Scorpion仪器与SHOTPROII实现井炮源驱动设计方案

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摘 要：本文重点介绍了scorpion仪器与shotproii源驱动的参数设置及其关联参数的含义，并成功试验了源驱动采集，最终沉淀出Scorpion仪器与SHOTPROII实现井炮源驱动设计方案，为地震仪器技术人员提供参考。

关键词：Scorpion仪器；SHOTPROII编码器；源驱动；

中图分类号：S731 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-07-00-03

源驱动是SCORPION仪器上高效采集模块，其主要功能：控制激发点精度、自动响应预备信号、自动采集提高施工效率和资料品质。SCOPION源驱动技术在可控震源上已经得到了很好的应用，因此在井炮源驱动施工中可以借鉴与应用。

一、技术概述

（一）实现途径

Scorpion仪器井炮源驱动主机采用两种通讯方式：仪器通过应用程序中的Source control菜单选择设置，使用Shotpro II做编码器时，采用串口通讯连接；使用Vibpro做编码器时，采用网口通讯连接。而Aries及G3均采用RTI串行通讯进行控制和数据交换。

GPS接收方式在仪器源驱动中根据不同精度要求通常可采用三种方式：带基准站的局域差分、不带基准站的广域差分和不带差分的GPS.

（二）SCORPION仪器与SHOTRPOII实现源驱动工作过程

SCORPION仪器能够与SHOTPROII实现源驱动的基本条件是：SCORPION仪器与SHOTPROII良好的通讯环境和软件的兼容性，仪器可以充分利用SHOTPROII传输的PFS报告的详尽信息。SCORPION仪器与SHOTRPOII实现源驱动的工作过程为（如图1所示）：

1、SHOTPROII译码器通过其内置或外置GPS设备，采集目标激发点GPS坐标。

2、译码器在充电时将包含BOX ID、CREW、GPS数据等信息的PFS报告通过无线电台发生制仪器车内的SHOTPROII/VIBPRO编码器。

3、SHOTPROII/VIBPRO编码器将收到的PFS报告解编并通过串口发送到主机。

4、主机根据预先设置好的投影参数将收到的WGS84坐标转换为当地的平面投影坐标，然后根据设定的炮点半径在有当地平面坐标的SPS文件中查找符合要求的激发点，并进行以下处理：

（1）如果找到多个（大于1个）符合要求的炮点，系统将提示相应信息。此时表明原设定的误差半径过大，需要修改（系统默认值为10米）。

（2）如果没有找到符合要求的炮点，系统将提示相应信息，此时操作员应检测设置的误差半径和收到的点位坐标信息。

（3）如果找到1个符合要求的炮点，系统将自动将该炮点激活，并根据收到的BOX ID、CREW等信息通知编码器想发送该点位信息的SHOTPROII译码器发出启爆指令。

（4）SHOTPROII译码器接收到启爆指令后进行激发，激发后将井口信息传回编码器，从而进入记录。

图1 SCORPION仪器与SHOTPROII实现源驱动过程示意图

二、设备和技术要求

（一）编译码器软硬件要求

SHOTPROII译码器必须带有内置或外置GPS设备，可有效采集炮点GPS数据。

（二）设备的连接

1、采用VibPro做编码器连接时，早期的Vibpro是将串口Com3连接到仪器的Gui计算机的com2口，新型的Vibpro是将网口连接到仪器的Gui计算机的第一网口（网址172.16.16.17/172.16.16.11），之间再连接135434连线，如图2所示。

图2 VIBPRO编码器与SCORPION仪器连接图

2、采用shotpro II 做编码器与仪器连接时，首先将通讯串口连接到仪器的Com2，然后连接连线169079.如图3所示。

图3 SHOTPROII编码器与SCORPION仪器连接图

四、SHOTPROII遥爆系统参数设置

（一）SHOTPROII编码器参数设置

将SHOTPROII设置为编码器，按C DATA ENTRY菜单键 ，进入1、JOB PROFILE（工作方式），选择4、ENC TYPE为SHOTPRO方式，选择6、RECSYSTEM为OTHER， 在C菜单的2.RADIO CONTROL MENU（电台控制菜单）中设置正确的START DLY（电台启动延迟）和RAD REF DLY（电台参考延迟）时间以及MICPOLARITY（麦克极性）、SPKRPOLARITY（喇叭极性）。参数设置完成后返回主菜单，按A两次，进入编码器预备菜单，准备放炮。

