适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统与流程

1.本发明涉及物理模拟的双坐标精度统一的方法及系统，属于地震物理模拟技术领域，具体涉及一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统。


背景技术：

2.目前，针对地震物理模拟的震源激发和信号接收双坐标系统精度统一的方法，主要存在两类现有技术。
3.其中，现有技术一的方案是：
4.(1)将震源激发坐标系统或者信号接收坐标系统移动至相对起始位置；
5.(2)利用千分尺确定震源激发装置和信号接收装置的位置；
6.(3)待全部测量完成之后再次确认两者之间的距离是否与上述步骤(2)的差值在某一个允许的误差范围内。
7.现有技术一无法保证中间过程的精度误差；并且编程不直观，可操作性较差，人为误差大；同时受测量环境的温度、湿度影响较大。
8.现有技术的二的方案是：
9.(1)在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统范围内选择一个固定点；
10.(2)分别用两个坐标系统测量该点的坐标；
11.(3)求出二者的差值；
12.(4)物理模拟完成之后二次测量上述固定点的坐标，判断二者的差值是否在允许误差范围内。
13.现有技术二没有实现双坐标系统统一，仅是物理模拟前后的质量控制，其选择的点仅是肉眼判断选择，主观性太大，由于仅是平面一点的测量，测量的误差精度和三维球体的多点测量不是一个数量级。此外，现有技术二不易于核查地震物理模拟和测量数据之间的关系，而且不易于在测量程序运行过程中核查测量坐标的偏离误差；不利于物理模拟程序和测量程序的统一；由于固定点前后测量的位置唯一性不一定能满足，因此选定物体的测量点测量前后的准确度不一致。
14.综上所述，提供一种双坐标系统精度统一的方法及系统，以解决上述问题，是地震物理模拟技术领域迫切需要解决的问题


技术实现要素：

15.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
16.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明公开了一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统。本发明首先将震源激发装置所在的坐标系统和信号接收装
置所在的坐标系统分别移动至各自坐标零点，在激发和接收装置下安装测针；然后在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统的测量范围的交集区域放置一个标准球；分别在震源激发的坐标系统和信号接收的坐标系统中对标准球进行测量取点，求取标准球的球心在各自坐标系中的圆心坐标和半径；求取偏置参数；最后，在其中任意一个坐标系统中置入偏置参数修改坐标输出，信号接收的坐标系统就与震源激发端的坐标系统具备了统一的零点坐标。
17.为解决上述问题，本发明的方案是：
18.一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统，包括以下步骤：
19.步骤1，将震源激发所在的坐标系统和信号接收的坐标系统分别移动至各自系统的坐标零点，在震源激发装置和信号接收装置下安装测针；
20.步骤2，在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统的测量范围的交集区域放置一个标准球；
21.步骤3，分别在震源激发的坐标系统和信号接收的坐标系统中对标准球进行测量取点，求取标准球的球心在各自坐标系中的圆心坐标及半径；
22.步骤4，求取偏置参数；
23.步骤5，在其中任意一个坐标系统中置入偏置参数修改坐标输出。
24.优选的，上述的一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统，所述步骤1，将震源激发所在的坐标系统和信号接收的坐标系统分别移动至各自系统的坐标零点，在震源激发装置和信号接收装置下安装测针，包括以下子步骤：
25.步骤1.1，将震源激发装置、信号接收装置分别与各自的坐标系统连接；
26.步骤1.2，将震源激发与信号接收装置分别移动至其所在坐标系统的零点；
27.步骤1.3，在震源激发装置和信号接收装置的下方分别安装测针。
28.优选的，上述一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统，所述步骤2，在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统的测量范围的交集区域放置一个标准球。
29.所述标准球，一般指材料为陶瓷、球度不高于0.3um、直径25.399mm、具有测量校准证书的标准球体。
