[0001] 本发明涉及海洋测绘技术领域，具体涉及一种海洋地球物理综合调查系统。

[0002] 随着人类社会的不断发展，从陆地走向海洋已成为世界发展的新方向和必由之路。海洋地球物理调查是进行一切海洋活动的急先锋，其中高质量、高效率在海洋地球物理调查在领域尤为重要，特别是应急抢险项目对高效性的要求尤为突出。此外，在海洋石油开发工程中，油气资源的传输主要是通过海管来实现的。在海管的铺设过程中，需将海管埋藏在海床下方，以保护海管免受流水侵蚀。然而，在长期的使用过程中，因受海底底流和其他各方面因素的影响，海管上方所铺盖的泥土会随着底流被冲刷带走，进而导致海管露出泥面，暴露在海水之中，更有甚者会悬空在海底，造成海管外层遭受侵蚀，海洋生态遭到破坏。因此，定期对使用中的海管进行检测，确定海管当前的使用状态，并根据检测结果制定维修方案在海洋石油开发过程中是必不可少的。

[0003] 现有的海洋物理调查系统都是单一、独立的系统，不能同时获得多种海洋地理信息数据。例如工作人员在施工过程中对于海管的检测是分散进行的，其通过多种设备仪器，将海管检测划分为勘察海管周边地形，确定问题海管状态、位置及其周边障碍物，探测海管所在地地质等多个项目，并根据不同项目配以不同系统进行探测，探测工序复杂、仪器所需空间大且难以对海管当前的使用状态形成全面、彻底和准确的判断。此外，很多应急项目，也需要施工人员通过不同调查设备进行多次调查才能做出决策方案，大大降低了应急项目的时效性。

[0004] 针对上述背景技术中的问题，本发明旨在提供一种海洋地球物理综合调查系统。

[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0030] 需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

[0031] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

[0032] 如图1至图3所示，本发明提供一种海洋地球物理综合调查系统，包括数据控制平台1、单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6和基线水下定位系统7，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6、基线水下定位系统7与数据控制平台1均为电性连接，数据控制平台1用于综合调查系统的数据采集、预处理、以及信息的实时显示，单波束测深仪系统2用于检查多波束水深数据的准确性，多波束测深仪系统3用于探测海管路，浅地层剖面仪系统4用于探测埋藏的海管和海底异常地质，侧扫声呐系统5用于探测海底地貌、裸露悬空海管状态及位置、障碍物，磁力仪系统6用于探测位于地质断裂的海管，基线水下定位系统7用于对水下运动目标进行定位。

[0033] 在本实施例中，进一步地，还包括扫描声呐系统，扫描声呐系统用于局部海域的精细化地貌调查，对局部关键位置探测效果尤其明显。

[0034] 在本实施例中，进一步地，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6和基线水下定位系统7均通过物理集成搭载在水下设备搭载平台8上，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6和基线水下定位系统7用于扫测并采集数据并将采集到的数据上传至数据控制平台1进行数据分析。

[0035] 在本实施例中，进一步地，数据控制平台1包括若干远端数据中心11和若干显示屏12，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6和基线水下定位系统7均对应配置有一远端数据中心11和一显示屏12。

[0036] 在本实施例中，进一步地，多波束测深仪系统3包括多波束声学子系统31、差分卫星定位系统32、姿态传感器33、验潮仪34和声速剖面仪35，差分卫星定位系统32用于提供大地坐标，姿态传感器33用于提供测量船体的姿态数据，验潮仪34用于提供测海区潮位数据，声速剖面仪35用于提供测海区声速剖面数据。

[0037] 在本实施例中，进一步地，船体的姿态数据包括横摇、纵摇、艏向升沉。

[0038] 在本实施例中，进一步地，浅地层剖面仪系统4包括换能器41、放大电路42、时钟单元43、罗经单元44、运动位姿传感器45、模数转换器46、数字信号处理器47和温度传感器48，换能器41用于向目标物发射声波信号并接受目标物散射回的声波信号，放大电路42用于对声波信号进行放大处理，经过放大处理后的声波信号经由时钟单元43测量其往返时间，罗经单元44用于测定方向，模数转换器46和数字信号处理器47用于处理返回的声学信号并分析其多普勒频移，温度传感器48用于校正声速的偏差。