（二）SHOTRPOII译码器参数设置

将SHOTPROII设置为译码器，按C DATA ENTRY菜单键，进入1、JOB PROFILE（工作方式），设置正确的BOX#、CREW#，将COMM MODE（通讯方式）设置为ADVII，在C菜单的2.RADIO CONTROL MENU（电台控制菜单）中设置正确的START CODE（与编码器相同）。参数设置完成后，返回主菜单，首先采集炮点信息：

1、炮手到达炮点后将GPS天线置于炮点位置，炮手按译码器面板上的“E”键进入GPS菜单，译码器屏幕可显示目标点的位置；

2、按译码器面板上的“

3、按译码器面板上的“>”键，停止采集GPS数据；

5、按译码器面板上的“B”键，返回主菜单，按 “A”键进入放炮菜单，按下充电按钮。这时SHOTPRO II译码器自动将采集到的GPS数据发送到编码器，等待编码器点火指令。

五、scorpion 仪器设置与操作

仪器应用软件采用4.1.1.16版本完全支持源驱动功能，正确设置就能正常使用。首先建立一个井炮的勘探项目数据库，除以下提及的参数外，其它参数均按正常井炮设置。

（一）SCORPION仪器采集系统源驱动观测系统的建立

1、物探测量坐标转换参数

求取的转换参数通常有三参（DX、DY、DX）和七参（DX、DY、DZ、RX、RY、RZ、Scale ）两种形式，七参较难求取，利用三参完全可以满足当前石油勘探的需求。同时，还需取得施工区的经纬度和时区。

2、地震数据采集系统坐标要求

遥爆系统中的译码器设备需具有内置或外置的GPS设备，用于采集激发点的地面坐标；仪器装载的SPS文件应具有检波点和源点的坐标，且该坐标符合SCORPION仪器要求的格式，便于与激发点传回的实际测量坐标进行比对；整个数据采集系统及无线通讯均处于正常工作状态。

3、建立观测系统

按照正常程序装载带有坐标信息的SPS文件，设置相关参数和流程使整个采集系统处于以常规方式可以采集的状态。

（二）SCORPION仪器内部参数设置

1、SCORPION仪器与Shot ProⅡ编码器通讯协议的设置

点击SCORPION主菜单Source Manage中的Connect（连接），显示如图4窗口，该窗口提供了用于Shot ProⅡ编码器通讯的RS232串口和一个用于Vib Pro编码器通讯的网络口。利用Shot ProⅡ编码器需选择串口，同时设置Port （端口）为Com 2，Baud Rate（波特率）为19200 ， Encoder（编码器）类型为 Shot ProⅡ。

图4 SCORPION仪器与Shot ProⅡ编码器通讯协议的设置

上述设置完成后测试整个采集系统，确保利用Shot ProⅡ编码器的采集系统处于正常工作状态。

2、源驱动参数设置

启动Peltong com manager程序，在source manager 菜单进行正常串口连接后，正常设置Geodetics大地测量参数，主要是填入测量给出的WGS-84坐标与当地坐标间的转换参数， Scorpion 仪器和导航GPS采用的是WGS84格网坐标，一般测量给出的sps和sp1点数据文件是当地格网坐标，所以仪器输入时要转换一致，具体设置步骤为：在应用程序主窗口选择源点管理器，设置大地基准测量，选择所采用的椭球体，然后选择正确的投影坐标系及正确的转换参数。

