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[摘要]海底电缆采用机械放缆方式将电缆连同检波器铺设到海底，由导航系统记录下检波器离开放缆船的位置，作为一次定位结果。声学二次定位需要由放缆时导航系统记录的检波点位置坐标、声学应答器地址，声学应答器与检波器位置关系文件，这些信息都是放缆完成后导航系统产生的，因此声学二次定位需要电缆施放完成后方能进行。本文介绍一种通过模拟放缆产生和前绘相同的检波点坐标文件，再通过手动输入声学应答器地址、关系文件的方法，在放缆过程中，同步进行声学二次定位。
[关键词]一次定位 声学二次定位 应答器地址 关系文件 前绘 同步声学二次定位
[中图分类号] 042 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-10-133-2
1引言
浅海地区是海上和陆地的过度带，受潮流等因素影响，其浅层地质条件极为复杂。该地区蕴藏着丰富的能源，多波地震勘探技术的应用能够适应该地区的特点，其前景一片光明。在浅海过度带的地震勘探中，通过机械放缆的方式将四分量检波器铺放到海底，电缆入水后会受到水流，潮汐，以及放缆船的机械拖带作用的影响，使检波器很难铺放到前绘位置点上。目前二次定位的方法主要有声波定位和初至波定位，初至波定位需要电缆整條放完，还要接到仪器船由仪器记录，时间长、效率低。因此用声学二次定位确定检波点在海底的准确位置是非常快捷、实用的方法。
放缆船以2节的船速施放一条6公里电缆需要2小时，放缆完成后对电缆进行声学定位需要2小时，收起一条6公里电缆需要1.5小时。一旦电缆施放到海底的位置与前绘差别较大，收缆重放至少要耽误7个小时，严重影响施工质量和施工效率，因此有必要在放缆过程中对电缆进行定位，为放缆工作提供参考，提高放缆成功率。
2 声学二次定位原理
2.1声学定位原理
声学二次定位原理是一种圆—圆定位方法，它利用勘探船上装载的GPS以及实时导航系统提供的声学探头的位置，再通过其它方法测定声学探头到声学信标之间的距离，以声学探头的位置为圆心，以测定的距离为半径画圆。应用两个声学探头的位置点画出的两个圆能够确定出两个交点，其中之一就是声学信标的位置。再有第三个声学探头位置点就可以排除其中一个交点，三个圆的交点即为声学信标的实际位置。理论上需要4个点就能够对空间一点进行定位，但在实际工作中需要更多的点提供冗余计算，再通过最小二乘法拟合确定出声学信标在海底的实际位置，利用线性内插即可求出检波点在海底的准确位置。
2.2声学二次定位方法
声波定位是一种测距定位。在进行定位时，定位船的声学探头发出声波脉冲，经海水传播，与检波器捆绑在一起的声波应答器（每道检波器旁安装有一个声波接收器）接收到询问信号后，给声学探头发出应答信号，如图2-2声学定位示意图。导航定位系统记录下包括声波发射器坐标、开始发射信号的时间和接收器的响应时长等数据。每一组声学定位测线都有一系列的数据被记录下来。
二次定位过程中，声波发射器探头会发出一系列的响应声波信号，声波发射器探头在第j个点处的声波发射时刻为tj，第i个声学应答器接收到第j个发射点的声波信号的时刻为ti， 如果测得声波在水中传播的速度为ν，就可计算出接收声波信号的第i个声学应答器到第j个发射点的距离γ。设第i个声学应答器的直角标为（xi，yi），第j个发射点的坐标为（xj，yj）， 就可得到以下的方程式：
式中：i =1，2，3，… ； j=1，2，3，… 。对于某一声学应答器，利用迭代方法解出（xi，yi）则可得出声学应答器i的坐标位置，然后根据声学应答器到检波器的偏移距算出检波器的实际位置。但该方程必须满足条件j≥3，也就是一个检波点必须接收到三个声源点的有效声波信号才能解出检波点的坐标位置；j≥4 时，就能比较精确地解出检波点坐标位置。而当j<3时，此方程组有不确定解。每个检波点通常都可接收来自一系列声源点的声波数据。在每条定位线作业完成后，这些数据经声波定位系统软件进行统一计算处理，得出该条测线上所有有足够多有效数据的检波点（也就是能得到唯一解的检波点），再进一步算出其坐标值。由于数据丢失或其它因素造成某一检波点数据不足时，该点则为无解点，但其二次定位坐标可由相邻点的坐标经线性内插或二次曲线内插得到。
3条件分析与方法实现
3.1建立虚拟位置文件
