一种三维观测系统方位角的计算方法与流程

本发明涉及石油地震勘探采集领域，具体的将，涉及一种三维观测系统方位角的计算方法。

背景技术：

在三维地震勘探的设计工作中，观测系统方位角的精确计算是面元属性分析的关键技术。采用单线拟合再求平均的传统计算方法与实际情况存在较大误差，准确性难以保证。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种三维观测系统方位角的计算方法，来实现高效、准确的方位角求取。

为了实现上述目的，本发明的提供了一种三维观测系统方位角的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括：a、加载sps数据，提取检波点的个数n和坐标值，在所有检波对的坐标值中选取最小横坐标xmin和最小纵坐标ymin，所有检波点的横坐标值减去最小横坐标xmin，所有检波点的纵坐标值减去最小纵坐标ymin，获得第一系列检波对；b、将所述第一系列检波对按照点线号进行排序，得到呈一维分布的第二系列检波对(xn，yn)；c、在搜索范围[β，γ]内确定搜索角度α，其中，0°≤β＜γ≤180°，搜索步长为θ，0＜θ≤γ-β，搜索角度α根据式1确定，式1为：α＝β+mθ，m的取值范围为1至(γ-β)/θ之间的整数；d、对于任一搜索角度，根据式2计算第二系列检波对的拟合值，式2为：dn-1＝|cosα×(yn-yn-1)-sinα×(xn-xn-1)︱，其中，n为大于1的自然数，且n≤n；e、剔除d1至dn-1中的数值异常的拟合值，得到有效拟合值，搜索角度α所应对应的所有有效拟合值求和得到搜索角度α对应的拟合结果；f、依次计算所有搜索角度对应的拟合结果，并将所有拟合结果中最小值对应的搜索角度作为三维观测系统方位角δ。

与现有技术相比，本发明的三维观测系统方位角的计算方法的计算效率能够提高一倍以上，计算精度也大幅提高。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了三维观测系统方位角的计算流程示意图。

图2示出了检波点坐标位置调整前后对比图。

图3示出了确定搜索角度步骤的示意图。

图4示出了检波对拟合值d1的计算示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的三维观测系统方位角计算方法。

sps数据(shellprocessingsupportformat)，地震勘探辅助数据sps格式简称sps格式，是将地震队采集的地震勘探辅助数据作为一种通用的标准(格式)进行存储格式。sps数据记录由接收点文件、炮点文件、关系文件和注释文件等四个文件组成。

本发明提出了一种基于全角度自动搜索的三维观测系统方位角自动计算技术，该技术采用角度搜索的办法，可利用0～180度的每个角度与观测系统中的测点进行匹配，最终计算出与测点角度最近似的角度，该角度即为方位角。

本发明的三维观测系统方位角的计算流程如图1所示，本发明的技术方案包括：

(1)检波点坐标调整技术。加载sps数据，提取检波点的个数与坐标值，计算所有检波点中最小坐标值xmin、ymin，调整观测系统坐标边界到0点位置。

(2)全角度自动搜索技术。按照点线号把二维检波点数组排列成一维数组，采用步长为某固定角度计算检波对的拟合值，对所有检波对的拟合值求和，得到各角度的拟合结果。

(3)方位角精确计算技术。从所有拟合结果中取最小值，该值对应的角度为方位角初始值，再采用更小的步长对初始值方位角进行精细搜索，确定最终的方位角值。

根据本发明示例性实施例的三维观测系统方位角计算方法可包括步骤：

a、加载sps数据，提取检波点的个数n和坐标值，在所有检波对的坐标值中选取最小横坐标xmin和最小纵坐标ymin，所有检波点的横坐标值减去最小横坐标xmin，所有检波点的纵坐标值减去最小纵坐标ymin，获得第一系列检波对。其中，所有检波对的坐标值中减去最小横坐标和最小纵坐标，即将观测系统坐标原点的位置调整至坐标点(xmin，ymin)，如图2所示，图2为检波点坐标位置调整前后对比图，图中括号内的数值不代表坐标值，这里仅仅用二维数组代表编号。

b、将第一系列检波对按照点线号进行排序，得到呈一维分布的第二系列检波对(xn，yn)；检波点在坐标系统中是按行列二维排列的，这里把它排列成一维数组是方便程序中计算，此处类似教室里面的学生，是按每排每列坐到某个座位的，现在需要把学生拉到操场上按照顺序排成一排。

