Scorpion儀器與SHOTPROII實現井炮源驅動設計方案

摘 要：本文重點介紹了Scorpion儀器與SHOTPROII源驅動的參數設置及其關聯參數的含義，并成功試驗了源驅動采集，最終沉淀出Scorpion儀器與SHOTPROII實現井炮源驅動設計方案，為地震儀器技術人員提供參考。

關鍵詞：Scorpion儀器；SHOTPROII編碼器；源驅動；

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

源驅動是SCORPION儀器上高效采集模塊，其主要功能：控制激發點精度、自動響應預備信號、自動采集提高施工效率和資料品質。SCOPION源驅動技術在可控震源上已經得到了很好的應用，因此在井炮源驅動施工中可以借鑒與應用。

一、技術概述

（一）實現途徑

Scorpion儀器井炮源驅動主機采用兩種通訊方式：儀器通過應用程序中的Source control菜單選擇設置，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，采用網口通訊連接。而Aries及G3均采用RTI串行通訊進行控制和數據交換。

GPS接收方式在儀器源驅動中根據不同精度要求通常可采用三種方式：帶基準站的局域差分、不帶基準站的廣域差分和不帶差分的GPS.

（二）SCORPION儀器與SHOTRPOII實現源驅動工作過程

SCORPION儀器能夠與SHOTPROII實現源驅動的基本條件是：SCORPION儀器與SHOTPROII良好的通訊環境和軟件的兼容性，儀器可以充分利用SHOTPROII傳輸的PFS報告的詳盡信息。SCORPION儀器與SHOTRPOII實現源驅動的工作過程為（如圖1所示）：

1、SHOTPROII譯碼器通過其內置或外置GPS設備，采集目標激發點GPS坐標。

2、譯碼器在充電時將包含BOX ID、CREW、GPS數據等信息的PFS報告通過無線電臺發生制儀器車內的SHOTPROII/VIBPRO編碼器。

3、SHOTPROII/VIBPRO編碼器將收到的PFS報告解編并通過串口發送到主機。

4、主機根據預先設置好的投影參數將收到的WGS84坐標轉換為當地的平面投影坐標，然后根據設定的炮點半徑在有當地平面坐標的SPS文件中查找符合要求的激發點，并進行以下處理：

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

（2）如果沒有找到符合要求的炮點，系統將提示相應信息，此時操作員應檢測設置的誤差半徑和收到的點位坐標信息。

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

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

圖1 SCORPION儀器與SHOTPROII實現源驅動過程示意圖

二、設備和技術要求

（一）編譯碼器軟硬件要求

SHOTPROII譯碼器必須帶有內置或外置GPS設備，可有效采集炮點GPS數據。

（二）設備的連接

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計算機的com2口，新型的Vibpro是將網口連接到儀器的Gui計算機的第一網口（網址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遙爆系統參數設置

（一）SHOTPROII編碼器參數設置

將SHOTPROII設置為編碼器，按C DATA ENTRY菜單鍵 ，進入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）。參數設置完成后返回主菜單，按A兩次，進入編碼器預備菜單，準備放炮。

（二）SHOTRPOII譯碼器參數設置

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

1、炮手到達炮點后將GPS天線置于炮點位置，炮手按譯碼器面板上的“E”鍵進入GPS菜單，譯碼器屏幕可顯示目標點的位置；

2、按譯碼器面板上的“<”鍵，開始采集GPS數據；

3、按譯碼器面板上的“>”鍵，停止采集GPS數據；

5、按譯碼器面板上的“B”鍵，返回主菜單，按 “A”鍵進入放炮菜單，按下充電按鈕。這時SHOTPRO II譯碼器自動將采集到的GPS數據發送到編碼器，等待編碼器點火指令。

五、scorpion 儀器設置與操作

儀器應用軟件采用4.1.1.16版本完全支持源驅動功能，正確設置就能正常使用。首先建立一個井炮的勘探項目數據庫，除以下提及的參數外，其它參數均按正常井炮設置。

（一）SCORPION儀器采集系統源驅動觀測系統的建立

1、物探測量坐標轉換參數

求取的轉換參數通常有三參（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前石油勘探的需求。同時，還需取得施工區的經緯度和時區。

2、地震數據采集系統坐標要求

遙爆系統中的譯碼器設備需具有內置或外置的GPS設備，用于采集激發點的地面坐標；儀器裝載的SPS文件應具有檢波點和源點的坐標，且該坐標符合SCORPION儀器要求的格式，便于與激發點傳回的實際測量坐標進行比對；整個數據采集系統及無線通訊均處于正常工作狀態。