（1）Source Datum（激发源基准面）窗口设置：点击Source Manager->

Geodetics->Source Datum ，显示如图5所示窗口（以七个转换参数为例），该窗口提供了测量体系、时间变化、选择数据及转换参数的写入等选项。下面介绍重要选项：

Datum项：基准面选项，一般选择BJ54；

Method项：根据需求选择适当的转换函数，并与填写转换参数相关（三参、七参等）；

Ellipsoid项：根据需要选择椭球体；

Shifts To WGS84（X、Y、Z）项：填写三转换参数项（与后4项共为7转换参数）；

Prime Meridian Shift Form Greenwich项： 一定是“0”，本初子午线变换为格林威治时间。

图5 Source Datum窗口设置

（2）Survey Coordinate System（测量坐标系统）窗口的参数设置：单击Source Manager->Geodetics->Survey Coordinate System->Advanced，出现图6窗口，主要功能是把基准参考图投影到被选择的基准面，即选择正确的坐标系统。下面介绍重要的选项：

Group项：投影系统选择；

System项：根据投影系统确定工区所在时区；

Liner Unit项：meters（单位）；

Origin Latitude项：0，是激发源纬度的范围。

Origin Longitude项：工区所在的经度，数字前需要加字母E；

False Easting（m）项：500000米（针对我国），是坐标纵轴向西移动500公里，满足我国测量规定；

Scale factor项：1，比例因素，符合我国测量要求。

图6 投影坐标系窗口的参数设置

3、Shot Manger窗口参数的设置

放炮管理器启动方式选择源驱动，按要求指定合适的偏移半径范围，生产方式一般选择正常，启动触发方式选择源驱动。这样在接到炮点来的Ready 信号并判断符合偏移半径要求时便自动选择炮点，手动放炮采集（震源可自动扫描采集）。

当Geodetics窗口设置正确后，在Shot Manger启动方式选择窗口中会出现Source Driven项可供选择；按要求选择合适的偏移半径范围，即SP Radius，最大值1000（米）；同时点击Fire按钮变为绿色的Run按钮，仪器处于等待Shot ProⅡ传回的GPS坐标数据状态，如图7所示。

图7 Shot Manger窗口参数的设置

4、参数管理器的设置

将源关联参数（Source Association）、源控制参数（Source Controller Params）、扫描描述（Sweep Description）和炮点组参数（Fleet Profiles）设置正确，特别是多个炮点施工时，分别将不同爆炸机编号编入所指定组，选择Anyfleet 绑定采集观测点。

（三）SCORPION仪器井炮源驱动操作

在上述流程设置完成后，整个采集系统源驱动进行调试。首先，在激发点进行坐标采集后充电（在安全距离外），仪器接收传回的激发点坐标信息，仪器Shot Manager中显示信息，主要有接收时间、译码器编号、传回的激发点坐标、该坐标与观察系统的定性比较、调用相关稿本、定量比较等信息。通常情况下，根据SP Distance显示数值的大小情况一是确定原源驱动参数是否被正常调用，数值太大说明所设置的源驱动未被调用，需要检查源驱动参数是否被保存；二是确定调用的源驱动参数是否合理，即基准面、投影面选择是否正确；同时根据Status的信息确定Shot Manager中SP Radius设置是否合理。

六、试验效果与结论

2012年8月底，在仪器服务中心进行SCORPION仪器与Shot ProⅡ遥爆系统的源驱动室内试验，当设置好源驱动参数的SCORPION仪器接收到Shot ProⅡ传回的激发点坐标，将自动调用Shot Manager中对应的稿本，自动完成起爆命令的发送、磁带机记录命令等操作；当下一激发点坐标传回后自动采集操作流程。除开机后的第一炮需要点击Fire按钮变为绿色的Run按钮，只要采集系统处于正常状态，第一炮采集后均不需人工操作，仪器完全处于被动接收命令状态，实现完整意义的源驱动。

七、结论

利用SCORPION仪器（与Shot ProⅡ）源驱动能自动完成炮点识别与调用、采集和记录等操作，实现了完整的源驱动功能。