一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统，包括控制器，控制器分别与三维模拟器、图像信息采集处理器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器和无线射频收发器电性连接，控制器的输入端分别与深度传感器、陀螺仪、方位角传感器、计时器、GPS卫星数据采集器的输出端电性连接，图像信息采集处理器的输入端分别与第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头的输出端电性连接，无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，GPS卫星数据采集器的输入端与GPS卫星的输出端连接，该发明专利技术的有益效果是智能化程度高，有效地将钻孔成像技术和钻孔轨迹测量技术相结合，极大地提高了钻孔轨迹测量的精确度。

A control system based on panoramic remote vision imaging and borehole trajectory measurement

The invention discloses a remote controller including panoramic imaging and borehole trajectory measurement and control system, based on the controller is connected with the 3D simulator, image information acquisition processor, data processor, RAM memory, ROM memory and a wireless RF transceiver is electrically connected with the controller, the input end and depth sensor, gyroscope, azimuth sensor GPS, timer, satellite data collector output end is electrically connected with the input end, image information acquisition processor output respectively with the first camera, second cameras and third camera terminal electrically connected by wireless radio frequency transceiver GPRS network connected to an external device, and an input end of the GPS satellite data and GPS satellite terminal connection the method has the advantages of high degree of intelligence, effectively borehole imaging and borehole trajectory measurement The combination of quantity and technology greatly improves the accuracy of borehole trajectory measurement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统
本专利技术属于工程检测
，尤其涉及一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统。
技术介绍
全景成像技术是钻孔成像中的基础技术，目前市面上的钻孔成像仪都采用该技术，对被探测钻孔进行全景成像，生成钻孔的三维虚拟岩心柱状图和其平面展开图，适用于无法取得实际岩心的破碎带地层。钻孔轨迹测量是定向井钻进的常用技术，由于地层各向异性和造斜工具能力等因素的影响，实际钻孔轨迹往往不能延设计的轨迹前进。为了准确的钻达目标点，必须随时了解井斜角和方位角随井身的变化情况，使得钻探人员能够及时、准确的掌握钻孔孔斜情况，实时控制钻孔轨迹，保证所钻孔的轨迹按照预定轨迹进行。然而现有技术并没有很好地将钻孔成像技术和钻孔轨迹测量技术有效结合的方法，二者的控制系统相互独立，不但造成了资源浪费，同时降低了施工效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统，旨在解决现有技术并没有很好地将钻孔成像技术和钻孔轨迹测量技术有效结合的方法，二者的控制系统相互独立，不但造成了资源浪费，同时降低了施工效率的问题。