[0039] 在本实施例中，进一步地，浅地层剖面仪系统4的型号设置为RTDA040。

[0040] 一种海洋地球物理综合调查系统的数据处理方法，包括如下步骤：

[0041] 1)将系统硬件设备采集的数字信号输入到数据控制平台1系统的输入缓冲区；

[0042] 2)对输入缓冲区的数字信号进行读取并进行预处理；

[0043] 3)通过标识符对采集的数据进行读写计算处理，及时更新缓冲区数据；

[0044] 4)利用数据的相关性对数据进行融合叠加；

[0045] 5)将处理完成的计算结果输出，生成报告。

[0046] 在本实施例中，进一步地，标识符包括时间戳或位置信息。

[0047] 本发明的工作原理和工作过程如下：工作时，工作人员将作业船驶至施工区域后，施工人员可根据实际具体需求，同时打开单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6、基线水下定位系统7等设备，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6、基线水下定位系统7和数据控制平台1均为电性连接，数据控制平台1用于综合调查系统的数据采集、预处理、以及信息的实时显示，单波束测深仪系统2用于检查多波束水深数据的准确性，多波束测深仪系统3用于探测海管路，浅地层剖面仪系统4用于探测埋藏的海管和海底异常地质，侧扫声呐系统5用于探测海底地貌、裸露悬空海管状态及位置、障碍物，磁力仪系统6用于探测位于地质断裂的海管，基线水下定位系统7用于对水下运动目标进行定位，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6、基线水下定位系统7均通过物理集成搭载在水下设备搭载平台8上，克服了排列方式的设计缺陷，减小了各系统信号之间的相互干扰，分别扫测并采集各系统数据并将采集到的数据上传到数据控制平台1进行数据分析，能够实现海洋地球物理综合调查，并通过数据控制平台1收集调查信息并汇总，避免了数据在转移过程中发生丢失和错乱，为项目提供了更为精准的调查数据、综合分析。由于数据控制平台1包括若干远端数据中心11和若干显示屏12，单波束测深仪系统2、多波束测深仪系统3、浅地层剖面仪系统4、侧扫声呐系统5、磁力仪系统6和基线水下定位系统7均对应配置有一远端数据中心11和一显示屏12，各系统测量的海底地形、地貌，海管裸露悬空情况以及具体位置等情况信息能够通过数据控制平台1的远端数据中心11上传，并通过显示屏12进行实时显示，为工作人员提供数据参考并根据显示综合分析数据，确定海底地貌、裸露悬空海管状态及位置，以及水下障碍物位置。

[0048] 多波束测深仪系统3是于上世纪70年代在回声测深技术的基础上发展而来的，随着技术的成熟，先后出现了产品化的浅、中、深水多波束系统。顾名思义，多波束测深系统在与航迹垂直的平面内一次能够给出几十个甚至上百个深度，获得一定宽度的全覆盖水深条带，所以它能精确快速地测出沿航线一定宽度水下目标的大小、形状和高低变化，从而比较可靠的描绘出海底地形地貌的精细特征。与单波束回声测深仪相比，多波束测深系统具有测量范围大、速度快、精度和效率高、记录数字化和实时自动绘图等优点。多波束测深仪以一定的频率发射沿航迹方向开角窄(θT)而垂直航迹方向开角宽的波束,形成一个扇形声传播区。多个接收波束横跨与船龙骨垂直的发射扇区,接收波束垂直航迹方向窄(θR),而沿航迹方向的波束宽度取决于使用的纵摇稳定方法。单个发射波束与接收波束的交叉区域称为足印，一个发射和接收循环通常称为一个声脉冲，一个声脉冲获得的所有足印的覆盖宽度称为一个测幅，每个声脉冲中包含数十个波束,这些波束对应测量点的水深值就组成了垂直于航迹的水深条带。将波束的实际传播路径进行微分,则波束脚印在船体坐标系下的点位(x,y,z)可表达为：

[0049] z＝z0+∫C(z)cos(θ(z))dz，x＝x0+∫C(z)sin(θ(z))dz，y＝0

[0050] 其中，x和y作为位置信息，z为水深信息，根据多波束测深仪系统3的工作原理得到整个测深条带内所有波束对应的位置和水深数据，探测海管路由周边的水下地形以及通过水深数据生成二维和三维地域图，并将所生成效果图及数据传至数据控制平台，可直观的查看裸露悬空的海管状态。

[0051] 多波束测深仪系统3包括多波束声学子系统31、差分卫星定位系统32、姿态传感器33、验潮仪34和声速剖面仪35，差分卫星定位系统32用于提供大地坐标，姿态传感器33用于提供测量船体的姿态数据，验潮仪34用于提供测海区潮位数据，声速剖面仪35用于提供测海区声速剖面数据，其中，船体的姿态数据包括横摇、纵摇、艏向升沉。多波束测深仪系统3在测量断面内可形成十几个至上百个测点的条幅式测深数据，几百个甚至上千个反向散射数据，相较于单波束测深仪而言，多波束测深仪系统3具有扫幅宽、密度大的优势，实现了从点到线测量到从线到面的测量条件，具有较为突出的技术进步意义，适用于探测水下地形，进而获得较高精度的三维地形图。