放缆时，在后甲板放缆口处，RFID reader天线会扫描transponder（声学信标）的地址编码，系统会把声学信标记录到相应的检波点上，进行声学二次定位需要有放缆船导航系统产生的Aslaid文件。该文件是放缆完成时系统自动产生的，里面包含放缆线名、检波点桩号、水深、检波点坐标、入水时间。其中检波点桩号、水深、检波点坐标是声学定位必需的重要数据， Aslaid通过无线通讯系统MVRS传输到主导航。已知声学信标和检波点的相对位置关系，再通过对声学信标的定位，从而解算出电缆上检波点的坐标。这样就限制了声学定位必须是在整条电缆放完，且下线后主导航收到Aslaid文件后，才能进行声学二次定位。
3.2放缆过程中实现声学二次定位
实现在放缆过程中对电缆进行定位，需要的三个必要条件如下：
（1）利用导航系统模拟产生一个与前绘完全相同的Aslaid文件。
（2）在主导航系统中手动导入事先配好的声学信标与检波点的对应关系文件。
（3）定位系统里配置声学信标与检波点相应的距离关系。
在保证放缆船与定位船安全距离的前提下，就可以对刚入水的电缆进行声学定位。软件处理时，利用定位船记录的深度数据进行处理，得出电缆上检波点坐标。由于声学测距和返回时间都是准确的，所以得出的结果是可信的。经过大量实验证明这种方式得到的结果和正式结果误差在1米范围内。
如图是对同一条电缆采用多种定位方法的结果分析。
图3-1是利用手动编辑产生的水深值为“0”的Aslaid文件，在其它处理手段相同的情况下，得出检波点横向、纵向相对前绘坐标的偏移图。
图3-2是利用手动编辑产生的水深值不为“0”的Aslaid文件，在其它处理手段相同的情况下，得出检波点横向、纵向相对前绘坐标的偏移图。
图3-3是利用放缆完成后，放缆船产生的Aslaid文件，在其它处理手段相同的情况下，得出检波点横向、纵向相对前绘坐标的偏移图。
4结论
应用以时间方式模拟放缆产生的Aslaid、手动编辑的Aslaid文件与放缆完成后产生的Aslaid文件做声学定位对比实验，发现这三种方法得出的结果基本一致。经大量实验证明，以下同步声学定位方法既简单又实用：利用导航系统模拟产生一个Aslaid文件，手动编辑声学信标与检波点的相对位置关系文件，放缆时同步进行声学二次定位。软件处理时，使用定位船的水深数据进行计算，最后得出检波点的坐标位置。
应用放缆过程中同步声学定位方法，能够及时发现电缆施放的成功与否，不成功尽早收缆，有效节约放缆时间，而且发现放缆偏差后能够及时采取补救措施。目前我船队为patch作业模式，在海底间隔400米一条电缆，总共铺放8条6公里电缆，应用该技术后，我船队放缆一次成功率在95%以上，电缆检波点铺放合格率在99%以上。
参考文献
[1]曾湘轶，杨文艳-浅析海底电缆地震采集作业二次定位系统.石油地球理勘探.2001.
[关键词]一次定位 声学二次定位 应答器地址 关系文件 前绘 同步声学二次定位
[中图分类号] 042 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-10-133-2
1引言
浅海地区是海上和陆地的过度带，受潮流等因素影响，其浅层地质条件极为复杂。该地区蕴藏着丰富的能源，多波地震勘探技术的应用能够适应该地区的特点，其前景一片光明。在浅海过度带的地震勘探中，通过机械放缆的方式将四分量检波器铺放到海底，电缆入水后会受到水流，潮汐，以及放缆船的机械拖带作用的影响，使检波器很难铺放到前绘位置点上。目前二次定位的方法主要有声波定位和初至波定位，初至波定位需要电缆整條放完，还要接到仪器船由仪器记录，时间长、效率低。因此用声学二次定位确定检波点在海底的准确位置是非常快捷、实用的方法。
放缆船以2节的船速施放一条6公里电缆需要2小时，放缆完成后对电缆进行声学定位需要2小时，收起一条6公里电缆需要1.5小时。一旦电缆施放到海底的位置与前绘差别较大，收缆重放至少要耽误7个小时，严重影响施工质量和施工效率，因此有必要在放缆过程中对电缆进行定位，为放缆工作提供参考，提高放缆成功率。
2 声学二次定位原理
2.1声学定位原理
声学二次定位原理是一种圆—圆定位方法，它利用勘探船上装载的GPS以及实时导航系统提供的声学探头的位置，再通过其它方法测定声学探头到声学信标之间的距离，以声学探头的位置为圆心，以测定的距离为半径画圆。应用两个声学探头的位置点画出的两个圆能够确定出两个交点，其中之一就是声学信标的位置。再有第三个声学探头位置点就可以排除其中一个交点，三个圆的交点即为声学信标的实际位置。理论上需要4个点就能够对空间一点进行定位，但在实际工作中需要更多的点提供冗余计算，再通过最小二乘法拟合确定出声学信标在海底的实际位置，利用线性内插即可求出检波点在海底的准确位置。
2.2声学二次定位方法