本专利技术是这样实现的，一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统，所述基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统包括控制器，所述控制器分别与三维模拟器、图像信息采集处理器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器和无线射频收发器电性连接；所述控制器的输入端分别与深度传感器、陀螺仪、方位角传感器、计时器、GPS卫星数据采集器的输出端电性连接；所述图像信息采集处理器的输入端分别与第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头的输出端电性连接；所述无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，所述GPS卫星数据采集器的输入端与GPS卫星的输出端连接；所述控制器的输入端与供电电源的输出端电性连接，所述控制器与数据库电性连接；所述基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统的基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制方法包括：步骤一、根据地质资料的分析处理结果，确定目标储层中水平段中地质突变的预测区域；步骤二、当所述水平段中的钻井钻头到达预测区域时，根据获取的随钻地质资料，确定所述地质突变在所述预测区域中的位置和所述地质突变的类型；步骤三、确定当前待检测区域的周视角和俯仰角并确定全景成像装置中矩形成像器件的边长；步骤四、根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角，调整全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使得所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度；步骤五、生成具有约束条件的地面模型及钻井轨道模型,建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系，以适用于各种井型的靶平面；步骤六、基于所述井底点的轨迹参数和井段长度，预测入靶方向并校核是否满足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；步骤七、根据入靶方向获取钻孔原始图像以及原始图像加入环境光底色后的降质图像，获取所述原始图像和降质图像的色度差异以及利用所述色度差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像；步骤八、获取钻孔过程中的动态图像，针对动态图像和上一图像设定一初始重叠位置，计算当前所获得动态图像和上衣图像在该重叠位置下的相似性，选择最小相似性值所对应的重叠位置为最终的准确重叠位置；步骤九、将补偿后图像与轨迹特征参数进行拼接，从多个拼接图像中定义供处理的一组图像，使该组图像内的至少一个成分对齐，通过对一个或者更多个图像进行剪裁、调整大小和旋转来变换经过对齐的图像中的一个或者更多个以产生一系列经过变换的图像；步骤十、选取校正后的补偿图像，在纠正区域中分别标注对应的第一同名点，第二同名点，……第n同名点，所述第一同名点位于待纠正的第一图像，第二同名点位于待纠正的第二图像，......第n同名点位于待纠正的第n图像；步骤十一、在纠正区域选择与第一同名点，第二同名点，……第n同名点的距离符合预设要求的点作为基准点，在第二图像，第三图像，……，第n-1图像中找出用于缝合的理想缝合位置，向对于所述缝合位置对图像进行校正以形成新的经旋转的理想位置；步骤十二、将第一同名点，第二同名点，……第n同名点以基准点为原点纠正到理想缝合位置，将第一图像，第二图像，……第n图像拼接在一起，形成较大的全景图像；步骤十三、生成经过拼接的图像的数据矩阵，并对数据矩阵进行中心化或标准化，计算中心化或标准化后的所述数据矩阵的方差矩阵，将方差矩阵的特征多项式转换为高次特征多项式；步骤十四、判断高次特征多项式的根的个数，根据根的个数及预设的初始解，对所述高次特征多项式进行迭代求解，当迭代求解获得的根的个数剩余四个时，根据当前迭代求解获得的特征多项式的数学表达式计算剩余的四个根，输出所有特征根，根据所述特征根计算特征向量，根据特征向量获得变换矩阵，将变换矩阵乘以数据矩阵得到压缩后的图像；对补偿后图像数据进行校正获得校正数据，对校正数据进行除噪处理获得除噪数据，对除噪数据进行重排获得重排数据，对重排数据进行卷积获得卷积数据；根据下式对所述数据矩阵进行标准化：式中：得到：A＝(Aij)m×n；m为数据矩阵的行数，n为数据矩阵的列数，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n；Xij为数据矩阵中第i行第j列的数据；当前所获取的动态图像和上一图像在重叠位置下的相似性根据如下公式计算：其中，AD为上一图像在重叠区内的图像块，BD为当前所获取的动态图像在重叠区内的图像块；并且，AD、BD的矢量形式IAD和IBD分别表达为：IAD＝[P1AD，P2AD，...，PNAD]′IBD＝[P1BD，P2BD，...，PNBD]′；PAD为AD中的第K个像素，PBD为BD中的第K个像素；SD为公式(1)重叠区域内像素差异绝对值的平均值或公式(2)重叠区域内像素的均方差；N为重叠区域内的像素总个数。