CN105592294B - 一种vsp激发炮群的监控*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种VSP激发炮群的监控***，属于地球物理勘探现场监控领域。该VSP激发炮群的监控***包括前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块、综合控制***、终端显示屏和计算机；所述前端摄像装置将VSP激发炮群现场情况拍摄成为模拟视频信号；所述数据传输***将所述前端摄像装置获得的模拟视频信号传输给所述影像几何纠正模块；所述影像几何纠正模块对模拟视频信号进行处理得到实时反演的地表数字正射影像，然后将其传输给影像拼接模块；所述影像拼接模块通过二维的纵横方向位移影像和重叠同名像点完成影像的拼接。

Description

一种VSP激发炮群的监控***

技术领域

本发明属于地球物理勘探现场监控领域，具体涉及一种VSP激发炮群的监控***，应用到VSP测井施工现场。在多头作业点同时进行，且存在危险品操作的特殊情景下，可以给出一个VSP激发炮群现场即时的地理空间情景。

背景技术

VSP(Vertical Seismic Profiling)，即垂直地震剖面，是一种地震观测***，它与通常地面观测的地震剖面相对应。垂直地震剖面方法是在地表附近的一些点上激发地震波，在沿井孔不同深度布置的一些多级多分量的检波点上进行观测。VSP的观测方式目前主要有零井源距(零偏)、非零井源距(非零偏)、WALKAWAY、3D-VSP等。和地面观测的地震剖面比较，VSP地面激发点集中，范围大，成群状，即炮群激发，安全状态较难控制。VSP现场监控，重点是激发炮群的现场监控。图1为零偏和非零偏地震观测***地面示意图。

常规VSP工程的现场监控，基本上是依靠人眼来完成。炮点的现场安全、下药接线、激发情况等通过无线电台向VSP数据采集中心的仪器车传递。炮手在激发时远离炮井50米以上，在地形起伏或树林密集地区视角更小，必须大范围拉警戒线、吹警哨来回跑动，提示靠近炮点的移动物的安全。在炮群激发时，炮点波及的范围更大，工作人员疲于奔命，严重影响工作效益并存在安全隐患。

在现在的VSP队中，有的在炮点的不同位置放置探头，由于范围大，没有进行多镜头拼接，不能完整地观察到整个炮群范围内的全景，且难以辨别实地的位置和北指向。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种VSP激发炮群的监控***，能在VSP测井工程施工中，动态监控激发炮群范围内的情况，实时反演地表情景的正射影像。影像可设置北指向功能。通过监控***显示终端，可以看到各个不同位置影像经过纠正后无缝拼接的效果，使得项目组技术人员和管理人员能直观地监控激发炮群空间的全貌，从而减少事故发生，提高工作效率。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种VSP激发炮群的监控***，包括前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块、综合控制***、终端显示屏和计算机；

所述前端摄像装置将VSP激发炮群现场情况拍摄成为模拟视频信号；

所述数据传输***将所述前端摄像装置获得的模拟视频信号传输给所述影像几何纠正模块；

所述影像几何纠正模块对模拟视频信号进行处理得到实时反演的地表数字正射影像，然后将其传输给影像拼接模块；

所述影像拼接模块通过二维的纵横方向位移影像和重叠同名像点完成影像的拼接；

所述综合控制***实现所述计算机对前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块之间的包括接口、通讯协议、输入输出在内的控制；