c、在搜索范围[β，γ]内确定搜索角度α，其中，0°≤β＜γ≤180°，搜索步长为θ，0＜θ≤γ-β，搜索角度α根据式1确定，式1为：α＝β+mθ，m的取值范围为1至(γ-β)/θ之间的整数。图3示出了确定搜索角度步骤的示意图，即在三维观测系统中，将x正方向逆时针进行旋转，角度从β～γ，采用步长为θ确定搜索角度α；其中，图3中括号内的数值不代表坐标值，仅仅用二维数组代表编号。优选的，β＝0°，γ＝180°，步长θ可为1°～5°，此时进行粗算，当θ取5°时，计算结果更粗，当θ＝1°时，搜索角度可为0°、1°、2°...180°，即从x正方向逆时针进行旋转，角度从0～180度，采用步长为1度可确定搜索角度α为0°～180°之间的整数角度。

d、对于任一搜索角度，根据式2计算第二系列检波对的拟合值，式2为：dn-1＝|cosα×(yn-yn-1)-sinα×(xn-xn-1)︱，其中，n为大于1的自然数，且n≤n。其中，dn-1对应的是(xn-1，yn-1)与(xn，yn)两点之间的计算结果值，反映当前角度与两个检波点对应角度的吻合情况；如图4所示，图4示出的是(x1，y1)与(x2，y2)两个点之间的计算结果值，图4中括号内的数值代表坐标值。

e、剔除d1至dn-1中的数值异常的拟合值，得到有效拟合值，搜索角度α所应对应的所有有效拟合值求和得到搜索角度α对应的拟合结果。其中，数值异常的拟合值可指数值明显大的拟合值。

f、依次计算所有搜索角度对应的拟合结果，并将所有拟合结果中最小值对应的搜索角度作为三维观测系统方位角δ。根据前面公式(即式2)，当某个搜索角度与观测系统方位角最接近的时候，计算的d值是最小的，把所有d加起来对应的数值也是最小的，由图4的示意图就知，当搜索的角度刚好与两个点组成的角度一致时，计算获得的d为0，若两者之间的角度差距越大，则d值越大。

在本实施例中，剔除d1至dn-1中的数值异常的拟合值，得到有效拟合值的步骤包括：将拟合值d1至dn-1按数值大小从小到大排序，取排列前x个的拟合值作为有效拟合值，x/(n-1)等于92％～97％。由于呈一维分布的第二系列检波对是将第一系列检波对按照点线号进行排序后得到的，相邻两列中上一列的最后一个点与下一列中的第一个点链接时，拟合值d值会比较大，此点为异常点，所以需要剔除掉，取以上范围是一个经验值，但最好不要取太大，比如98％，这样异常点可能不会完全被剔除，也不要取太小，这样可能会删除过多的有效值。

在本实施例中，所述计算方法还包括步骤：在所述三维系统方位角的精细搜索范围[β′，γ′]内，进行步骤d、e和f，精准搜索确定更精准的三维系统方位角；其中，β＜β′≤δ≤γ′＜γ，精细搜索的步长为θ′，0＜θ′≤γ′-β′，精准搜索角度α′根据式3确定，式3为：α′＝m′θ′+β′，m′的取值范围为1至(γ′-β′)/θ′之间的整数。精细搜索的步长θ′可为0.01°～0.1°，精细搜索范围[β′，γ′]可根据之前粗算确定的三维观测系统方位角δ来确定，例如当方位角δ为86度时，在精算部分，我们从85度到87度范围，采用0.01的步长，采用同样的方法再进行计算，获得更精细的结果。

根据本发明的另一个实施例，所述三维观测系统方位角的计算方法可包括以下步骤：

1、检波点坐标调整

加载sps数据，提取检波点的个数与坐标值，计算所有检波点中最小坐标值xmin、ymin，调整观测系统坐标边界到0点位置(图2所示)。

2、全角度自动搜索

按照点线号把二维检波点数组排列成一维数组，从x正方向逆时针进行旋转，角度从0-180度，采用步长为1度计算检波对的拟合值，

公式1：d＝y(2)-y(1)＝|cosa*(y2-y1)-sina*(x2-x1)|

从而获得n个检波点对的d1,d2,d3,d4………dn值，对d进行从小到大排序后，取前95％为有效值(这样可以剔除不同线之间跨度比较大的d值)。

再对所有检波对的拟合值求和，得到各角度的拟合结果。

公式2：s＝d1+d2+d3+d4………+dn

各个角度计算一个s值，最后取s值最小的对应角度为该观测系统方位角。

3、方位角精确计算

从所有拟合结果中取最小值，该值对应的角度为方位角初始值，再次采用上述算法，取更小的步长对初始值方位角进行精细搜索，确定最终的方位角值。

综上所述，本发明的三维观测系统方位角的计算方法能够实现高效、准确的方位角求取，提高生产效率；与传统技术相比，本发明的计算效率提高一倍以上，计算精度也大幅提高，为观测系统的网格划分及面元属性分析打下基础，满足了三维观测系统设计的需要，在野外采集项目中具有广泛的应用前景。