进一步，所述图像信息采集处理器设置有图像处理重建模块，所述图像处理重建模块的图像处理方法包括：第一步，采用锥束滤波反投影算法得到初始图像u0：对XCT待重建的M幅投影采用滤波反投影算法重建，对圆弧轨迹扫描的锥束投影数据进行半精确重建；圆弧轨迹是短扫描轨迹，即π加扇角扫描轨迹；也是超短扫描轨迹，即小于短扫描的轨迹包括：权重投影数据的偏导数；沿水平与非水平方向的一维希尔伯特变换；圆弧轨迹的反投影；将重建后图像u0作为初始图像；第二步，令k＝0，k为迭代次数(k＝0,1,2…K-1)，将u0作为迭代初始图像u(0)，采用代数迭代法更新图像：其中，k为迭代次数(k＝0,1,2…K)，即为第k+1次迭代后更新的图像，为更新前图像，j代表图像角标，pi为第i个探测器单元的投影值，min代表图像中第n个像素值对探测器单元i的贡献大小，λ为松弛因子，取值范围0～2之间；第三步，对得到的图像进行非负值约束:对上步中所有小于0的值赋值为零，即如果则令第四步，根据梯度下降法对u(k+1)求图像总变差最小化后的图像：其中l为梯度下降法的迭代次数(l＝0,1…L-1)，a为步长因子；第五步，令k＝k+1，u(k)＝u(k,L+1)，重复步第二步-第四步，直到满足迭代次数要求。进一步，所述数据处理器设置有分布式云计算数据迁移模块，所述分布式云计算数据迁移模块的分布式云计算数据迁移方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统，其特征在于，所述基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统包括控制器，所述控制器分别与三维模拟器、图像信息采集处理器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器和无线射频收发器电性连接；所述控制器的输入端分别与深度传感器、陀螺仪、方位角传感器、计时器、GPS卫星数据采集器的输出端电性连接；所述图像信息采集处理器的输入端分别与第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头的输出端电性连接；所述无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，所述GPS卫星数据采集器的输入端与GPS卫星的输出端连接；所述控制器的输入端与供电电源的输出端电性连接，所述控制器与数据库电性连接；所述基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统的基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制方法包括：步骤一、根据地质资料的分析处理结果，确定目标储层中水平段中地质突变的预测区域；步骤二、当所述水平段中的钻井钻头到达预测区域时，根据获取的随钻地质资料，确定所述地质突变在所述预测区域中的位置和所述地质突变的类型；步骤三、确定当前待检测区域的周视角和俯仰角并确定全景成像装置中矩形成像器件的边长；步骤四、根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角，调整全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使得所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度；步骤五、生成具有约束条件的地面模型及钻井轨道模型,建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系，以适用于各种井型的靶平面；步骤六、基于所述井底点的轨迹参数和井段长度，预测入靶方向并校核是否满足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；步骤七、根据入靶方向获取钻孔原始图像以及原始图像加入环境光底色后的降质图像，获取所述原始图像和降质图像的色度差异以及利用所述色度差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像；步骤八、获取钻孔过程中的动态图像，针对动态图像和上一图像设定一初始重叠位置，计算当前所获得动态图像和上衣图像在该重叠位置下的相似性，选择最小相似性值所对应的重叠位置为最终的准确重叠位置；步骤九、将补偿后图像与轨迹特征参数进行拼接，从多个拼接图像中定义供处理的一组图像，使该组图像内的至少一个成分对齐，通过对一个或者更多个图像进行剪裁、调整大小和旋转来变换经过对齐的图像中的一个或者更多个以产生一系列经过变换的图像；步骤十、选取校正后的补偿图像，在纠正区域中分别标注对应的第一同名点，第二同名点，……第n同名点，所述第一同名点位于待纠正的第一图像，第二同名点位于待纠正的第二图像，......第n同名点位于待纠正的第n图像；步骤十一、在纠正区域选择与第一同名点，第二同名点，……第n同名点的距离符合预设要求的点作为基准点，在第二图像，第三图像，……，第n‑1图像中找出用于缝合的理想缝合位置，向对于所述缝合位置对图像进行校正以形成新的经旋转的理想位置；步骤十二、将第一同名点，第二同名点，……第n同名点以基准点为原点纠正到理想缝合位置，将第一图像，第二图像，……第n图像拼接在一起，形成较大的全景图像；步骤十三、生成经过拼接的图像的数据矩阵，并对数据矩阵进行中心化或标准化，计算中心化或标准化后的所述数据矩阵的方差矩阵，将方差矩阵的特征多项式转换为高次特征多项式；步骤十四、判断高次特征多项式的根的个数，根据根的个数及预设的初始解，对所述高次特征多项式进行迭代求解，当迭代求解获得的根的个数剩余四个时，根据当前迭代求解获得的特征多项式的数学表达式计算剩余的四个根，输出所有特征根，根据所述特征根计算特征向量，根据特征向量获得变换矩阵，将变换矩阵乘以数据矩阵得到压缩后的图像；对补偿后图像数据进行校正获得校正数据，对校正数据进行除噪处理获得除噪数据，对除噪数据进行重排获得重排数据，对重排数据进行卷积获得卷积数据；根据下式对所述数据矩阵进行标准化：...