所述终端显示屏把数字数据转换成模拟信号在显示屏上进行显示。

所述前端摄像装置包括摄像机、变焦镜头、高精度GPS接收机、控制点；

所述摄像头通过内置CCD及辅助电路将现场情况拍摄成为模拟视频信号，经同轴电缆或无线传输；

所述高精度GPS接收机测量摄像头的三维坐标，作为影像解析的空间数据；

所述变焦镜头能够设置焦距值和高精度对焦；

所述控制点用作变焦镜头对焦。

在所述控制点上设置反光体，提高摄像机的对焦精度。

所述前端摄像装置进一步包括温度传感器、湿度传感器、云台、防护罩和解码器；

所述温度传感器、湿度传感器用于探测环境内的温度、湿度；

所述云台用于安装摄像头，实现拍摄角度的水平和垂直调整；

将摄像头和变焦镜头设置在所述防护罩内；

所述解码器能够实现使用微机接口经过软件控制变焦镜头、云台。

所述数据传输***包括视频分配器，用于视频数组分配，对前端摄像装置摄录的图像进行实时传输。

所述影像几何纠正模块将摄像头参数、高精度GPS接收机的GPS天线三维坐标和控制点的三维坐标作为输入，通过空间解析法纠正图像变形、比例缩放及北向指针，得到实时反演的地表数字正射影像。

在VSP激发群炮的四个角上均布设前端摄像装置，获得的四组影像相互之间设有百分之三十的重叠部分，作为搜索影像拼接时控制同名点的区域；四组影像同步向后台计算机传输数据。

所述图像拼接模块找到相邻影像之间的同名点并对准影像同名点，通过二维的纵横方向位移影像、重叠同名像点，完成影像的拼接。

对准影像同名点采用基于特征的影像配准或者基于灰度的影像配准；当采用基于影像特征配准时，调高视频的反差锐度，提高判断激发炮群区特征点的速度；当基于影像灰度配准时，降低视频锐度，使灰度层次增加，配准更精准。

所述终端显示屏包括采集仪器车监控屏、井场CEO监控屏和QHSE官员监控屏。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本***采用多镜头监控炮群，范围大，避免单镜头监控的地形死角。

2、通过空中几何解析法，变中心投影为正射投影，纠正画面的长度变形，统一视频影像之间的显示比例，使多镜头影像一体显示，画面整体感强，且影像具有北定向功能。

3、石油勘探野外资料采集中，地震激发涉及到很多安全因素。在VSP测井现场，炮群区有视频监控的条件和必要性。本发明通过多镜头的视频模拟信号，反演的VSP炮群区真实地形的正射影像，为野外数据采集仪器车、井场CEO和QHSE官员提供了监控的有力手段。

附图说明

图1VSP观测***地面分布示意图

图2VSP激发炮群监控***示意图

图3影像几何纠正的流程图

图4影像拼接模块的流程图

图5VSP炮群监控***的运作流程

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

激发炮群，是指VSP的观测方式中零井源距(零偏)、非零井源距(非零偏)的地面激发的阵列炮井。阵列的大小根据观测井段的距离、井中接收的点距和井中三分量检波器的数量而定。

1、VSP现场的监控***的组成

VSP现场的监控***由前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块、综合控制***、终端显示屏、计算机等组成，如图2所示，具体如下：

1)、前端摄像装置。主要包括摄像头、配套高精度GPS接收机、变焦镜头、温湿度传感器、云台、防护罩、解码器等。摄像头通过内置CCD及辅助电路将现场情况拍摄成为模拟视频信号，经同轴电缆或无线传输。高精度GPS接收机测量机位的三维坐标，作为影像解析的空间数据。变焦镜头可设置焦距值和高精度对焦。温、湿度传感器可探测环境内温度、湿度，从而保证内部良好的物理环境。云台、防护罩给摄像机和镜头提供适宜的工作环境，并可实现拍摄角度的水平和垂直调整。解码器是云台、镜头控制的核心设备，通过它可实现使用微机接口经过软件控制镜头、云台。

2)、数据传输***：视频分配器，用于视频数组分配。零偏炮群离VSP仪器设备采集车较近，采用同轴电缆传输；非零偏炮群离VSP仪器设备采集车3公里左右，采用无线方式传输。传输部分要求对前端摄像机摄录的图像进行实时传输，同时要求传输具有损耗小，可靠的传输质量。