[0052] 浅地层剖面仪系统4包括换能器41、放大电路42、时钟单元43、罗经单元44、运动位姿传感器45、模数转换器46、数字信号处理器47和温度传感器48，换能器41用于向目标物发射声波信号并接受目标物散射回的声波信号，放大电路42用于对声波信号进行放大处理，经过放大处理后的声波信号经由时钟单元43测量其往返时间，罗经单元44用于测定方向，模数转换器46和数字信号处理器47用于处理返回的声学信号并分析其多普勒频移，温度传感器48用于校正声速的偏差。浅地层剖面仪系统4采用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)，浅地层剖面仪系统4的型号设置为RTDA040。浅地层剖面仪系统4的工作原理是主要是通过换能器41将控制信号转换为不同频率(一般在100Hz-10kHz之间)的声波脉冲向海底发射，该声波在海水和沉积层传播过程中遇到声阻抗界面,经反射返回换能器41转换为模拟或数字信号后记录下来，并输出为能够反映地层声学特征的记录剖面。用于测量河流、水渠或下载海峡的流量，该仪器性能十分稳定，是一种快速有效地测流装置，当安装有ADCP的探测船从河流某断面一侧航行至另一侧时，就能在几分钟内即刻测出河流流量，比传统的流速仪测量提高效率几十倍。

[0053] 换能器41和ADCP轴线形成一定夹角，换能器41既作为发射器又作为接收器，换能器41发射的声波信号集中于较窄的范围光束，换能器41发射固定频率的声波,然后聆听被水体中颗粒物散射回来的声波，假定颗粒物的运动速度和水体流速相同,当颗粒物的运动方向是接近换能器41时,换能器41聆听到的回波频率比发射波的频率高；当颗粒物的运动方向是背离换能器41时,换能器41聆听到的回波频率比发射波的频率低。声学多普勒频移,即发射声波频率与回波频率之差由下式确定： 其中Fd为声学多普勒频移，F为发射声波频率，V为颗粒物沿光束方向的移动速度，C为声波在水中的传播速度。浅地层剖面仪系统4用于探测埋藏的海管、海底异常地质并生成图片数据，该图片数据通过数据控制平台
1上传至远端数据中心11，以便后续形成海管埋深剖面图。

[0054] 侧扫声呐系统5用于探测海底地貌、裸露悬空海管状态及位置、障碍物，侧扫声呐系统5分为换能器线阵和主机两部分，换能器线阵一般安装在活动的载体上，如可拖曳的拖鱼、水下机器人等，也可以固定安装在船壳上或工作船侧边的其他固定仪器(如测深仪或多波束上，但以拖鱼为主)，而主机则固定在工作船上，用于记录、处理和输出声学图像。随着技术的进步，侧扫声钠系统的记录方式已经由原来的模拟信号发展为数字信号，数字图像处理技术得到应用并开发出相应的处理软件。

[0055] 磁力仪系统6主要用于探测管径较小或因地质较硬无法分辨的海管，磁力仪系统6可以采用质子旋进式、欧弗豪塞式和光泵式等不同类型的磁力仪系统6，其各自磁力仪系统6的工作原理不同，其中，质子旋进式磁力仪工作原理是利用质子旋进频率和地磁场的关系来测量磁场的。根据地磁场与质子旋进频率的关系T＝23.4874f，只要测量出质子旋进频率f,就可以得到地磁场T的大小。欧弗豪塞式磁力仪是在质子旋进式磁力仪基础上发展而来的，尽管它仍基于质子自旋共振原理，但在多方面与标准质子旋进式磁力仪相比有很大改进，其带宽更大、耗电更少，灵敏度比标准质子磁力仪高一个数量级。光泵式磁力仪的工作原理是建立在塞曼效应基础之上，利用拉莫尔频率与环境磁场间精确的比例关系来测量磁场的，可根据实际测量的需求选择不同类型的磁力仪完成测量。

[0056] 基线水下定位系统7用于水下运动目标精确定位，可提供潜水员及其它水下运动目标的实时位置信息。

[0057] 水下设备搭载平台8用于物理搭载集成各系统且实现数据的采集，并将数据上传至相关的数据控制平台1，数据控制平台1用于分析并记录来自水下设备搭载平台8的数据信息。

[0058] 具体的海洋地球物理综合调查系统的数据处理方法包括如下步骤：

[0059] 1)将系统硬件设备采集的数字信号输入到数据控制平台1系统的输入缓冲区；

[0060] 2)对输入缓冲区的数字信号进行读取并进行预处理；

[0061] 3)通过标识符对采集的数据进行读写计算处理，及时更新缓冲区数据，将处理结果实时反馈到显示屏进行界面展示，供现场作业人员参考，从而做到有针对性的测量，同时可以对遗漏或质量不合格的部分进行及时的补测，保障项目的完整性；

[0062] 4)利用数据的相关性对数据进行融合叠加，利用数据的相关共性，例如时间同步、特征点线面等对数据进行融合叠加；

[0063] 5)将处理完成的计算结果输出，生成报告。

[0064] 其中，标识符包括时间戳或位置信息，信号处理通过功率谱分析及傅里叶变换的方法，将各设备采集的信号进行整合、融合处理；此外，设计典型的模拟滤波器对假信号予以剔除，进而提高数据质量。

[0065] 以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。