声波定位是一种测距定位。在进行定位时，定位船的声学探头发出声波脉冲，经海水传播，与检波器捆绑在一起的声波应答器（每道检波器旁安装有一个声波接收器）接收到询问信号后，给声学探头发出应答信号，如图2-2声学定位示意图。导航定位系统记录下包括声波发射器坐标、开始发射信号的时间和接收器的响应时长等数据。每一组声学定位测线都有一系列的数据被记录下来。
二次定位过程中，声波发射器探头会发出一系列的响应声波信号，声波发射器探头在第j个点处的声波发射时刻为tj，第i个声学应答器接收到第j个发射点的声波信号的时刻为ti， 如果测得声波在水中传播的速度为ν，就可计算出接收声波信号的第i个声学应答器到第j个发射点的距离γ。设第i个声学应答器的直角标为（xi，yi），第j个发射点的坐标为（xj，yj）， 就可得到以下的方程式：
式中：i =1，2，3，… ； j=1，2，3，… 。对于某一声学应答器，利用迭代方法解出（xi，yi）则可得出声学应答器i的坐标位置，然后根据声学应答器到检波器的偏移距算出检波器的实际位置。但该方程必须满足条件j≥3，也就是一个检波点必须接收到三个声源点的有效声波信号才能解出检波点的坐标位置；j≥4 时，就能比较精确地解出检波点坐标位置。而当j<3时，此方程组有不确定解。每个检波点通常都可接收来自一系列声源点的声波数据。在每条定位线作业完成后，这些数据经声波定位系统软件进行统一计算处理，得出该条测线上所有有足够多有效数据的检波点（也就是能得到唯一解的检波点），再进一步算出其坐标值。由于数据丢失或其它因素造成某一检波点数据不足时，该点则为无解点，但其二次定位坐标可由相邻点的坐标经线性内插或二次曲线内插得到。
3条件分析与方法实现
3.1建立虚拟位置文件
放缆时，在后甲板放缆口处，RFID reader天线会扫描transponder（声学信标）的地址编码，系统会把声学信标记录到相应的检波点上，进行声学二次定位需要有放缆船导航系统产生的Aslaid文件。该文件是放缆完成时系统自动产生的，里面包含放缆线名、检波点桩号、水深、检波点坐标、入水时间。其中检波点桩号、水深、检波点坐标是声学定位必需的重要数据， Aslaid通过无线通讯系统MVRS传输到主导航。已知声学信标和检波点的相对位置关系，再通过对声学信标的定位，从而解算出电缆上检波点的坐标。这样就限制了声学定位必须是在整条电缆放完，且下线后主导航收到Aslaid文件后，才能进行声学二次定位。
3.2放缆过程中实现声学二次定位
实现在放缆过程中对电缆进行定位，需要的三个必要条件如下：
（1）利用导航系统模拟产生一个与前绘完全相同的Aslaid文件。
（2）在主导航系统中手动导入事先配好的声学信标与检波点的对应关系文件。
（3）定位系统里配置声学信标与检波点相应的距离关系。
在保证放缆船与定位船安全距离的前提下，就可以对刚入水的电缆进行声学定位。软件处理时，利用定位船记录的深度数据进行处理，得出电缆上检波点坐标。由于声学测距和返回时间都是准确的，所以得出的结果是可信的。经过大量实验证明这种方式得到的结果和正式结果误差在1米范围内。
如图是对同一条电缆采用多种定位方法的结果分析。
图3-1是利用手动编辑产生的水深值为“0”的Aslaid文件，在其它处理手段相同的情况下，得出检波点横向、纵向相对前绘坐标的偏移图。
图3-2是利用手动编辑产生的水深值不为“0”的Aslaid文件，在其它处理手段相同的情况下，得出检波点横向、纵向相对前绘坐标的偏移图。
图3-3是利用放缆完成后，放缆船产生的Aslaid文件，在其它处理手段相同的情况下，得出检波点横向、纵向相对前绘坐标的偏移图。
4结论
应用以时间方式模拟放缆产生的Aslaid、手动编辑的Aslaid文件与放缆完成后产生的Aslaid文件做声学定位对比实验，发现这三种方法得出的结果基本一致。经大量实验证明，以下同步声学定位方法既简单又实用：利用导航系统模拟产生一个Aslaid文件，手动编辑声学信标与检波点的相对位置关系文件，放缆时同步进行声学二次定位。软件处理时，使用定位船的水深数据进行计算，最后得出检波点的坐标位置。
应用放缆过程中同步声学定位方法，能够及时发现电缆施放的成功与否，不成功尽早收缆，有效节约放缆时间，而且发现放缆偏差后能够及时采取补救措施。目前我船队为patch作业模式，在海底间隔400米一条电缆，总共铺放8条6公里电缆，应用该技术后，我船队放缆一次成功率在95%以上，电缆检波点铺放合格率在99%以上。
参考文献
[1]曾湘轶，杨文艳-浅析海底电缆地震采集作业二次定位系统.石油地球理勘探.2001.