3)、图像几何纠正模块，这是VSP监控***的关键部分。炮群点的1号、2号、3号、4号摄像机点(实际使用时，可以根据需要设置更多或更少的摄像机点，但一般4个是最优化的)位各配置一台高精度GPS接收机，并对应地面有一个控制点，用作摄像机对焦。摄像点和控制点都具有精确地三维坐标。在摄像机焦距确定的情况下，所摄图像的大小和几何变形是确定的。摄像机参数、GPS天线三维坐标和控制点三维坐标通过计算机软件控制模块输入，作为初始化参数。***启动后，摄像机四路实时模拟信号由视频分配器进入采集通道，并由专有技术转化为数字数据后进入计算机处理***。计算机处理软件通过空间解析法(空中解析法就是用全部都是已知量的式子来表达某个未知量。测量上通常用已知控制点坐标求解变形、误差和前后方交会点位置，从而反演变形前的空中位置)纠正图像变形、比例缩放及北向指针，得到实时反演的地表数字正射影像。在VSP激发群炮的四个角上布设四组摄像机(包括高精度GPS接收机和地面控制点)，四组影像相互之间设有百分之三十的重叠部分，作为搜索影像拼接时控制同名特征点的区域。四组影像同步向后台计算机传输数据。流程框图如图3。

4)、图像拼接模块。影像的拼接重点就是要找到相邻影像之间的同名点(又称同名特征点、同名像点，指地面上有明显特征的点位，在相邻影像上都存在的即为同名特征点)。通过二维的纵横方向位移影像，重叠同名像点，完成影像的拼接。对准影像同名点的过程这里暂且叫它为影像配准。影像配准的过程比较复杂，主要采用的算法有两种：

(1)、基于特征的影像配准。其基本思想是：首先用某种特征提取相邻影像中的点、线、面；然后对所提取的特征进行参数描述；最后以特征的参数值为依据进行同名特征点搜索，继而获得同名像点。这种方法的主要优点是：可以用一种快速的算法加以实现，而且出错和失去相关的可能性较小。主要不足是配准的精度较低，通常作为一种初相关，为精相关提供初值。

(2)、基于灰度的影像配准。它的主要特点是：基于待相关点所在的一个小区域的影像灰度来确定相邻同名像点。假设在左像上有一目标点，以它为中心取一个适当大小像素的目标区，目标区的中心像点即为目标点。把右像的重叠区域分成若干个搜索子区，根据左像上的目标点，通过比对各子区与目标区域的灰度分布，并计算相关数值，当相关数值取最大时，可确定左右影像的同名点。流程框图如图4所示。

5)、综合控制***：综合控制***是后台计算机控制各个***及模块之间的接口、通讯协议、输入输出等的软硬件技术。技术要求：数据交换流畅，接口之间无冲突。

6)、终端显示屏，把数字数据转换成模拟信号在显示屏上显示，技术要求为此领域的通用技术标准。终端显示屏包括图2中的采集仪器车监控屏、井场CEO监控屏和QHSE官员监控屏。

