0 引言

在海上油气勘探领域，海底节点(Ocean bottom node，OBN)勘探近年来已成为一种十分重要的作业模式，并持续发展。众多石油公司纷纷启动OBN勘探项目，对已有矿区进行4D勘探，以得到更高质量的地质成像资料，提高油气采收率。

实时导航定位是OBN勘探作业中基础和重要的环节，直接决定勘探项目运行中节点船、震源船以及声学定位船作业的点位精度和施工效率。本文根据OBN勘探项目中的实时导航定位作业过程，从导航作业现场监控、导航数据处理以及导航数据管理等方面，总结了OBN勘探作业模式下实时导航定位中的质量控制。

1 OBN勘探导航定位过程及要求

OBN地震勘探现场作业内容主要包括节点船释放节点设备，定位船对水下节点设备进行声学定位，以及震源船进行气枪激发等环节^[1]。在此过程中均需导航定位系统做实时导航，并实时记录导航数据；同时，导航人员需在导航定位过程进行全程监控，以确保施工质量。

1.1 OBN勘探中的导航定位过程

实时导航定位贯穿于整个OBN勘探作业过程，包括节点船、震源船和声学定位船的现场实时导航定位，导航数据记录、质控和后续处理，以及多船协作等内容。

节点船的作业内容是释放和回收节点设备，在释放节点时，根据洋流仪(Acoustic doppler current profilers，ADCP)监控潮流大小和方向，使用超短基线(Ultra-short base line，USBL)声学定位系统对节点从入水到下沉至海底的过程做实时定位和监控^[2]；声学定位船使用长基线(Long base line，LBL)声学定位系统对水下节点设备进行声学定位，以确定节点设备在水下具体位置^[3]；震源船进行气枪震源激发作业，目前OBN勘探中多使用双源震源船以左、右源交替激发方式提高作业效率(图 1)。

1.2 OBN勘探点位精度要求

勘探点位精度是指节点设备释放到水下后的位置，以及震源激发时震源中心位置实际坐标与OBN勘探理论坐标之间的偏差。具体分为沿测线方向偏离(Distance along line，DA)、垂直测线方向偏离(Distance cross line，DC)和偏离距(图 2)。

在OBN勘探中，激发点、接收点的点位精度(DA、DC、偏离距)必须符合OBN勘探项目具体要求，同时对连续偏点个数、单次上线偏点率、整线偏点率等进行严格控制。在勘探作业全流程，均需严格把控点位精度^[4]，并根据现场情况(潮汐、洋流、水深等)及时与驾驶台沟通，调整作业船航向、速度等，以保证点位精度符合OBN勘探项目要求。

2 作业现场实时导航定位质控

导航定位现场质控主要是指对节点船、声学定位船和震源船等作业的质控，包括对海上综合导航定位系统、各导航设备的监控，对实时导航定位数据交互和解算的监控^[5]，对海况、各作业船动态的了解，以达到提高作业效率，并确保安全施工。

2.1 节点船作业中的导航质控

节点船进行节点设备释放作业前，导航人员需确认理论测线位置、点号范围等信息；检查测线附近有无障碍物(浅水点、水下井口、海底管线、钻井平台等)；掌握其他作业船动态，提前预估作业开始后是否会与其他作业船只近距离相遇；掌握潮流大小和方向，确定节点设备释放时节点船距离理论测线的相对偏离量；检查海上导航系统和各导航设备的运行状态，包括对海上综合导航定位系统、DGPS系统、罗经、水深仪、USBL系统、姿态传感器、ADCP系统、声学应答器等进行检查，确认其处于稳定运行状态；制作和查验声学应答器ID与理论测线中检波点号的对应关系表^[6]。

节点设备释放作业中，现场导航人员根据ADCP系统对潮流进行实时监控；利用USBL系统对节点设备由入水到下落至海底过程中的位置变化进行监控(图 3、图 4)，及时调整节点船相对于测线的偏离量和船速，以保证点位精度^[7]；监控海上综合导航定位涉及的各系统和导航设备的运行状态，确保数据交互和解算正常；检查并确认作业中海上综合导航定位系统对各导航数据文件(P294、SPS、P190等)的记录正常。

节点设备回收作业时，导航人员根据USBL系统对水下节点的定位结果确定最佳作业位置；向海底释放器发送声学信号释放其浮球，或利用海锚捞起缆绳后展开节点设备回收作业(图 5)。

节点设备释放作业结束后，将海上综合导航定位系统由上线状态转为下线状态，结束作业；从综合导航定位系统工作站下载并整理相关数据文件，包括P294、SPS、P190、P211、水深仪数据、潮汐数据、USBL和ADCP原始数据文件，以及综合导航定位系统在上线状态记录的质控数据等；整理并记录导航线报和导航日志。

