專利名稱：用于模擬至少一個(gè)拖纜的定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是地球物理數(shù)據(jù)采集的領(lǐng)域。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明 涉及用來(lái)分析海底的設(shè)備。
本發(fā)明特別涉及使用地震勘探法的石油勘探業(yè)，但可以應(yīng)用于在 海洋環(huán)境中使用地球物理數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的任何領(lǐng)域。
在本發(fā)明的領(lǐng)域中，地球物理數(shù)據(jù)釆集操作通常使用傳感器網(wǎng)絡(luò) (對(duì)于在海洋環(huán)境中的地球物理數(shù)據(jù)釆集叫做"水聽(tīng)器，，)。
背景技術(shù)：
為了在海洋環(huán)境中收集地球物理數(shù)據(jù)，一個(gè)或多個(gè)浸入地震源被 致動(dòng)以掃過(guò)全向地震波列。
產(chǎn)生的波列由以前提到的水聽(tīng)器捕獲，后者沿纜索的長(zhǎng)度定位以
形成通常叫做"拖纜(streamer)"的聲學(xué)線天線。
通常，在海洋環(huán)境中的地球物理數(shù)據(jù)使用一條或多條船拖拉的一 系列拖纜采集。
在實(shí)際中，目標(biāo)是在關(guān)心區(qū)域中以船的最小通過(guò)數(shù)量分析海底。 為此目的，把傳感器網(wǎng)絡(luò)的寬度盡可能遠(yuǎn)地增大，這意味著使用大量 拖纜。
拖纜定位的問(wèn)題因此特別敏感，因?yàn)樗鼈兊拈L(zhǎng)度在6與15千米 之間變化。
的確，拖纜經(jīng)受易變性質(zhì)和強(qiáng)度的不同外力，如洋流、風(fēng)、浪、…。 這些外部約束條件引起需要預(yù)料的拖纜的幾何變形，從而以較大
安全性導(dǎo)航并且保證研究區(qū)域的滿意覆蓋，對(duì)該研究區(qū)域海底要被特征化。另一方面，當(dāng)要避免抽油裝置之類的障礙時(shí)，拖纜網(wǎng)絡(luò)可能具有 橫向漂移，并因此有對(duì)安全性有害的碰撞危險(xiǎn)。
另 一方面，拖纜網(wǎng)絡(luò)在研究區(qū)域中從船的一條線到另 一條線可能 具有不同的形式，并且這些變形隨時(shí)間是可變的，并因而可能引起需 要船的額外通過(guò)填充的"在覆蓋區(qū)中的孔洞"。這些通過(guò)引起采集操作 的成本增加。
因此可理解，有對(duì)于安全性和成本降低改進(jìn)的明顯要求。 然而，為滿足這些要求，洋流對(duì)拖纜變形的影響需要特征化。 一種用來(lái)模擬拖纜的定位和用來(lái)幫助導(dǎo)航的方法在現(xiàn)有技術(shù)中
被提出，該方法在專利號(hào)FR-2 807 842下出版的專利文件中描述。這 種技術(shù)的目的是通過(guò)首先確定可能與拖纜相互作用的洋流而建模拖 纜的形式。
根據(jù)描述的技術(shù)，用來(lái)模擬拖纜的定位的方法包括用來(lái)確定洋流 的時(shí)間和空間變化的階段。
在這個(gè)階段后，該方法允許得到洋流"對(duì)象"，用來(lái)計(jì)算拖纜的形式。
然而，如以前提到的那樣，拖纜在長(zhǎng)度上可超過(guò)10千米，在首 部處的洋流和在拖纜的尾部處的洋流可能顯著不同(在不由潮汐流支 配的航行區(qū)域，像例如在墨西哥灣中，情況更是如此)。
洋流在拖纜長(zhǎng)度上的變化影響拖纜的形式(form)，并且當(dāng)進(jìn) 行拖纜形狀的模擬時(shí)未能計(jì)入這點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致可遠(yuǎn)離實(shí)際情形的結(jié)果。
在由在專利號(hào)FR-2 807 842下出版的專利文件中描述的用來(lái)確 定洋流的技術(shù)中，描述的方法沒(méi)有計(jì)入洋流沿拖纜的長(zhǎng)度的空間變 化。
此外，描述的方法提供幾種預(yù)測(cè)(總共，四種洋流"對(duì)象，，)，并 且沒(méi)有提供允許挑選最好預(yù)測(cè)的客觀手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的具體地是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明的目的是提出 一種用來(lái)模擬在研究區(qū)域中拖 拉的至少一個(gè)拖纜的定位、包括一種或幾種洋流預(yù)測(cè)的方法，這些預(yù) 測(cè)計(jì)入沿拖纜的長(zhǎng)度在時(shí)間和空間方面的洋流變化。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種允許改進(jìn)洋流預(yù)測(cè)的質(zhì)量的方法。
本發(fā)明的另 一個(gè)目的是提供一種允許導(dǎo)航員具有幾種預(yù)測(cè)、和幫 助他挑選應(yīng)該應(yīng)用哪種預(yù)測(cè)的方法。
本發(fā)明的另 一個(gè)目的是提供一種允許改進(jìn)地球物理數(shù)據(jù)釆集操 作的安全性的方法。
本發(fā)明的另 一個(gè)目的是提供一種與現(xiàn)有技術(shù)相比以更優(yōu)化方式 允許減少"在覆蓋區(qū)中的孔洞"以便限制船的額外通過(guò)的數(shù)量的方法。
這些目的由本發(fā)明實(shí)現(xiàn)，其主題是一種用來(lái)模擬在研究區(qū)域中拖
拉的至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的方法，該方法包括所述聲學(xué)線天線
