定位数据的地震勘探论文范文

1异常值剔除

1．1数值中值法对N（N＞1）个连续的观测值样本进行排序取中间值。若样本数量为奇数，中间值为第（N＋1）／2个值；若样本数量为偶数，中间值为第N／2个值与第（N＋1）／2个值的平均值。对比样本中每个观测值与中间值，如果大于设定的阈值，则该观测值被视为异常值予以剔除。数值中值法的优点是中值不受异常值影响，能合理地反映样本数据的范围，适用于检测变化幅度相对稳定的观测值，如在海况良好的情况下存在少量跳变的罗盘值、罗盘鸟深度、水深值、尾标角度和距离等［4］。

1．2梯度中值法对N（N＞2）个连续的观测值样本中相邻两炮时间间隔和数值为要素组成的梯度进行排序后取中间值。样本中每个梯度值绝对值与中间值进行对比，如果某观测值与其前一个及后一个观测值组成的梯度均大于设定的阈值，则该观测值被视为异常值予以剔除。梯度中值法适用于变化比较频繁的观测值。在海况不佳的情况下，该方法可应用于GPS、罗盘鸟罗盘、测深仪、尾标角度和距离等［4］。

1．3梯度法块处理在N（N＞3）个连续观测值中存在多个连续异常值的情况称为异常数据块。对相邻两炮观测值n1和n2计算梯度，如果大于阈值，则计算n1和n2以后观测值的梯度。如果n1和nm梯度在阈值内，以nm为起点继续计算直至遍历所有观测值。反方向再重复上述过程。若正反方向均符合块异常条件，则予以剔除［4］。据笔者多次后处理观察发现，GPS、测深仪、尾标角度和距离观测值均出现过数据块异常的情况，后处理人员应该先了解原始数据特点再选择处理方法。

2低通维纳滤波

假设x（t）为信号的真值，n（t）表示噪声，t表示时间，实际观测到的信号是X（t）＝x（t）＋n（t）。利用维纳滤波器从实测信号X（t）中尽可能滤掉噪声n（t），即根据X（t）求出x（t）的最优估值＾x（t），＾x（t）是在均方误差的数学期望E［x（t）－＾x（t）］取极小意义下的一种估值。低通维纳滤波用于去除信号中存在的高频噪声，保留低频信息。当测船沿着测线作业时，各观测值会在理论值一定范围内动态变化，可将其整体变化状态看作一个随机的低频信号，其受到海风、洋流以及船动态影响导致的瞬时变化可看作高频噪声。截断频率的选择依据海况、设备特点和状态而定。正常情况下罗经和测深数值不进行滤波处理。图2为含有异常值和高频噪音的水鸟罗盘值（RAW）。图3为剔除异常值再进行滤波后的结果（PRO－CESSED），处理后的罗盘值与其前后2个罗盘值以及相应炮号范围（横坐标）的电缆羽角趋势接近，达到了优化的目的。

3内插与外延

对连续观测值中间缺失的数据以一定算法进行插值称为内插，连续观测值两端缺失数据的插值方法称为外延。可用的方法包括线性插值法和多项式插值法。对于插值量较小的地方，例如剔除异常值后的数据空白，使用线性插值不失为最简单有效的方法。使用多项式插值时，为了良好地反映地形趋势，构成多项式的数据需选自缺失数据两端，而且数量均不少于缺失数量的一半。多项式次数不宜大于4次，因为次数越高，多项式越容易变形。如果综合导航系统具有记录测线开始前和测线结束后所有观测值的功能，相应数据将作为外延插值基础数据使用。对于罗盘鸟数据，插值参数无须设置过大，质量太差的应该全部舍弃，Sprint（导航定位后处理系统）将采用样条曲线方法依据相邻的罗盘鸟数值对其进行重构；尾标定位角度变化率较为稳定，尾标定位距离变化范围小，两者的插值范围可适当放大；测深仪受海况、地形等外部条件影响，数据容易失真甚至丢失，插值结果往往不能反映真实地形，笔者建议从地震资料中提取放炮和接收时间，由时间差和几何关系推算的共反射点深度来进行替代。