【技术特征摘要】
1.一种基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统，其特征在于，所述基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统包括控制器，所述控制器分别与三维模拟器、图像信息采集处理器、数据处理器、RAM存储器、ROM存储器和无线射频收发器电性连接；所述控制器的输入端分别与深度传感器、陀螺仪、方位角传感器、计时器、GPS卫星数据采集器的输出端电性连接；所述图像信息采集处理器的输入端分别与第一摄像头、第二摄像头和第三摄像头的输出端电性连接；所述无线射频收发器通过GPRS网络与外部设备连接，所述GPS卫星数据采集器的输入端与GPS卫星的输出端连接；所述控制器的输入端与供电电源的输出端电性连接，所述控制器与数据库电性连接；所述基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制系统的基于全景遥视成像和钻孔轨迹测量控制方法包括：步骤一、根据地质资料的分析处理结果，确定目标储层中水平段中地质突变的预测区域；步骤二、当所述水平段中的钻井钻头到达预测区域时，根据获取的随钻地质资料，确定所述地质突变在所述预测区域中的位置和所述地质突变的类型；步骤三、确定当前待检测区域的周视角和俯仰角并确定全景成像装置中矩形成像器件的边长；步骤四、根据所述矩形成像器件的边长以及当前待检测区域的周视角和俯仰角，调整全景镜头在焦平面上所成圆形全景像，使得所述全景镜头在焦平面上所成圆形全景像的直径大于矩形成像器件的短边长度；步骤五、生成具有约束条件的地面模型及钻井轨道模型,建立通用的靶平面方程以及靶点坐标系与井口坐标系之间的坐标转换关系，以适用于各种井型的靶平面；步骤六、基于所述井底点的轨迹参数和井段长度，预测入靶方向并校核是否满足工程要求，所述入靶方向包括入靶井斜角和方位角；步骤七、根据入靶方向获取钻孔原始图像以及原始图像加入环境光底色后的降质图像，获取所述原始图像和降质图像的色度差异以及利用所述色度差异对所述原始图像进行色度补偿以得到补偿后图像；步骤八、获取钻孔过程中的动态图像，针对动态图像和上一图像设定一初始重叠位置，计算当前所获得动态图像和上衣图像在该重叠位置下的相似性，选择最小相似性值所对应的重叠位置为最终的准确重叠位置；步骤九、将补偿后图像与轨迹特征参数进行拼接，从多个拼接图像中定义供处理的一组图像，使该组图像内的至少一个成分对齐，通过对一个或者更多个图像进行剪裁、调整大小和旋转来变换经过对齐的图像中的一个或者更多个以产生一系列经过变换的图像；步骤十、选取校正后的补偿图像，在纠正区域中分别标注对应的第一同名点，第二同名点，……第n同名点，所述第一同名点位于待纠正的第一图像，第二同名点位于待纠正的第二图像，......第n同名点位于待纠正的第n图像；步骤十一、在纠正区域选择与第一同名点，第二同名点，……第n同名点的距离符合预设要求的点作为基准点，在第二图像，第三图像，……，第n-1图像中找出用于缝合的理想缝合位置，向对于所述缝合位置对图像进行校正以形成新的经旋转的理想位置；步骤十二、将第一同名点，第二同名点，……第n同名点以基准点为原点纠正到理想缝合位置，将第一图像，第二图像，……第n图像拼接在一起，形成较大的全景图像；步骤十三、生成经过拼接的图像的数据矩阵，并对数据矩阵进行中心化或标准化，计算中心化或标准化后的所述数据矩阵的方差矩阵，将方差矩阵的特征多项式转换为高次特征多项式；步骤十四、判断高次特征多项式的根的个数，根据根的个数及预设的初始解，对所述高次特征多项式进行迭代求解，当迭代求解获得的根的个数剩余四个时，根据当前迭代求解获得的特征多项式的数学表达式计算剩余的四个根，输出所有特征根，根据所述特征根计算特征向量，根据特征向量获得变换矩阵，将变换矩阵乘以数据矩阵得到压缩后的图像；对补偿后图像数据进行校正获得校正数据，对校正数据进行除噪处理获得除噪数据，对除噪数据进行重排获得重排数据，对重排数据进行卷积获得卷积数据；根据下式对所述数据矩阵进行标准化：式中：得到：A＝(Aij)m×n；m为数据矩阵的行数，n为数据矩阵的列数，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n；Xij为数据矩阵中第i行第j列的数据；当前所获取的动态图像和上一图像在重叠位置下的相似性根据如下公式计算：

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，张晋京，高明忠，王满，王英伟，杨继东，
申请(专利权)人：平顶山天安煤业股份有限公司，中国平煤神马能源化工集团有限责任公司，四川大学，
类型：发明
国别省市：河南,41