30.优选的，上述一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统，所述步骤3中，分别在震源激发的坐标系统和信号接收的坐标系统中对标准球进行测量取点，求取标准球的球心在各自坐标系中的圆心坐标，包括以下子步骤：
31.步骤3.1，在震源激发系统内对标准球进行测量取点，其中，所取的测点中至少有4点不在同一平面，而且取点个数不小于4；
32.步骤3.2，通过式1计算球心坐标和半径，即g1和r，并求取算术平均值；
[0033][0034]
式中(xn，yn，zn)代表第n次取点的坐标，(r
x1
,r
y1
,r
z1
)和r1分别代表待求取的球心坐标和半径。取其中4个不在同一平面上的点根据克莱姆法则或代入法等求取r
x1
,r
y1
,r
z1
和
r1。
[0035]
步骤3.3，比较测量计算的半径和标准球的标准值、球度参数，判别其是否在误差精度允许范围内，如果在，则继续开展后续步骤，否则重新执行步骤3.1和步骤3.2；
[0036]
步骤3.4，以信号接收的坐标系统为测量系统，执行步骤3.1至3.3，求取球心坐标g2和半径，即r
x2
,r
y2
,r
z2
和r2。。
[0037]
优选的，上述一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统，所述步骤4中，所述求取偏置参数，包括如下步骤：
[0038]
步骤4.1，提取步骤3中求取的球心坐标r
x1
,r
x2
,根据式2计算x轴偏置参数；
[0039]
xk＝r
x1
+r
x2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
[0040]
步骤4.2，提取步骤3中求取的球心坐标r
y1
,r
y2
,根据式3计算y轴偏置参数。
[0041]
yk＝r
y1
+r
y2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3
[0042]
优选的，上述一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统，所述步骤5，在其中任意一个坐标系统中置入偏置参数修改坐标输出。所述置入方法为：
[0043]
步骤5.1，在其中任意一个坐标系统的初始测量数据(x、y)上附加一个校正模块m，如式4所示得到新的输出结果(x
t
、y
t
)；
[0044][0045]
步骤5.2，将偏置值赋值予校正模块m；
[0046]
步骤5.3，初始测量数据和校正模块依据式5的综合运算结果，即为新坐标系统的输出x
t
、y
t
：
[0047][0048]
一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一系统，包括以下模块：
[0049]
原坐标归零模块，将震源激发所在的坐标系统和信号接收的坐标系统分别移动至各自系统的坐标零点，在震源激发装置和信号接收装置下安装测针；
[0050]
标准球安置模块，在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统的测量范围的交集区域放置一个标准球；
[0051]
标准球测量模块，分别在震源激发的坐标系统和信号接收的坐标系统中对标准球进行测量取点，求取标准球的球心在各自坐标系中的圆心坐标及半径；
[0052]
偏置参数求取模块，求取偏置参数；
[0053]
坐标精度统一模块，在其中任意一个坐标系统中置入偏置参数修改坐标输出。
[0054]
优选的，所述标准球测量模块执行以下步骤：
[0055]
步骤3.1，在震源激发系统内对标准球进行测量取点，其中，所取的测点中至少有4点不在同一平面，而且取点个数不小于4；
[0056]
步骤3.2，通过式1计算球心坐标和半径，即g1和r，并求取算术平均值；
[0057][0058]
式中(xn，yn，zn)代表第n次取点的坐标，(r
x1
,r
y1
,r
z1
)和r1分别代表待求取的球心坐标和半径。取其中4个不在同一平面上的点根据克莱姆法则或代入法等求取r
x1
,r
y1
,r
z1
和r1。
[0059]
步骤3.3，比较测量计算的半径和标准球的标准值、球度参数，判别其是否在误差精度允许范围内，如果在，则继续开展后续步骤，否则重新执行步骤3.1和步骤3.2；
[0060]
步骤3.4，以信号接收的坐标系统为测量系统，执行步骤3.1至3.3，求取球心坐标g2和半径，即r
x2
,r
y2
,r
z2
和r2。。
[0061]
优选的，所述偏置参数求取模块执行以下步骤：
[0062]
步骤4.1，提取步骤3中求取的球心坐标r
x1
,r
x2
,根据式2计算x轴偏置参数；
[0063]
xk＝r
x1
+r
x2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
[0064]
步骤4.2，提取步骤3中求取的球心坐标r
y1
,r
y2
,根据式3计算y轴偏置参数。
[0065]
yk＝r
y1
+r