4赋权

处理P2／94原始文件需要对每条完整测线的每个观测值设置前置方差。前置方差值是对观测值精度和置信度的估计，其平方的倒数作为观测值权重参与平差解算。权重的取舍直接影响平差的精度，笔者总结了3种方差选择依据以供参考。①仪器检校误差，检校工作分为自检和送专业机构年度检测；②相关研究结果；③设备标称精度。在实际作业过程中，同种设备由于受个体性能、外部环境等因素影响，不同个体数据质量不尽相同，应根据噪音或跳变情况调整其方差值，比如靠近震源的罗盘鸟受震动影响大，最后一个罗盘鸟受水流冲击大，它们的权值就应比其它罗盘鸟权值低；因为数据质量太差而被舍弃，后经样条方法重构的罗盘鸟，权值也需要降低。需要注意的是，尾标角度方差σTB与缆长L、尾标距离方差σTR密切相关，推算公式如下。

5网络平差和缆形计算

通过网络平差可以得到传感器、关键参考点、共反射点的坐标；通过缆形公式可以计算出每个接收道的坐标。这些坐标信息连同时间信息、深度信息共同构成了导航定位数据，保存在输出的P1／90文件中。单缆二维作业的定位网络模型通常包括DGPS、罗经、电缆首末道相对船参考点理论位置、尾标定位距离与方位。以每一炮经过优化和赋权的原始观测值作为初值，运用最小二乘原理计算测船、震源、电缆首尾接收道、尾标等参考点平差改正值。如果改正值大于预设的阈值，把改正后的初值再次计算改正值，这样反复迭代直到改正值小于阈值，才认为平差计算完全收敛。缆形计算的目的是推算接收道位置。每个罗盘鸟提供的罗盘值与其在电缆上的位置共同构成缆形计算的原始数据。以电缆首道参考点、电缆末道中心、尾标的网络平差值作为固定值，根据电缆受海水拉力后实际长度和罗盘角度从两端向中间推算罗盘鸟位置。Sprint系统提供了2种缆形构造方法：（1）圆弧法在相邻2个罗盘鸟之间，以两罗盘角度为切角构造圆弧，每段圆弧的变动不影响其他圆弧形状，比较适用于受不规则洋流影响的电缆形状计算；（2）多项式法以罗盘鸟位置为已知点构造多项式，多项式次数不能大于一半罗盘数量。大多数情况下，多项式法是圆弧法的检核手段。图4为连续多炮电缆排列形态的组合。图4a由综合导航系统自生成，由于主DGPS系统出现短暂故障导致的整体错位尚未得到纠正；圆圈处为尾标定位数据出现跳变，致使电缆长度计算错误。采用工作状态正常的副DGPS系统数据，再去除尾标定位跳变数据，重新平差的结果如图4b所示，可见经过处理后的电缆长度合理，形状衔接正确。

6总结

后处理是建立在可靠的原始数据基础上的数据优化手段。有效独立的观测值数量越多，冗余度越大，平差网络就越稳固。例如，配备至少3套不同的DGPS定位系统，如果有一套出错或失效，综合导航系统可以自动识别并停止使用；震源定位系统和电缆定位系统比依赖罗经、罗盘鸟提供方位，使用固定偏移距推算结果更精确；如果想得到精度更高的接收道位置，还可以在电缆上添加声学测距装置［9］。后处理人员的处理经验和分析判断也是影响处理结果的重要因素。异常值剔除算法运行前后均需处理人员的预判和检查，避免误删数据。在权重配赋方面，动态观测值的权使用固定值并不恰当，如何设计动态赋值算法并使用在后处理中，是一个值得探讨的问题。重点关注网络平差报告中残差、单位方差、误差椭圆等指标，如果指标值不正常，须找到相应炮号的各观测值数据寻找问题，重新处理和平差，如此反复进行直至指标正常，一条测线的后处理工作才得以完成。

作者：朱振华宋来勇单位：广州海洋地质调查局