的至少 一個(gè)點(diǎn)的至少 一個(gè)將來(lái)位置的至少 一個(gè)模擬步驟、用來(lái)預(yù)測(cè)可
能與所述聲學(xué)線天線相互作用的至少 一個(gè)洋流的時(shí)間和空間變化的 至少一個(gè)步驟、及用來(lái)由流體力學(xué)模型的解確定所述聲學(xué)線天線的形
式的至少一個(gè)步驟，其特征在于，所述預(yù)測(cè)步驟包括
-用來(lái)對(duì)于所述區(qū)域的至少兩個(gè)確定點(diǎn)確定洋流的上游階段；
-對(duì)于所述確定點(diǎn)的至少一個(gè)將來(lái)位置的模擬階段；
-對(duì)于每個(gè)將來(lái)位置對(duì)于在所述上游階段期間確定的所述洋流的
時(shí)間的投影階段；
-對(duì)于在占據(jù)模擬步驟的所述將來(lái)位置的所述聲學(xué)線天線的至少 兩個(gè)相異點(diǎn)處的所述洋流的空間投影階段。
因此，由于本發(fā)明，對(duì)于拖纜得到洋流的改進(jìn)空間-時(shí)間預(yù)測(cè)，
具體地通過(guò)
-考慮已經(jīng)應(yīng)用上游階段的所述點(diǎn)的將來(lái)位置；
-考慮拖纜的首部的將來(lái)位置；
-考慮洋流沿拖纜的長(zhǎng)度的變化。
由于改進(jìn)洋流預(yù)測(cè)的可靠性，因此對(duì)于船的將來(lái)軌跡得到拖纜的形式的改進(jìn)預(yù)測(cè)。
如下面將更詳細(xì)解釋的那樣，上游階段特別是通過(guò)在所述研究區(qū) 域的至少一個(gè)確定點(diǎn)的考慮周到數(shù)量的所述洋流的相繼測(cè)量而進(jìn)行。 可以理解，進(jìn)行的測(cè)量在研究區(qū)域內(nèi)是機(jī)動(dòng)的。
以這種方式，首先在研究區(qū)域的一些點(diǎn)處確定將來(lái)洋流。為此， 洋流的過(guò)去測(cè)量、來(lái)自外部物體的關(guān)聯(lián)位置及可能海洋預(yù)測(cè)("來(lái)自 預(yù)建立公報(bào)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)")是可得到的。與在模擬階段期間得到的測(cè) 量相關(guān)聯(lián)的將來(lái)位置也是可得到的。
由現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，有可能預(yù)測(cè)最近將來(lái)的洋流。通過(guò)把現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與預(yù) 測(cè)相結(jié)合，也有可能進(jìn)行最近將來(lái)的另一種預(yù)測(cè)。
如由下面變得更清楚的那樣，預(yù)測(cè)和在過(guò)去測(cè)量的洋流的數(shù)字比 較允許確定在未來(lái)數(shù)小時(shí)中的最好類型的預(yù)測(cè)，或者定義簡(jiǎn)單地是提 出的不同預(yù)測(cè)的明智加權(quán)的新預(yù)測(cè)。
當(dāng)在幾個(gè)點(diǎn)中已經(jīng)確定將來(lái)洋流時(shí)，然后有可能沿拖纜的長(zhǎng)度定 義將來(lái)洋流。
最后，基于這點(diǎn)和基于拖纜和尾部浮標(biāo)的流體力學(xué)參數(shù)、和船的 將來(lái)位置(和沿拖纜的長(zhǎng)度的點(diǎn)的將來(lái)位置)，通過(guò)流體力學(xué)模型的 數(shù)字解確定拖纜的將來(lái)形式。
最終，由拖纜的將來(lái)定位，確定拖纜在將來(lái)的點(diǎn)的漂移圖，這使
得有可能更安全地導(dǎo)航。
根據(jù)可以設(shè)想的兩種方法，所述時(shí)間投影階段可以在所述空間投 影階段前，或者可選擇地，所述空間投影階段可以在所述時(shí)間投影階 段前。
根據(jù)可以設(shè)想的不同實(shí)施例，所述相繼測(cè)量被執(zhí)行 -在所述聲學(xué)線天線的軌跡的至少兩個(gè)點(diǎn)處，相對(duì)于所述軌跡至 少一個(gè)點(diǎn)在所述線天線前面并且至少一個(gè)點(diǎn)在所述線天線后面，所述
空間投影階段包括沿所述聲學(xué)線天線的所述測(cè)量的至少一個(gè)一維插 值步驟；
-在至少三個(gè)點(diǎn)處，這三個(gè)點(diǎn)一起定義包含至少一個(gè)聲學(xué)線天線的空間，所述空間投影階段包括沿所述聲學(xué)線天線的所述測(cè)量的至少
一個(gè)兩維插值步驟。
根據(jù)可以設(shè)想的又一個(gè)實(shí)施例，所述相繼測(cè)量在單個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)處被
執(zhí)行，在所述運(yùn)動(dòng)點(diǎn)處的所述測(cè)量被投影到在所述區(qū)域的至少一個(gè)第 一占
可能注意到，這個(gè)實(shí)施例具有只要求安裝在例如船上的一個(gè)洋流 測(cè)量裝置(流速計(jì))的優(yōu)點(diǎn)。
在這種情況下，根據(jù)可以設(shè)想的第一變形，方法優(yōu)選地包括關(guān)于 諸如與流速計(jì)相關(guān)聯(lián)的基準(zhǔn)之類的相對(duì)基準(zhǔn)的時(shí)間偏移步驟、或關(guān)于 在所述運(yùn)動(dòng)點(diǎn)處的所述測(cè)量的絕對(duì)基準(zhǔn)的空間偏移步驟。