y2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3
[0066]
优选的，所述坐标精度统一模块执行以下步骤：
[0067]
步骤5.1，在其中任意一个坐标系统的初始测量数据(x、y)上附加一个校正模块m，如式4所示得到新的输出结果(x
t
、y
t
)；
[0068][0069]
步骤5.2，将偏置值赋值予校正模块m；
[0070]
步骤5.3，初始测量数据和校正模块依据式5的综合运算结果，即为新坐标系统的输出x
t
、y
t
：
[0071][0072]
因此，相对于现有技术，本发明具备以下优点：
[0073]
1.测算精度高，偏置值采用测量标准球测量，并采用多次测量计算平均值进一步提高了结果精度。
[0074]
2.自动化程度高，误差置入测量硬件，数据自动计算。
[0075]
3.后续测量数据二次开发利用更简便，坐标转换以后与二次测量坐标系一致，数据闭环核查更直观。
附图说明
[0076]
并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
[0077]
图1为本发明所述一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法及系统的流程图；
[0078]
图2为震源激发、信号接收双坐标的工作示意图。
[0079]
将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
[0080]
实施例
[0081]
如图1所示，为本实施例的一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一方法。该方法主要包括以下步骤：
[0082]
步骤1，将震源激发所在的坐标系统和信号接收的坐标系统分别移动至各自系统的坐标零点，在震源激发装置和信号接收装置下安装测针，测针通过和被测物体的作用，来获取被测点的精确坐标。
[0083]
步骤2，在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统的测量范围的交集区域放置一个标准球；
[0084]
步骤3，分别在震源激发的坐标系统和信号接收的坐标系统中对标准球进行测量取点，求取标准球的球心在各自坐标系中的圆心坐标及半径；
[0085]
步骤4，求取偏置参数；
[0086]
步骤5，在其中任意一个坐标系统中置入偏置参数修改坐标输出。
[0087]
作为一种优选的方式，本实施例中，步骤1包括以下子步骤：
[0088]
步骤1.1，将震源激发装置、信号接收装置分别与各自的坐标系统连接；
[0089]
步骤1.2，将震源激发与信号接收装置分别移动至其所在坐标系统的零点；
[0090]
步骤1.3，在震源激发装置和信号接收装置的下方分别安装测针。
[0091]
如图2所示，本实施例将震源激发装置和信号接收装置分别安装在z轴上，将震源激发装置所在坐标轴移动至图中所示震源激发系统坐标原点，将信号接收装置所在坐标轴移动至图中所示信号接收系统坐标原点；在震源激发装置和信号接收装置的下方分别安装测针。
[0092]
作为一种优选的方式，本实施例中，步骤2中的标准球选择材料为陶瓷、球度不高于0.3um、直径25.399mm、具有测量校准证书的标准球体。如图2所示，一般将标准球放置在所测量物理模型的边界范围内。
[0093]
作为一种优选的方式，本实施例中，步骤3包括以下子步骤：
[0094]
步骤3.1，在震源激发系统内对标准球进行测量取点，其中，所取的测点中至少有4点不在同一平面，而且取点个数不小于4；
[0095]
步骤3.2，通过式1计算球心坐标和半径，即g1和r，并求取算术平均值；
[0096][0097]
式中(xn，yn，zn)代表第n次取点的坐标，(r
x1
,r
y1
,r
z1
)和r1分别代表待求取的球心坐标和半径。取其中4个不在同一平面上的点根据克莱姆法则或代入法等求取r
x1
,r
y1
,r
z1
和r1。
[0098]
步骤3.3，比较测量计算的半径和标准球的标准值、球度参数，判别其是否在误差精度允许范围内，如果在，则继续开展后续步骤，否则重新执行步骤3.1和步骤3.2；
[0099]
步骤3.4，以信号接收的坐标系统为测量系统，执行步骤3.1至3.3，求取球心坐标g2和半径，即r
x2
,r
y2
,r
z2
和r2。
[0100]
具体的，以6个点为例，取的坐标点分别为(x1，y1)(x2，y2)(x3，y3)(x4，y4)(x5，y5)(x6，y6)，则有：
[0101][0102]
取其中4个不在同一平面上的点根据克莱姆法则或代入法等求取标准球的球心坐标r
x1
,r
y1
,r
z1
和r1。其中，从上式中取4个方程总计有15种取法，排除在同一个平面的点的组合数p，因此有效计算总数为w＝15-p，然后对w个值求取算术平均值作为最终g1和r的计算结果，即r
x1
,r
y1
,r
z1
和r1。
[0103]
作为一种优选的方式，本实施例中，步骤4包括以下子步骤：
[0104]
