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2024年3月9日发(作者：历史进程是什么意思)
Dolphin综合导航系统特点、功能及应用
【前言】目前，浅海地区主要采用海底电缆地震采集技术，主要是把电缆按设计位置沉放到海底，震源船按设计位置激发，地震仪器同步采集数据。相对于拖缆采集技术，海底电缆采集技术具有检波点、激发点点位精度高、采集资料剖面质量高等特点。因此，在海底电缆采集施工过程中，综合导航系统如何支持多种设备传感器的同步数据采集、怎样控制海底电缆位置和激发点的质量、怎样实现同步激发等问题，是目前急需解决的问题。
近年来，测量服务中心自主开发了基于Windows操作系统的海上地震勘探综合导航系统DOLPHIN，具有操作过程简单，功能强大，人机交互界面友好，系统运行稳定等特点。支持连接多种类型的GPS接收机、测深仪、声学定位系统等外部设备，具有野外远程控制指挥施工作业、数据实时传输、支持多种数据格式实时导航数据记录、数据管理和质量控制、船只跟踪、可插入海图、多屏幕显示等功能，提供多种格式的成果，较好地满足了海底电缆地震采集技术的要求。
1. 技术特点和功能
1.1基于客户/服务机制的软件构建技术
Dolphin 综合导航系统的主体是基于客户程序/服务程序结构体系的。在这种体系下，main程序和SQL server数据库是服务程序，起到系统中数据的收集和供给的作用，任何类型的数据项目包括原始数据，计算处理的中间数据和成果数据或者各个程序的设置参数数据都被转发到数据库中以供其他客户程序提取。Calculate、NavRecord、LineDesign等是客户程序，主要完成计算、记录、测线设计等特定功能，并提交相关数据到数据库中。
图1 Dolphin 客户程序/服务程序结构体系
1.2多种导航设备同步采集控制技术
能够支持GPS、电罗经、测深仪、GPS同步控制器、姿态传感器等多种海上导航定位相关设备，可以提供气枪船、放缆船的实时位置。
图2 设备连接图
1.3基于多种通讯协议的分布式无线局域网络技术
Dolphin综合导航系统的无线网络采用了2.4GHz11兆带宽的扩频技术的电台及300MHz的MDS电台、及其他频段的串口协议的通讯电台作为无线网络的通讯电台设备。通过无线网络实现整个作业船队的数据管理，实现船队中各个子船之间的数据交换及数据处理。同时，母船能够实时监控各个作业船只的作业情况，根据地震生产作业具体情况，及时更新或改变作业计划及各种应急反应。炮船和仪器船之间采用串口电台传输放炮时间、激发点位置和枪控质量数据。可在作业母船对其他作业船只的系统配置进行修改，可以实时地远程监视、指挥子船作业，控制子船开始联机上线，控制子船进行放缆或放炮作业。
图3 Dolphin无线网络示意图
1.4系统同步采集时序技术
同步控制器是浅海过渡带海底电缆地震作业同步采集系统的核心。它通过GPS时间使地震采集记录系统和震源控制系统实现了同步激发和采集。Dolphin系统的GPS同步控制器采用GPS授时和50兆Hz的晶振，给综合导航系统及整个海上地震勘探的资料采集提供精确的基于GPS的时间同步信息，包含2个外部输入和4个输出触发信号(TTL电平)，输入输出触发信号的时间精度优于50微秒，GPS同步控制器同导航系统的数据接口通讯是通过Ethernet TCP/IP协议实现的。
图4 GPS同步控制器
在实际生产中，Dolphin系统计算预计放炮时间，并通过串口电台发送到仪器船上。在震源船上GPS同步控制器产生一个标准的TTL脉冲信号，通知枪控在自己的时间序列下激发，同步控制器接收枪控系统的FTB信号并记录。在仪器船上，根据预计放炮时间，GPS同步控制器产生两个信号，通知仪器下一炮的地震采集记录周期开始和地震资料采集开始时间。
1.5导航数据实时质量控制技术
根据作业船的类型显示、监控所需要的数据，包括作业船信息、测线信息、
GPS信息、偏航指示、舵手显示等。同时，DOLPHIN综合导航系统提供BIGSHOT等枪控系统的质量监控的接口，可以实时显示各子枪的激发时间同步情况、枪的沉放深度、枪压等。
另外，在任意一条船上可以选择显示其它作业船的质控数据，这样可以使我们在母船也能实时监控各条作业船只的作业质量。
图6 实时数据显示及质控
2.系统功能
系统主要包括主模块、项目配置、设备接口配置、测线设计、定位网络设置、计算模块、导航控制模块、显示模块、记录模块
2.1主模块
主模块是系统的主控制模块，负责船与船之间的网络通讯服务、监控网络连接状态、定义船属性、定义作业方式和提供启动其他子模块的入口。
图7 主模块
2.2项目配置
主要配置项目信息、坐标系统、工区范围及单位，自定义椭球和投影。
图8 项目配置
2.3设备接口设置
主要设置各个设备的接口通讯参数、设备自身参数和GPS同步控制器，设备类型包括GPS、测深仪、电罗经、姿态传感器、气枪控制器、RGPS、信息输出等。
图9 设备参数、通讯参数、同步控制器设置
2.4测线设计
按照设计坐标设计测线，所有的测线都按照由一系列拐点组成。测线设计有三种方法：一是通过输入每个拐点的坐标，构建地震测线，二是通过导入SPS格式的理论坐标构建测线，三是根据已有的测线平行扩展。
图10 测线设计
2.5定位网络设置模块
该模块用于建立所有船只的定位网络定义，包括节点、观测值和定位网络。
图11 定位网络设置
2.6计算模块