2.2 声学定位船作业中的导航质控

定位船使用LBL系统对水下节点设备进行声学定位，以得到节点设备在水下的具体位置(图 6)。根据LBL系统的相关要求，离测线1~2倍水深的距离进行声学定位能得到较好的观测值^[8]。因此，作业中需根据水深情况及铺设在海底的节点设备的位置，调整作业船距离测线的偏离量，并注意控制船速，以保证声学定位观测值的质量；还需要确保DGPS、LBL系统、罗经等导航设备的稳定运行^[9]；监控海上综合导航定位系统运行状态，检查导航数据是否正常记录，主要包括P294、SPS、P190等，尤为重要的是原始数据记录(P294)文件，它涉及对声学定位数据的后续处理。

2.3 震源船作业中的导航质控

震源船进行激发作业前，导航人员根据作业内容，提前设计转向路线，并检查转弯路径和测线位置附近有无障碍物(图 7)；关注其他作业船状态，提前做好预案，以应对可能的突发情况；检查海上导航系统和各导航设备运行状态，包括海上综合导航定位系统、DGPS和RGPS系统、罗经、水深仪、姿态传感器、流速仪等，确认其运行状态正常；了解气枪状态，持续监控子阵间距；与驾驶台保持沟通，根据现场状况实时调整船速、航向等。

震源船作业过程中，导航人员需实时监控点位偏离情况，知会驾驶台及时调整作业船位置，保证震源中心的点位精度；监控船速，确保响炮时间间隔(Shooting time interval)；监控子阵间距和震源间距；监控气枪激发质量信息，包括平均枪深、枪压、子枪激发状态、激发时间同步信息等；监控RGPS系统状态，确保RGPS系统运行稳定^[10]；监控海上综合导航定位系统运行状态，以及导航数据是否处于正常记录状态。

震源船作业结束后，将海上综合导航定位系统由上线状态转为下线状态，结束作业；从综合导航定位系统工作站中下载和整理相关数据文件，包括P294、SPS、P190、P211、水深仪数据、潮汐数据等；生成完线报告和导航作业中的质控文件；整理和记录导航线报和导航日志，详细记录相关测线信息，以及作业过程中的设备状态和异常情况。

3 导航定位数据处理质控

OBN勘探作业现场产生的导航定位数据主要包括放缆数据、声学定位数据、震源激发数据等，这些数据均需集中并做后续处理，其中声学定位数据和震源激发过程中的导航数据还需利用原始数据记录(P294)文件做专门的预处理。

声学定位数据的预处理，主要是从P294文件中提取DGPS数据、罗经数据、声学观测值、点位信息等，使用实际声速值，对声学定位过程做后续处理以得到更符合实情的坐标位置，提高声学定位精度。在数据处理中，须筛选和剔除离散观测值及间跳等异常数据，对观测数据重新进行解算和平差，以得到更高质量的声学定位成果，最终生成SPS和P190等声学定位成果文件和数据处理质控报告。

震源激发作业的导航数据预处理，主要是根据P294文件中记录的原始信息，包括DGPS、罗经、水深数据、RGPS观测值(距离和方位等)、枪深、激发点信息和激发时间等，重新解算RGPS相对定位获得新的震源中心位置，以提高导航定位精度。在对数据做滤波处理时，应注意筛选、剔除或平滑RGPS距离和方位观测值，剔除水深数据间跳及枪深数据间跳，匹配正确的震源ID，对观测数据进行解算和平差，改善导航定位结果，最终生成SPS、P190等成果文件，以及处理报告、平差报告和激发点统计报告等质控文件^[11]。

对放缆数据及定位成果、放炮定位成果进行处理和质控，统计点位偏离(DA、DC、偏离距等)数据、响炮时间间隔、枪深、枪压、激发时间同步等信息(图 8、图 9)，汇总并提交这些质控结果^[12]。

4 导航数据管理

在OBN勘探过程中会产生多达几TB到几十TB的巨量导航数据。通常包括：放炮、放缆、声学定位作业中的原始数据和预处理、后续处理的(中间)成果数据，实时验潮数据，定期进行的声速测试数据和最终处理成果，导航班报、线报、日志、培训记录等表格文件，导航设备检校数据，工区踏勘数据和成果，导航设备运行、检修和保养记录，导航设备使用、备用、转运清单，等等。显然，对这些导航数据的存储和管理十分重要。

将导航数据文件按照放缆数据、放炮数据和声学定位数据等进行分类保存和管理；对某些文件，还需按原始数据、成果数据等做细分，如图 10所示的文件分层结构示例；同时，制订统一的文件夹和数据文件命名标准；定期对导航数据进行备份，以防数据丢失、误删或损坏等情形的发生。

5 结束语

本文根据OBN勘探的作业流程以及海上综合导航系统各导航设备和软件系统的运行状况，结合导航人员的工作内容，从导航工作现场、数据处理和导航数据管理等方面，总结和说明了导航定位过程中各环节的操作和质控内容，可以为OBN勘探项目运行过程中更好地提高导航操作规范性和保证采集数据质量等方面提供借鉴和参考。