根據(jù)第二變形，方法包括對(duì)于在所述第二點(diǎn)處的所述投影、在所 述空間偏移步驟和所述時(shí)間偏移步驟之間、通過(guò)把與所述聲學(xué)線天線 已經(jīng)具有的實(shí)際形式相對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)形式與通過(guò)應(yīng)用所述空間偏移步 驟和所述時(shí)間偏移步驟得到的模擬形式相比較的選擇步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)特征，所述時(shí)間投影階段使用所述測(cè)量的至 少 一種時(shí)間投影技術(shù)和基于預(yù)建立公報(bào)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的至少 一種空間 時(shí)間插值技術(shù)。
在這種情況下，所述時(shí)間投影階段使用所述時(shí)間投影階段的和所 述空間-時(shí)間插值技術(shù)的至少 一種組合技術(shù)，所述組合技術(shù)優(yōu)選地包括 用來(lái)通過(guò)把在過(guò)去所述空間-時(shí)間插值步驟的結(jié)果與在所述上游階段 中測(cè)量的洋流相比較而確定差別的步驟，所述差別打算在時(shí)間中投影 和添加到用于將來(lái)的所述空間-時(shí)間插值步驟的結(jié)果上。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個(gè)特征，所述時(shí)間投影階段包括用來(lái)從如下組
中挑選一種技術(shù)或至少一種技術(shù)的組合的步驟 -所述測(cè)量的所述時(shí)間投影技術(shù)；
-基于預(yù)建立公報(bào)的所述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的所述空間-時(shí)間插值技術(shù)； -所述組合技術(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)特征，所述組合方法包括用來(lái)加權(quán)如下技術(shù) 的步驟-所述測(cè)量的時(shí)間投影；
-基于預(yù)建立公報(bào)的所述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的所述空間-時(shí)間插值； -組合，
以上通過(guò)把在過(guò)去瞬時(shí)t處用于在所述區(qū)域中的一個(gè)點(diǎn)的所述技 術(shù)的每一種與在所述瞬時(shí)t處在所迷點(diǎn)處進(jìn)行的測(cè)量相比較而得到。


本發(fā)明的其它特征在閱讀作為說(shuō)明性和非限制性例子提供的本 發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例的如下描述、和附圖時(shí)將更明白，在附圖中
圖1至3是拖拉操作拖纜的船、和由船的通過(guò)產(chǎn)生的覆蓋區(qū)域的 示意表示；
圖4是在具有空間洋流變化的研究區(qū)域中拖拉拖纜的船的示意
表示；
圖5至7每個(gè)是根據(jù)本發(fā)明的一種方法的特定實(shí)施例的應(yīng)用的示 意表示；
圖8表明用來(lái)導(dǎo)航船的決定-做出曲線圖，用于在洋流的作用下 在研究區(qū)域中船的離開(kāi)；
圖9和10是分別在橫向洋流沒(méi)有和存在的情況下、靠近駁船的 船拖拉拖纜的示意表示；
圖ii是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和在洋流時(shí)間中的投影的曲線圖12是代表所述方法的主要步驟的圖。
具體實(shí)施例方式
如以前提到的那樣，本發(fā)明的原理在于它提出一種用來(lái)模擬至少 一個(gè)拖纜的定位的方法的事實(shí)，該方法包括執(zhí)行的用來(lái)預(yù)測(cè)洋流從而 在幾個(gè)點(diǎn)處確定洋流波動(dòng)的步驟，這種洋流經(jīng)受空間投影步驟，從而 沿拖纜的長(zhǎng)度定義將來(lái)洋流。當(dāng)這些將來(lái)洋流被確定，并且拖纜和尾 部浮標(biāo)的流體力學(xué)參數(shù)和船的將來(lái)位置已知時(shí)，通過(guò)流體力學(xué)模型的 數(shù)字解確定拖纜的將來(lái)形式。參照?qǐng)D1至3，表示拖拉兩個(gè)拖纜Sl和S2并且在箭頭F的方向 上沿軌跡Li運(yùn)動(dòng)的船1。
可能注意到，拖纜Sl和S2可以與位于多個(gè)拖纜的網(wǎng)絡(luò)的橫向 端部處的兩個(gè)拖纜相對(duì)應(yīng)。
在采集活動(dòng)期間，船跟隨理想地彼此平行的一組線，把在如圖1 中所示的兩條相鄰線Li和Li+1之間的距離挑選成，得到當(dāng)船在線Li 上通過(guò)時(shí)拖纜S2的測(cè)量與同一條船在線Li+1上的隨后通過(guò)期間拖纜 Sl的測(cè)量的希望覆蓋連續(xù)性。
因而，當(dāng)船沿線Li通過(guò)時(shí)，拖纜已經(jīng)覆蓋單元區(qū)域Zi，并且當(dāng) 船沿線Li+l通過(guò)時(shí)，拖纜已經(jīng)覆蓋單元區(qū)域Zi+l。兩個(gè)單元區(qū)域Zi 和Zi+l是連續(xù)的。覆蓋的這種希望連續(xù)性表示在圖l的上部中。
在圖2中，可以看到，在船在線Li+1上的以后通過(guò)中，離船最 遠(yuǎn)的拖纜的部分向線Li橫向偏移。這典型地是由于當(dāng)船在線Li+1上 通過(guò)時(shí)在與線Li和Li+1橫交的方向上洋流的存在。
這種情形的后果是，區(qū)域Zi+l僅被部分覆蓋，(這與"欠-覆蓋" 情形相對(duì)應(yīng))，并且區(qū)域Zi部分被第二次覆蓋(這與"過(guò)-覆蓋"情形 相對(duì)應(yīng))。
圖3表明其中在兩次連續(xù)通過(guò)之間的洋流變化引起在這兩次通 過(guò)期間由拖纜組覆蓋的區(qū)域的發(fā)散性的情況。
此外，在采集活動(dòng)期間，在完全安全性方面拖拉拖纜的船的運(yùn)動(dòng)， 在諸如石油駁船之類的障礙物中間，是必須考慮的情景。