7)、计算机(即图2中的终端电脑控制)。能够流畅的运行操作***的通用计算机。计算机上安装影像处理软件、***控制软件、接口卡及驱动软件、大容量硬盘等。

2、VSP激发炮群监控***的运作流程如图5所示，包括以下步骤：

(1)检查设备电源，检查各个***模块的连接状态；

(2)控制台调节摄像头的方向，使焦点对准控制点高亮标志，读出焦距；

(3)将摄像头的GPS坐标、控制点坐标和焦距值输入参数窗口，初始化***；

(4)后台计算机软件，纠正视频变形。若地形条件造成影像缺失，则调整摄像头的位置；

(5)软件***快速算法确定相邻影像同名点，或精确算法确定相邻影像同名点；

(6)校准影像比例大小和北指针，二维方向位移使相邻影像同名点影像配准；

(7)VSP群炮四镜头一体正射影像初显、调试、试采集。

3、提高监控质量采取的措施

1)、炮群的四个摄像点尽量设在四个角，增大监控范围。

2)、增加相邻影像的重叠百分比，有利于同名特征点的选取。

3)、控制点上预设反光体，提高摄像机的对焦精度。

4)、基于影像特征配准时，调高视频的反差锐度，提高判断激发炮群区特征点的速度；基于影像灰度配准时，降低视频锐度，使灰度层次增加，配准更精准。

本发明的VSP激发炮群的监控***由前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块、综合控制***、终端显示屏、计算机等组成。根据摄像机GPS三维坐标、VSP激发炮群区域对应控制点的三维坐标和摄像机的焦距，用空中解析法纠正所摄影像的几何变形；利用相邻摄像机影像重叠部分的同名特征点，使两幅影像无缝拼接，得到完整的群炮区的正射影像。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种VSP激发炮群的监控***，其特征在于：所述VSP激发炮群的监控***包括前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块、综合控制***、终端显示屏和计算机；

所述前端摄像装置将VSP激发炮群现场情况拍摄成为模拟视频信号；

所述数据传输***将所述前端摄像装置获得的模拟视频信号传输给所述影像几何纠正模块；

所述影像几何纠正模块对模拟视频信号进行处理得到实时反演的地表数字正射影像，然后将其传输给影像拼接模块；

所述影像拼接模块通过二维的纵横方向位移影像和重叠同名像点完成影像的拼接；

所述综合控制***实现所述计算机对前端摄像装置、数据传输***、影像几何纠正模块、影像拼接模块之间的包括接口、通讯协议、输入输出在内的控制；

所述终端显示屏把数字数据转换成模拟信号在显示屏上进行显示；

其中，所述前端摄像装置包括摄像机、变焦镜头、高精度GPS接收机、控制点；

所述摄像头通过内置CCD及辅助电路将现场情况拍摄成为模拟视频信号，经同轴电缆或无线传输；

所述高精度GPS接收机测量摄像头的三维坐标，作为影像解析的空间数据；所述变焦镜头能够设置焦距值和高精度对焦；

所述控制点用作变焦镜头对焦。

2.根据权利要求1所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：在所述控制点上设置反光体，提高摄像机的对焦精度。

3.根据权利要求2所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：所述前端摄像装置进一步包括温度传感器、湿度传感器、云台、防护罩和解码器；

所述温度传感器、湿度传感器用于探测环境内的温度、湿度；

所述云台用于安装摄像头，实现拍摄角度的水平和垂直调整；

将摄像头和变焦镜头设置在所述防护罩内；

所述解码器能够实现使用微机接口经过软件控制变焦镜头、云台。

4.根据权利要求3所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：所述数据传输***包括视频分配器，用于视频数组分配，对前端摄像装置摄录的图像进行实时传输。

5.根据权利要求4所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：所述影像几何纠正模块将摄像头参数、高精度GPS接收机的GPS天线三维坐标和控制点的三维坐标作为输入，通过空间解析法纠正图像变形、比例缩放及北向指针，得到实时反演的地表数字正射影像。

6.根据权利要求5所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：在VSP激发群炮的四个角上均布设前端摄像装置，获得的四组影像相互之间设有百分之三十的重叠部分，作为搜索影像拼接时控制同名点的区域；四组影像同步向后台计算机传输数据。

7.根据权利要求6所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：所述影像拼接模块找到相邻影像之间的同名点并对准影像同名点，通过二维的纵横方向位移影像、重叠同名像点，完成影像的拼接。

8.根据权利要求7所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：对准影像同名点采用基于特征的影像配准或者基于灰度的影像配准；当采用基于影像特征配准时，调高视频的反差锐度，提高判断激发炮群区特征点的速度；当基于影像灰度配准时，降低视频锐度，使灰度层次增加，配准更精准。

9.根据权利要求1所述的VSP激发炮群的监控***，其特征在于：所述终端显示屏包括采集仪器车监控屏、井场CEO监控屏和QHSE官员监控屏。