步骤4.1，提取步骤3中求取的球心坐标r
x1
,r
x2
,根据式2计算两个坐标系统在x轴的偏置参数；
[0105]
xk＝r
x1
+r
x2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
[0106]
步骤4.2，提取步骤3中求取的球心坐标r
y1
,r
y2
,根据式3计算y轴偏置参数。
[0107]
yk＝r
y1
+r
y2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3
[0108]
作为一种优选方式，本实施例中的步骤5包括以下子步骤：
[0109]
步骤5.1，在其中任意一个坐标系统的初始测量数据(x、y)上附加一个校正模块m，如式4所示得到新的输出结果(x
t
、y
t
)；
[0110][0111]
其中，偏置是两个坐标轴之间距离的绝对值，减去其中一个实际的测量值，结果就是以另一个坐标的零点为基准的测量值。
[0112]
步骤5.2，将偏置值赋值予校正模块m；
[0113]
步骤5.3，初始测量数据和校正模块依据式5的综合运算结果，即为新坐标系统的输出x
t
、y
t
：
[0114][0115]
至此即实现了震源激发端的坐标系统与信号接收的坐标系统具备统一零点坐标的目标。
[0116]
本实施例还提供了一种适用于地震物理模拟的双坐标系统精度统一系统，包括以下模块：
[0117]
原坐标归零模块，将震源激发所在的坐标系统和信号接收的坐标系统分别移动至各自系统的坐标零点，在震源激发装置和信号接收装置下安装测针；
[0118]
标准球安置模块，在震源激发坐标系统和信号接收坐标系统的测量范围的交集区域放置一个标准球；
[0119]
标准球测量模块，分别在震源激发的坐标系统和信号接收的坐标系统中对标准球进行测量取点，求取标准球的球心在各自坐标系中的圆心坐标及半径；
[0120]
偏置参数求取模块，求取偏置参数；
[0121]
坐标精度统一模块，在其中任意一个坐标系统中置入偏置参数修改坐标输出。
[0122]
优选的，所述标准球测量模块执行以下步骤：
[0123]
步骤3.1，在震源激发系统内对标准球进行测量取点，其中，所取的测点中至少有4点不在同一平面，而且取点个数不小于4；
[0124]
步骤3.2，通过式1计算球心坐标和半径，即g1和r，并求取算术平均值；
[0125][0126]
式中(xn，yn，zn)代表第n次取点的坐标，(r
x1
,r
y1
,r
z1
)和r1分别代表待求取的球心坐标和半径。取其中4个不在同一平面上的点根据克莱姆法则或代入法等求取r
x1
,r
y1
,r
z1
和r1。
[0127]
步骤3.3，比较测量计算的半径和标准球的标准值、球度参数，判别其是否在误差精度允许范围内，如果在，则继续开展后续步骤，否则重新执行步骤3.1和步骤3.2；
[0128]
步骤3.4，以信号接收的坐标系统为测量系统，执行步骤3.1至3.3，求取球心坐标g2和半径，即r
x2
,r
y2
,r
z2
和r2。。
[0129]
优选的，所述偏置参数求取模块执行以下步骤：
[0130]
步骤4.1，提取步骤3中求取的球心坐标r
x1
,r
x2
,根据式2计算x轴偏置参数；
[0131]
xk＝r
x1
+r
x2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式2
[0132]
步骤4.2，提取步骤3中求取的球心坐标r
y1
,r
y2
,根据式3计算y轴偏置参数。
[0133]
yk＝r
y1
+r
y2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式3
[0134]
优选的，所述坐标精度统一模块执行以下步骤：
[0135]
步骤5.1，在其中任意一个坐标系统的初始测量数据(x、y)上附加一个校正模块m，如式4所示得到新的输出结果(x
t
、y
t
)；
[0136][0137]
步骤5.2，将偏置值赋值予校正模块m；
[0138]
步骤5.3，初始测量数据和校正模块依据式5的综合运算结果，即为新坐标系统的输出x
t
、y
t
：
[0139][0140]
通过以上描述可知，本发明实施例具有以下优点：
[0141]
1.测算精度高，偏置值采用测量标准球测量，并采用多次测量计算平均值进一步提高了结果精度。
[0142]
2.自动化程度高，误差置入测量硬件，数据自动计算。
[0143]
3.后续测量数据二次开发利用更简便，坐标转换以后与二次测量坐标系一致，数据闭环核查更直观。
[0144]
本实施例中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
[0145]
注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
[0146]
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。