3、建立觀測系統

按照正常程序裝載帶有坐標信息的SPS文件，設置相關參數和流程使整個采集系統處于以常規方式可以采集的狀態。

（二）SCORPION儀器內部參數設置

1、SCORPION儀器與Shot ProⅡ編碼器通訊協議的設置

點擊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編碼器通訊的網絡口。利用Shot ProⅡ編碼器需選擇串口，同時設置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編碼器通訊協議的設置

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

2、源驅動參數設置

啟動Peltong com manager程序，在source manager 菜單進行正常串口連接后，正常設置Geodetics大地測量參數，主要是填入測量給出的WGS-84坐標與當地坐標間的轉換參數， Scorpion 儀器和導航GPS采用的是WGS84格網坐標，一般測量給出的sps和sp1點數據文件是當地格網坐標，所以儀器輸入時要轉換一致，具體設置步驟為：在應用程序主窗口選擇源點管理器，設置大地基準測量，選擇所采用的橢球體，然后選擇正確的投影坐標系及正確的轉換參數。

（1）Source Datum（激發源基準面）窗口設置：點擊Source Manager->

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

Datum項：基準面選項，一般選擇BJ54；

Method項：根據需求選擇適當的轉換函數，并與填寫轉換參數相關（三參、七參等）；

Ellipsoid項：根據需要選擇橢球體；

Shifts To WGS84（X、Y、Z）項：填寫三轉換參數項（與后4項共為7轉換參數）；

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

圖5 Source Datum窗口設置

（2）Survey Coordinate System（測量坐標系統）窗口的參數設置：單擊Source Manager->Geodetics->Survey Coordinate System->Advanced，出現圖6窗口，主要功能是把基準參考圖投影到被選擇的基準面，即選擇正確的坐標系統。下面介紹重要的選項：

Group項：投影系統選擇；

System項：根據投影系統確定工區所在時區；

Liner Unit項：meters（單位）；

Origin Latitude項：0，是激發源緯度的范圍。

Origin Longitude項：工區所在的經度，數字前需要加字母E；

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

Scale factor項：1，比例因素，符合我國測量要求。

圖6 投影坐標系窗口的參數設置

3、Shot Manger窗口參數的設置

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

當Geodetics窗口設置正確后，在Shot Manger啟動方式選擇窗口中會出現Source Driven項可供選擇；按要求選擇合適的偏移半徑范圍，即SP Radius，最大值1000（米）；同時點擊Fire按鈕變為綠色的Run按鈕，儀器處于等待Shot ProⅡ傳回的GPS坐標數據狀態，如圖7所示。

圖7 Shot Manger窗口參數的設置

4、參數管理器的設置

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

（三）SCORPION儀器井炮源驅動操作

在上述流程設置完成后，整個采集系統源驅動進行調試。首先，在激發點進行坐標采集后充電（在安全距離外），儀器接收傳回的激發點坐標信息，儀器Shot Manager中顯示信息，主要有接收時間、譯碼器編號、傳回的激發點坐標、該坐標與觀察系統的定性比較、調用相關稿本、定量比較等信息。通常情況下，根據SP Distance顯示數值的大小情況一是確定原源驅動參數是否被正常調用，數值太大說明所設置的源驅動未被調用，需要檢查源驅動參數是否被保存；二是確定調用的源驅動參數是否合理，即基準面、投影面選擇是否正確；同時根據Status的信息確定Shot Manager中SP Radius設置是否合理。

六、試驗效果與結論

2012年8月底，在儀器服務中心進行SCORPION儀器與Shot ProⅡ遙爆系統的源驅動室內試驗，當設置好源驅動參數的SCORPION儀器接收到Shot ProⅡ傳回的激發點坐標，將自動調用Shot Manager中對應的稿本，自動完成起爆命令的發送、磁帶機記錄命令等操作；當下一激發點坐標傳回后自動采集操作流程。除開機后的第一炮需要點擊Fire按鈕變為綠色的Run按鈕，只要采集系統處于正常狀態，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，實現完整意義的源驅動。

七、結論

利用SCORPION儀器（與Shot ProⅡ）源驅動能自動完成炮點識別與調用、采集和記錄等操作，實現了完整的源驅動功能。