圖9表示在沒(méi)有強(qiáng)烈橫向洋流的情況下、靠近石油駁船(BP) 的拖拉兩個(gè)拖纜Sl和S2的所述船的安全通過(guò)。
圖10表示，當(dāng)同一條船經(jīng)受不好預(yù)料或不能預(yù)料的強(qiáng)烈橫向洋 流時(shí)，與駁船(BP)碰撞的拖纜。
因此，對(duì)于拖纜的定位計(jì)入洋流的忽視或不足可能在采集活動(dòng)中 引起事故和較長(zhǎng)延遲。
如以前提到的那樣，用來(lái)改進(jìn)安全性的手段和用來(lái)減少船的另外 通過(guò)以填入未覆蓋區(qū)域的手段包括，確定在施加到拖纜上的洋流影響的作用下拖纜的將來(lái)形式。
下面描述允許實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的的根據(jù)本發(fā)明的方法。圖12的圖表 示所述方法的主要步驟。
在下面描述的方法中，由決定經(jīng)受沿纜索的長(zhǎng)度變化的洋流的可 延長(zhǎng)柔性纜索的運(yùn)動(dòng)方程的數(shù)字解確定拖纜的形式(圖12的步驟 Pl)。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的這個(gè)方程計(jì)入拖纜的不同流體力 學(xué)參數(shù)(牽引系數(shù)、彈性、扭曲、等等)、以及尾部浮標(biāo)的那些參數(shù)、
沿拖纜的長(zhǎng)度和按時(shí)間變化的水的相對(duì)速度、在浮標(biāo)上的空氣速度、 等等。
在具有大空間表面洋流變化的地理區(qū)域中，沿拖纜的長(zhǎng)度計(jì)入水 的相對(duì)速度對(duì)于拖纜的形式的模擬是基本的，以盡可能接近地反映實(shí) 際情形。
為了解這個(gè)方程，必須知道按時(shí)間拖纜的首部的位置(圖12的 步驟P2)。
根據(jù)本發(fā)明的方法允許集成沿拖纜的長(zhǎng)度的其它已知位置。這方 面允許不僅當(dāng)拖纜是側(cè)向自由(即，只裝備有深度導(dǎo)航控制裝置的拖 纜)時(shí)而且在被側(cè)向?qū)虻耐侠|(它們裝備有深度和側(cè)向?qū)Ш娇刂蒲b 置，如在專利號(hào)FR-2 870 509下出版的專利文件中描述的那些)的情 況下改進(jìn)結(jié)果。在導(dǎo)向拖纜的情況下，已知位置優(yōu)選地至少包括導(dǎo)向 控制裝置的位置。
圖4用兩個(gè)點(diǎn)3提供拖拉拖纜2的船1 (在這種情況下與浮標(biāo)4 的尾部相關(guān)聯(lián))的示意說(shuō)明，對(duì)于這兩個(gè)點(diǎn)3要預(yù)測(cè)水的相對(duì)速度。 這張圖清楚地表明在研究區(qū)域中、和特別是沿拖纜的長(zhǎng)度具有空間變 化的洋流5的情況。
為了識(shí)別沿拖纜的長(zhǎng)度的水的相對(duì)速度，在拖纜的深度處，必須 確定沿拖纜的長(zhǎng)度的洋流。下面描述用來(lái)確定這種洋流的方法。
為了確定沿拖纜的長(zhǎng)度的洋流，需要關(guān)于在拖纜的深度處的洋流 的數(shù)據(jù)。為此，根據(jù)本發(fā)明的方法包括用來(lái)使用對(duì)于研究區(qū)域可得到 的流速計(jì)數(shù)據(jù)的上游階段，這些數(shù)據(jù)通過(guò)使用 一個(gè)或幾個(gè)流速計(jì)的測(cè)量可以得到，并且/或者從預(yù)建立公報(bào)(如由專門(mén)組織提供的海洋預(yù)測(cè)) 取得。然后把這些可得到數(shù)據(jù)在沿拖纜的長(zhǎng)度的不同點(diǎn)處投影到將 來(lái)。下面在描述中將詳細(xì)說(shuō)明洋流在點(diǎn)(固定或運(yùn)動(dòng))處的這種時(shí)間 投影階段。
參照?qǐng)D5至7描述三個(gè)不同的實(shí)施例。參照這些圖，船l拖拉線
列聲學(xué)天線2，并且在一個(gè)或幾個(gè)點(diǎn)3處測(cè)量洋流。
在圖5中表明的配置中，確定考慮周到數(shù)量的點(diǎn)3(固定或運(yùn)動(dòng))，
這個(gè)數(shù)量足以定義至少包含拖纜2的邊界，該拖纜2的將來(lái)形式要被
定義。對(duì)于這些點(diǎn)，在上游階段期間如有可能，則得到洋流和關(guān)聯(lián)位
置(圖12的步驟P3)。
為此目的，可以使用不同裝置，并且特別是 -在研究區(qū)域中、在點(diǎn)3的位置處，可以使用固定流速計(jì)； -流速計(jì)可以裝配在拖拉拖纜2的船1上，而兩個(gè)其它流速計(jì)裝
配在船上在船1后面的位置中， 一個(gè)在右舷側(cè)并且另一個(gè)在左舷側(cè)。 在這種配置中，根據(jù)圖12的步驟PS3，通過(guò)沿拖纜的長(zhǎng)度(假
定在船的航線上對(duì)準(zhǔn))在考慮周到數(shù)量的點(diǎn)中的點(diǎn)3處(在點(diǎn)3之間)
在洋流的瞬時(shí)t處在兩維上的插值，得到在瞬時(shí)t處沿拖纜的長(zhǎng)度的洋流。
根據(jù)由圖6表明的配置，確定考慮周到數(shù)量的點(diǎn)3(固定或運(yùn)動(dòng))， 在這種情況下至少兩個(gè)， 一個(gè)在拖纜2前面并且另一個(gè)在其后面。對(duì) 于這些點(diǎn)，在上游階段期間如有可能，則再次得到洋流和關(guān)聯(lián)位置(圖 12的步驟P3)。
為此目的，可以使用幾種裝置，并且具體地
-把流速計(jì)定位在拖纜的首部21處，并且把另一個(gè)流速計(jì)定位在 拖纜的尾部22處；
-把流速計(jì)裝配在船1上，并且把另一個(gè)裝配在尾部浮標(biāo)4上；
-每條攜帶流速計(jì)的兩條船航行， 一個(gè)在拖拉拖纜2的船1的后 面并且另一個(gè)在其前面，拖纜2的將來(lái)形式要被確定。