计算模块主要完成多种设备数据的采集；完成定位网络实时计算，对主定位系统的坐标值进行坐标转换和滤波运算，完成当前船的速度以及速度方向的解算，完成当前船上的各个节点位置的解算，包括解算各个节点的坐标、速度、运动方向等。完成系统定义的各个导航网络观测值的解算；完成系统当前状态数据的解算，对于放缆导航、放炮导航、水深船导航来说，主要完成当前测线状态的解算以及完成到点剩余时间的解算。对于等时间或者等距离记录来说，主要完成目标点的预测和计算；控制同步控制器进行时间同步；形成导航头段信息输出内容；为其他模块提供原始数据。
2.7导航控制模块
主要包括设备联机、断开设备、同步测试、导航上线、导航下线、设置导航测线、
移动目标点、手动放炮、测线管理和导航选项设置等，而且在母船上可以远程控制子船进行作业。
图12导航控制模块
2.8显示模块
显示包括导航图、船状态、测线信息、节点信息、观测值信息GPS实时数据、枪同步信息、枪深、枪压、同步采集时间、舵手图等。在每一条独立的作业船上可以根据作业船的类型监控本船所需要的数据，进行质量监控，同时也可以显示其他船的运行状态。
图13显示模块
2.9数据记录模块
DOLPHIN系统给用户提供了国际上各种标准的地震导航数据格式的记录文件。这些数据格式包括国际标准的导航定位原始数据格式UKOOA P2/94格式，地震后处理所用的UKOOA P1/90或SPS格式。
图14 P294原始数据
3. Dolphin综合导航系统应用效果与不足
3.1实际应用效果
喀麦隆BGP8603队承担的GLENCORE 公司MATANDA三维地震勘探项目，是Dolphin综合导航系统首次应用于野外生产。MATANDA工区位于喀麦隆最大港口城市杜阿拉港西南方向，满覆盖面积207平方公里，港口的主河道贯穿工区，工区南部为港口锚地；水面上河道、锚地标志、油井井口以及港口监测建筑物较多；海底岩性为淤泥和硬沙地交替，没有明显的界限，地形起伏较大，水深范围0到26米，低潮时有大面积浅滩裸露。 该项目甲方对质量要求非常高，要求输出每炮的质控数据，包括GPS质量、枪控质量、点位偏移等。
图15 MATANDA项目测线位置图
在该项目中，在基地、仪器、海豹1号震源船、青蛙震源船和放缆7上安装了Dolphin系统。
图16 Dolphin系统安装分布图
Dolphin相对于使用较多的Hydroplus、Qinsy等软件有很多优点，一是系统同步采集控制精度高。使用GPS同步控制器取代电台同步控制气枪激发和仪器采集，同步时间精度得到大大提高，在有线连接测试中，枪控器CTB和仪器CTB的时间差在50微妙以内。二是多船数据共享。在营地能够实时监控各个作业船只的作业情况，根据地震生产作业具体情况，及时更新或改变作业计划及各种应急反应。仪器船能够实时监控震源船的动态，对比炮点桩号，并把启动仪器记录的CTB信号记录到辅助道。 三是质量监控手段多。实时监控偏航、GPS信号质量、实时监控同步时序、枪控质量等。 提交质量控制文件（PDF）：时间同步、GPS卫星数、HDOP、偏移、枪深、枪压等。
图17 质量控制文件
在本工区 Dolphin综合导航系统发挥了重要的作用，系统的先进性极大的提高了生产效率。从2010年3月7号响炮至7月17号结束,共完成53820炮。 日均400多炮，甲方监督也对Dolphin综合导航系统表示相当的满意。
3.2存在的不足
1、导航底图只能基本满足要求，不能支持dxf底图导入和Bmp图形校正的底图编辑和显示功能，不能增加动态导航地物的显示，如电源站、交叉站、铹的显示。
2、数据库的问题。虽然当前SQL数据库能够满足我们的使用要求，但是主要问题是，我们安装的 SQL Server 2005数据库对操作系统的依赖较大，好多操作系统都不能够装，根本装不上。其次是野外我们的数据都保存在数据库中，但是我们在野外做完QC报告输出以后，该报告包含的数据里有废炮和错误数据，我们需要在室内通过资料整理，剔出不需要的数据，将每条线整理成一个文件后重新输出QC报告。所以每天野外都需要不断的把数据库拷来回来，到了室内还要重新挂到数据库中才能够重新输出，过程繁杂。最后是存在数据库中的大量的原始数据需要清理，但都必须是做完QC以后才能够进行，有些数据非常的大，如测深数据，现在一个小时将产生48000个记录，一天4个小时工作将产生20多万条记录，而数据库中记录一旦多了，就会对数据记录速度产生影响，所以数据库的清理工作也是非常麻烦的事情。
3、电台传送距离问题，施工的时候，网络电台最远也只能够保证11公里的覆盖范围，根本做不到设计的中央集中控制所有船。网络电台的天线太大，震源船一放炮，摇摇晃晃的，很容易损坏。串口电台的有效距离也只有15公里左右，而且在6公里左右有些时候也会出现信号不好的情况。而我们要求的距离是网络电台达到30公里的覆盖范围，。串口电台也应30公里保证绝对稳定才行。
【结束语】Dolphin综合导航系统的成功研制和使用，解决了多船分布式协同作业、同步采集控制的问题。满足了东方公司浅海过渡带地区OBC 地震勘探导航定位的技术需求，缓解了公司在该领域对国外导航定位软件产品的过分依赖，加大自主产品的应用力度，降低了生产成本。另外各船的可视性将让双震源同时施工成为可能。后续版本也对存在的不足做了相应的改进，使得Dolphin综合导航系统的性能得到了极大的提高。为公司占领国内外滩海市场，努力赶超世界先进水平，成为物探技术的领跑者提供了有力的保障。
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