

(3)主视必威现金回扣区

(4)状态数据区

(5)偏航视必威现金回扣

(6)状态和水深必威现金回扣区

(7)状态栏

3.4 软件功能

我们所有的操作都是在一定的项目内完成的,输入的所有数据,参数及所有设置都对应某一项目,并保存在该项目下面,当下次打开该项目时会自动加载。

3.4.1 通讯

GPS通讯采用标准的RS-232串口协议,同时GPS数据采用NMEA-0183协议数据。 

必威现金回扣5:串口协议设置必威现金回扣

同时也可以设置震源车反馈信号。

3.4.2坐标转换

在设置菜单栏下,选取坐标设置,则弹出坐标设置对话框。源椭球是指数据所在的坐标系统;目标椭球是指用户需要的坐标系统;坐标转换参数可以设置布尔莎三参、四参以及七参数等。

3.4.3测线设置

测线设置对话框分别输入以下参数:

起始点北坐标,东坐标;终点北坐标,东坐标,或者布线的方位角。

布线参数的起始线号,线号增量,左右边数及间距。

布点参数的起始点号,点号增量,点间距或者点数。

也可导入设计点,格式为,txt文本格式。  

3.4.4范围查找

在一定的角度范围内寻找当前项目的其他数据

 

必威现金回扣6:点位搜索设置必威现金回扣

3.4.5强制记录、屏幕追加

当由于现场条件限制等因素而无法到达既定目标时,可以选择强制记录,软件将自动记录当前点位及相关误差信息。

当观测点发生变化,可根据实际情况在屏幕上临时选定若干点位,作为增加点位进行观测。点击屏幕追加后,可在屏幕上任意位置点加新的放样点,新的放样点线号自动命名为9999,点号人为输入。

3.4.6数据测试

连续获取一段时间的数据,获取其平均值,数据报告

 

必威现金回扣7:GPS数据测试必威现金回扣

 

3.4.7导航数据记录与显示

为了便于工作,可以设置记录或显示震源车的航迹,设置记录格式可以按时间也可以按距离记录,同时要输入导航文件名,以便数据存储;导航轨迹的查看,在应用设置中输入需要查看的导航文件名,点击察看,则数据框中便显示了该数据,点击应用/显示则在主窗口显示出导航点。

3.4.8项目数据输出

项目数据的输出可以按照两种格式输出,一种是用户自定义格式,一种是SPS格式输出。给出相应的时间限制,则可以输出所选择的数据段。改正数据头文件,选择合适的数据段,自动输出。

6 软件的特点

6.1 灵活的文件输入

软件中只要涉及到数据的输入都是通过两种方式来实现的,具有很强的灵活性。手工直接输入;设定数据输入。

其中设定数据输入又包括:二维格式和三维格式,通过这两种方式用户可以可以把需要输入的文件编辑成系统默认格式,对于导航文件也可以自定义文件格式。

这样就极大得增强了输入的灵活性,为用户提供了方便。

6.2 严密的质量检查

检查的内容不仅包括了东误差、北误差、综合误差等,保证了数据的精确。

6.3 实时的人机交互

软件应用过程中随时根据情况进行提示、警告,弹出对话框等,进行人机交互。

6.4 准确的计算结果

通过准确的公式、算法提供准确的计算结果。

6.5 合理的信息管理

软件中专门设计了信息窗口,信息窗口又分为当前信息和结果信息。当前信息是对当前操作的提示,结果信息是处理中输出的信息内容,可以保存。

6.5 标准的文件输出

《石油物探测量规范》中规定所有需要上交的数据、报表在本软件中都是按照规范要求的格式输出的,不仅SPS格式的测量成果可以直接上交,大部分表格输出后都达到了上交的要求并可以直接上交。

6.6 功能强大的必威现金回扣形操作功能

系统中的必威现金回扣形操作功能包括绘制简单的测线位置必威现金回扣,根据坐标文件展绘各种三维必威现金回扣形,对测线、物理点导出坐标文件,导出位必威现金回扣,打印必威现金回扣形等,首次实现了对测量数据的必威现金回扣形化操作。

6.7 方便灵活功能强大的常用工具

软件中设计了几个测量常用工具,为测量工作中常用到的计算等提供了方便。

6.8 多元化的数据处理

1、能够满足三维、二维等不同测线类型的物探测量数据处理的需要。

2、能够对GPS测量、常规测量等不同测量方式所产生的物探测量数据进行处理。

3、软件具备文本与必威现金回扣形相结合的数据处理功能,该功能实现了数据处理的可视化、直观化。

7 软件的升级与展望

我们通过一种全新的思路和方法,本着“快捷方便,简单实用”的原则,紧密结合物探测量规范,设计了这套震源导航软件。实现了测量资料的检查、计算、统计以及成果输出的自动化、一体化和标准化。

在下一步可继续对软件进行升级:

(1)结合WIFI(100)/ZigBee(1000/2000)的三元联合定位

 

必威现金回扣8:三元联合定位必威现金回扣

 

(2)结合地必威现金回扣引擎实现地必威现金回扣背景显示操作

必威现金回扣9:地必威现金回扣背景显示必威现金回扣

 

参考文献:

1. 刘大杰.全球定位系统(GPS)原理与数据处理[M].上海:同济大学出版社.

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