在這種配置中，根據(jù)圖12的步驟PS3，通過(guò)沿拖纜的長(zhǎng)度(假定在船的航線上對(duì)準(zhǔn))在考慮周到數(shù)量的點(diǎn)中的點(diǎn)3處(在點(diǎn)3之間) 在洋流的瞬時(shí)t處在一維上的插值，得到在瞬時(shí)t處沿拖纜2的長(zhǎng)度 的洋流。
在圖7表明的配置中，使用由靠近拖纜的點(diǎn)攜帶的流速計(jì)識(shí)別洋 流和其關(guān)聯(lián)位置(圖12的步驟P3)。拖纜的接近特別可以是拖拉它 的船、另一條船、或甚至拖纜本身的點(diǎn)。對(duì)于這種配置，為了識(shí)別至 少對(duì)于區(qū)域的第二點(diǎn)的洋流，可以設(shè)想兩種可能性
-認(rèn)為在流速計(jì)(例如，由拖拉拖纜的船攜帶)處的洋流是沿拖 纜的長(zhǎng)度作用的洋流(因而假定洋流的時(shí)間變化優(yōu)于空間變化)。在 這種情況下，洋流數(shù)據(jù)通過(guò)把它與新位置相關(guān)聯(lián)被空間偏移(在絕對(duì) 基準(zhǔn)中)(圖12的步驟PS1和PS2);
-在流速計(jì)處的洋流被時(shí)間偏移，從而在地理點(diǎn)處洋流是恒定的 (因而假定洋流的空間變化優(yōu)于時(shí)間變化)。在這種情況下，洋流數(shù) 據(jù)通過(guò)把它與新位置相關(guān)聯(lián)被時(shí)間偏移(在諸如流速計(jì)的基準(zhǔn)之類的 相對(duì)基準(zhǔn)中)。
這個(gè)第二點(diǎn)特別可能是拖纜的尾部(其中假定拖纜跟隨航線)。 在這種配置中，因此必須確定從流速計(jì)已知的洋流的空間或時(shí)間 偏移是否要進(jìn)行。為此目的，使用洋流的現(xiàn)場(chǎng)定位數(shù)據(jù)。對(duì)于定位數(shù) 據(jù)(和構(gòu)成基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，從該構(gòu)成基準(zhǔn)數(shù)據(jù)可挑選拖纜的基準(zhǔn)形式)是 可得到的時(shí)間段，根據(jù)兩種不同手段計(jì)算拖纜的形式，根據(jù)其一種沿 拖纜的長(zhǎng)度考慮同一洋流，并且根據(jù)其另一種進(jìn)行在船的水平處的洋 流的時(shí)間偏移。然后把這些模擬與拖纜的現(xiàn)場(chǎng)定位數(shù)據(jù)相比較(把兩 種手段應(yīng)用在瞬時(shí)t處以便計(jì)算在瞬時(shí)t后的瞬時(shí)t'處的新形式，然 后把對(duì)于瞬時(shí)t計(jì)算的形式與拖纜在瞬時(shí)t處實(shí)際經(jīng)歷的基準(zhǔn)形式相 比較)。
例如，用于用來(lái)建模拖纜的不同角度的曲線的二次誤差、在節(jié)點(diǎn) 的位置之間的歐幾里德標(biāo)準(zhǔn)、測(cè)量和預(yù)測(cè)的在拖纜之間的面積、或從 現(xiàn)有技術(shù)已知的其它標(biāo)準(zhǔn)可以選作標(biāo)準(zhǔn)。
對(duì)于研究區(qū)域的適當(dāng)挑選因而與具有最小標(biāo)準(zhǔn)的情況相對(duì)應(yīng)。這種方法允許在計(jì)入洋流的空間變化或時(shí)間變化之間挑選。
下面將詳細(xì)說(shuō)明洋流在一個(gè)點(diǎn)(固定或運(yùn)動(dòng))處的時(shí)間投影階段。
在點(diǎn)3 (固定或運(yùn)動(dòng))處，方法的上游階段允許得到 -直到當(dāng)前瞬時(shí)的N系列的流速計(jì)測(cè)量；
-直到本瞬時(shí)的點(diǎn)的位置(在其處洋流要在將來(lái)確定的水平)以 及將來(lái)瞬時(shí)的那些位置(在模擬步驟期間)；
-對(duì)于研究區(qū)域的M次海洋預(yù)測(cè)(海洋預(yù)測(cè)是集成決定海洋的所 有物理現(xiàn)象(普通洋流、潮汐、風(fēng)、水的密度、大氣壓力、等等)的 數(shù)學(xué)模型的結(jié)果，該物理現(xiàn)象由外部組織以在4D網(wǎng)格上的數(shù)據(jù)形式 提供)。
由這些數(shù)據(jù)，計(jì)算用于最近將來(lái)(大約數(shù)小時(shí)，例如6小時(shí)、12 小時(shí)、24小時(shí))的不同預(yù)測(cè)，并且特別是 -叫做"延長(zhǎng)測(cè)量預(yù)測(cè)"的N個(gè)預(yù)測(cè)； -叫做"海洋預(yù)測(cè)，，的M個(gè)預(yù)測(cè)； -叫做"組合預(yù)測(cè)"的N*M個(gè)預(yù)測(cè)。
"延長(zhǎng)測(cè)量預(yù)測(cè)，，(圖12的步驟PT1)按如下得到對(duì)于每個(gè)流 速計(jì)，在從拖纜的深度收集或帶回?cái)?shù)據(jù)之后，流速計(jì)測(cè)量系列被延長(zhǎng)。 使用不同插值算法，例如使用使系數(shù)依據(jù)在過(guò)去值Uk (BkSK) (以及對(duì)于1>0， ^^ZfJ(",，"2,…k )之間的相關(guān)的線性預(yù)測(cè)函數(shù)， 或甚至使用借助于過(guò)去值Uk(l^^K)(以及對(duì)于m，l>0,
"",Z^厶",""…)sin(",，("p"2，…)))定義的諧波分量的線性組合，可以進(jìn) 行延長(zhǎng)。對(duì)于每個(gè)洋流分量，例如強(qiáng)度和方向、或甚至區(qū)域和子午分 量，進(jìn)行延長(zhǎng)。
"海洋預(yù)測(cè)"按如下得到對(duì)于每個(gè)海洋預(yù)測(cè)，由于對(duì)其要預(yù)測(cè)洋 流的點(diǎn)的將來(lái)位置是已知的(通過(guò)模擬)，所以四維插值(三個(gè)空間 維和一個(gè)時(shí)間維)用來(lái)確定對(duì)于這個(gè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)(圖12的步驟PT2)。
"組合"預(yù)測(cè)(圖12的步驟PT3 )按如下得到。首先進(jìn)行提示 以與氣象預(yù)測(cè)相同的方式，海洋預(yù)測(cè)具有局部變化。通過(guò)把這些海洋 預(yù)測(cè)與收集的流速計(jì)數(shù)據(jù)相組合，可以得到最佳利用所有數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)。為此目的，在點(diǎn)的過(guò)去位置處插值的海洋預(yù)測(cè)與在這點(diǎn)處的流速 計(jì)數(shù)據(jù)之間的差別在確定點(diǎn)處被計(jì)算(對(duì)于每個(gè)洋流分量計(jì)算差別)。 這些計(jì)算的差別然后被延長(zhǎng)，并且然后依次被添加到在點(diǎn)的將來(lái)位置 處插值的海洋預(yù)測(cè)上。
根據(jù)本發(fā)明的方法因而允許，對(duì)于要確定洋流的每個(gè)點(diǎn)，得到N 個(gè)"延長(zhǎng)測(cè)量"預(yù)測(cè)、M個(gè)"海洋"預(yù)測(cè)及N頭M個(gè)"組合，，預(yù)測(cè)。
根據(jù)本發(fā)明的方法也允許挑選在步驟PT1、 PT2、 PT3中進(jìn)行的 這些預(yù)測(cè)的一種，并且如有可能，挑選最好一種(圖12的步驟PT4)。 這種挑選按如下進(jìn)行。
為了定義在進(jìn)行的這些預(yù)測(cè)中的最好預(yù)測(cè)，方法包括定義數(shù)小時(shí) 前的情形。
從這種過(guò)去時(shí)期(date),計(jì)算N+M+N*M預(yù)測(cè)，直到當(dāng)前瞬 時(shí)因而進(jìn)行"最近過(guò)去"的N+M+N*M預(yù)測(cè)。
因?yàn)橹钡疆?dāng)前瞬時(shí)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是已知的(在上游階段期間通過(guò)流速 計(jì)測(cè)量得到)，方法因而包括比較不同預(yù)測(cè)它是在現(xiàn)場(chǎng)洋流與預(yù)測(cè) 洋流之間的差別的標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算，這將允許進(jìn)行這種比較。第i個(gè)預(yù)測(cè) Pi (l《i^N+M+N*M)具有標(biāo)準(zhǔn)(Xi。
例如，挑選的標(biāo)準(zhǔn)可以是歐幾里德2D標(biāo)準(zhǔn)、用于橫向洋流的二 次誤差、或從現(xiàn)有技術(shù)已知的其它標(biāo)準(zhǔn)。
圖ll并行地放置不同曲線，其中
-曲線A代表直到當(dāng)前瞬時(shí)投影的測(cè)量洋流；
誦曲線B代表"過(guò)去"洋流預(yù)測(cè)；
-曲線C代表過(guò)去"延長(zhǎng)測(cè)量"預(yù)測(cè)；
-曲線D代表過(guò)去"組合"預(yù)測(cè)。
最好"最近過(guò)去"預(yù)測(cè)是具有最小標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)測(cè)。
然后可以把預(yù)測(cè)加權(quán)。例如，借助于下式使權(quán)重pi與預(yù)測(cè)Pi相
關(guān)聯(lián)<formula>formula see original document page 16</formula>最好"最近過(guò)去"預(yù)測(cè)是具有最大加權(quán)的預(yù)測(cè)。
因此假定用于最近將來(lái)的最好預(yù)測(cè)具有與最好"最近過(guò)去，，預(yù)測(cè) 相同的類型。
這種"最近過(guò)去"預(yù)測(cè)和關(guān)聯(lián)權(quán)重對(duì)于導(dǎo)航員的呈現(xiàn)為導(dǎo)航員提 供進(jìn)行關(guān)于要采納的最好預(yù)測(cè)的決定的幫助。使用客觀計(jì)算的加權(quán)允 許導(dǎo)航員在進(jìn)行最后選擇時(shí)得到建議或方位。
可能注意到，由計(jì)算的權(quán)重，也可以進(jìn)行另一種預(yù)測(cè)(圖12的
步驟PT5)，該預(yù)測(cè)只不過(guò)是與"最近過(guò)去，，的N+M+N*M預(yù)測(cè)相對(duì)
應(yīng)的權(quán)重的N+M+N*M加權(quán)預(yù)測(cè)的加權(quán)。如此得到的這樣一種預(yù)測(cè) (Zr"' ,《)叫做"加權(quán)預(yù)測(cè)"。這種預(yù)測(cè)具有是自動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，并且
自然接近最好類型的預(yù)測(cè)。
在圖7中表明的配置的特定情況下(根據(jù)該情況，只有對(duì)于洋流 可得到的數(shù)據(jù)來(lái)自在拖拉拖纜的船上的流速計(jì))，對(duì)于船的將來(lái)洋流 如以前那樣被確定，方法還包括用來(lái)按如下沿拖纜的整個(gè)長(zhǎng)度確定洋 流的步驟。
對(duì)于沿拖纜的長(zhǎng)度的點(diǎn)，有M個(gè)("海洋")預(yù)測(cè)。因而假定海 洋預(yù)測(cè)中的差別對(duì)于船/拖纜對(duì)是相同的。在這種假設(shè)下，也有N*M 個(gè)"組合"預(yù)測(cè)。
對(duì)于關(guān)于船的N個(gè)"延長(zhǎng)測(cè)量"預(yù)測(cè)，可以設(shè)想兩種可能性
-或者對(duì)于在拖纜處的預(yù)測(cè)使用在船處的N個(gè)預(yù)測(cè)(假定洋流的 時(shí)間變化優(yōu)于空間變化)；
-或者把時(shí)間偏移施加到N個(gè)預(yù)測(cè)上，從而在地理點(diǎn)處，洋流是 恒定的(假定在這種情況下洋流的空間變化優(yōu)于時(shí)間變化)。
如以前提到的那樣通過(guò)把拖纜的過(guò)去測(cè)量形式與在兩種情況下 都進(jìn)行的模擬相比較，確定要施加的可能性。
在這時(shí)，再次有N+M+]^M預(yù)測(cè)Qi，并且以與對(duì)于船挑選的方 式相同的方式進(jìn)行預(yù)測(cè)的挑選(并且如果進(jìn)行挑選以釆納"加權(quán)，，預(yù)
測(cè)，則如以前那樣使用相同的加權(quán)，因此這種預(yù)測(cè)是(2X廣+w'、e,)。
對(duì)于拖纜的點(diǎn)的橫向漂移的確定的應(yīng)用由拖纜的計(jì)算定位，簡(jiǎn)單的是，對(duì)于拖纜的特定點(diǎn)，通過(guò)相對(duì)于 定義船軌跡的線計(jì)算這個(gè)點(diǎn)的模擬位置的距離，確定這個(gè)點(diǎn)相對(duì)于船 軌跡的漂移。例如，有可能計(jì)算外部左舷側(cè)拖纜的尾部的橫向漂移、 中央拖纜沿其長(zhǎng)度的路途的四分之一的橫向漂移、具有最大漂移和其 關(guān)聯(lián)漂移的外部拖纜的點(diǎn)、等等。
計(jì)算將來(lái)的橫向漂移允許導(dǎo)航員識(shí)別在將來(lái)拖纜的網(wǎng)絡(luò)的寬度、 和定義以最大安全性從事航行的航線。
對(duì)于要被拖拉的將來(lái)線的挑選、離開(kāi)這條線的時(shí)間、及船的平均 速度的應(yīng)用
對(duì)于每條潛在將來(lái)線，采納如下程序
-或者把在已經(jīng)拖拉的相鄰線上測(cè)量的洋流與對(duì)于將來(lái)線預(yù)測(cè)的 洋流相比較(通過(guò)洋流的相似性的比較)；
-或者把在已經(jīng)拖拉的相鄰線上測(cè)量的拖纜的形式與對(duì)于將來(lái)線 預(yù)測(cè)的拖纜形式相比較(通過(guò)變形的相似性的比較)。
依據(jù)相鄰和將來(lái)線的相對(duì)方向進(jìn)行在解的一個(gè)或另一個(gè)之間的
挑選
-如果它們?cè)谙嗤较蛏?，則洋流的比較是足夠的并且將自動(dòng)地 進(jìn)行(然而可以進(jìn)行形式的比較)；這種挑選具有不計(jì)入拖纜的流體 力學(xué)參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并因此，它們的不良知識(shí)不會(huì)影響變形的計(jì)算和最 終結(jié)果；
-如果它們?cè)谙喾捶较蛏?，則要求形式的比較(由于在兩條線上 顛倒的拖纜的慣性)并且將自動(dòng)地進(jìn)行。應(yīng)該注意，如果比較幾條線， 則如果它們之一與其已經(jīng)拖拉的相鄰線相反，那么自動(dòng)地挑選變形的 相似性。
對(duì)于每條潛在將來(lái)線，對(duì)于每個(gè)可能離開(kāi)時(shí)間(在定義的時(shí)間偏 航(pitch)上)或?qū)τ诖拿糠N可能速度(在定義的偏航上)，洋流 或?qū)?lái)線的形式被預(yù)測(cè)，并且然后通過(guò)計(jì)算在進(jìn)行的預(yù)測(cè)與對(duì)相鄰線 進(jìn)行的測(cè)量之間的差別而被比較。
最佳挑選因而是線、時(shí)間及速度與最小標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的挑選。這些不同參數(shù)可以在諸如圖8表明的之類的曲線圖上呈現(xiàn)給導(dǎo)航員。執(zhí)行 這樣一種操作因而允許導(dǎo)向員挑選盡可能多地減少在最近將來(lái)在不
同可能情景之間的"在覆蓋區(qū)中的孔洞"的情景。
權(quán)利要求
1. 一種用于模擬在研究區(qū)域中拖拉的至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的方法，包括至少一個(gè)用于模擬所述聲學(xué)線天線的至少一個(gè)點(diǎn)的至少一個(gè)將來(lái)位置的步驟、至少一個(gè)用于預(yù)測(cè)能夠與所述聲學(xué)線天線相互作用的至少一個(gè)洋流的時(shí)間和空間變化的步驟、和至少一個(gè)用于根據(jù)流體力學(xué)模型的解確定所述聲學(xué)線天線的形式的步驟，其特征在于，所述預(yù)測(cè)步驟包括-用于確定在所述區(qū)域的至少兩個(gè)確定點(diǎn)處的洋流的上游階段；-所述確定點(diǎn)的至少一個(gè)將來(lái)位置的模擬階段；-在每個(gè)將來(lái)位置處在所述上游階段期間確定的所述洋流的時(shí)間投影階段；-在占據(jù)所述模擬步驟的所述將來(lái)位置的所述聲學(xué)線天線的至少兩個(gè)相異點(diǎn)處的所述洋流的空間投影階段。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，所述時(shí)間投影階段在所述空間投影階段之前。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，所述空間投影階段在所述時(shí)間投影階段之前。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線 天線的定位的方法，其特征在于，所述上游階段通過(guò)在所述研究區(qū)域的考慮周到數(shù)量的至少一個(gè)確定點(diǎn)對(duì)所述洋流的相繼測(cè)量進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，所述相繼測(cè)量在所述聲學(xué)線天線的軌跡的至少兩 個(gè)點(diǎn)處被執(zhí)行，相對(duì)于所述軌跡至少一個(gè)點(diǎn)在所述天線前面并且至少 一個(gè)點(diǎn)在所述天線后面，所述空間投影階段包括沿所述聲學(xué)線天線的 所述測(cè)量的至少一個(gè)一維插值步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，所迷相繼測(cè)量在至少三個(gè)點(diǎn)處被執(zhí)行，這三個(gè)點(diǎn) 一起定義包含至少一個(gè)聲學(xué)線天線的空間，所述空間投影階段包括沿所述聲學(xué)線天線的所述測(cè)量的至少一個(gè)兩維插值步驟。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，所述相繼測(cè)量在單個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)處被執(zhí)行，在所述運(yùn) 動(dòng)點(diǎn)處的所述測(cè)量被投影到所述區(qū)域的至少一個(gè)第二點(diǎn)上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于模擬至少 一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，它包括相對(duì)于相對(duì)基準(zhǔn)的時(shí)間偏移步驟、或相對(duì) 于在所述運(yùn)動(dòng)點(diǎn)處的所述測(cè)量的絕對(duì)基準(zhǔn)的空間偏移步驟。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的 方法，其特征在于，它包括對(duì)于在所述第二點(diǎn)處的所述投影、在所述 空間偏移步驟和所述時(shí)間偏移步驟之間、通過(guò)將與所述聲學(xué)線天線已和所述時(shí)間偏移步驟得到的模擬形式進(jìn)行比較的選擇步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué) 線天線的定位的方法，其特征在于，所述時(shí)間投影階段使用所述測(cè)量 的至少一種時(shí)間投影技術(shù)和/或基于預(yù)建立公報(bào)的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的至少一 種空間-時(shí)間插值技術(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位 的方法，其特征在于，所述時(shí)間投影階段使用所述時(shí)間投影技術(shù)與所 述空間-時(shí)間插值技術(shù)的至少 一種組合技術(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位 的方法，其特征在于，所述組合技術(shù)包括用于通過(guò)將用于過(guò)去的所述 空間-時(shí)間插值步驟的結(jié)果與在所述上游階段期間測(cè)量的洋流相比較 而確定差別的步驟，其中所述差別被設(shè)計(jì)成在時(shí)間中投影并添加到用于將來(lái)的所述空間-時(shí)間插值步驟的結(jié)果上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線 的定位的方法，其特征在于，所述時(shí)間投影階段包括用于在如下組中 的 一種技術(shù)或至少兩種技術(shù)的組合之間挑選的步驟-所述測(cè)量的所述時(shí)間投影技術(shù)；-基于預(yù)建立公報(bào)的所述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的所述空間-時(shí)間插值技術(shù)；-所述組合技術(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的用于模擬至少一個(gè)聲學(xué)線天線 的定位的方法，其特征在于，所述組合步驟包括用于加權(quán)如下技術(shù)的 步驟-所述測(cè)量的時(shí)間投影；-基于預(yù)建立公報(bào)的所述預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的所述空間-時(shí)間插值； -組合，以上通過(guò)將在過(guò)去瞬時(shí)t用于在所迷區(qū)域中的一個(gè)點(diǎn)的每一種所 述技術(shù)與在所述瞬時(shí)t在所述點(diǎn)處進(jìn)行的測(cè)量相比較而得到。
全文摘要
本發(fā)明的主題是一種用于模擬在研究區(qū)域中拖拉的至少一個(gè)聲學(xué)線天線的定位的方法，該方法包括所述聲學(xué)線天線的至少一個(gè)點(diǎn)的至少一個(gè)將來(lái)位置的至少一個(gè)模擬步驟、用于預(yù)測(cè)可能與所述聲學(xué)線天線相互作用的至少一個(gè)洋流的時(shí)間和空間變化的至少一個(gè)步驟、及用于由流體力學(xué)模型的解確定所述聲學(xué)線天線的形式的至少一個(gè)步驟，其特征在于，所述預(yù)測(cè)步驟包括用于確定在所述區(qū)域的至少兩個(gè)確定點(diǎn)處的洋流的上游階段；所述確定點(diǎn)的至少一個(gè)將來(lái)位置的模擬階段；在每個(gè)將來(lái)位置處在所述上游階段期間確定的所述洋流的時(shí)間投影階段；在占據(jù)模擬步驟的所述將來(lái)位置的所述聲學(xué)線天線的至少兩個(gè)相異點(diǎn)處的所述洋流的空間投影階段。
文檔編號(hào)G01V1/38GK101435877SQ20081016988
公開(kāi)日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者C·維塞奧斯, V·勒赫爾 申請(qǐng)人:瑟塞爾公司