CN101636669A - 地形校正系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于对来自势场勘测，尤其是空中重力场勘测的数据进行处理以校正地形效应的方法、装置和计算机程序代码。描述了一种用于对来自移动平台勘测的势场测量数据进行处理以绘制场的方法，所述方法包括：输入测量的势场数据，所述测量的势场数据包括对由安装在移动平台上的势场测量仪器捕获的势场测量的时间序列进行定义的数据，所述测量中的每一个具有将所述测量的位置定义为时间的函数的关联数据；输入地形数据，所述地形数据对所勘测到的地形的空间变化进行定义；确定要在时域中应用于所述测量的势场数据的时域校正数据，所述确定使用所述地形数据和将所述测量的位置定义为时间的函数的所述关联数据；以及使用所述时域校正数据来调整对势场测量的所述时间序列进行定义的所述测量的势场数据，以提供地形校正后的测量的势场数据用于所述场的所述绘制。

Description

地形校正系统
技术领域
本发明涉及用于对来自势场勘测(gravity survey)的数据进行处理以校正下层地形效应的方法、装置和计算机程序代码。该技术的实施例尤其适用于对来自空中勘测，尤其是重力场勘测的数据进行处理。
背景技术
在本说明书中将涉及空中勘测，更具体地，涉及重力梯度勘测。然而，所描述的技术不限于这些类型的勘测，而是可以应用于其他势场勘测，包括但不限于：重力勘测、磁场勘测(如地球磁场勘测)、电磁场勘测等。
通过测量势场数据来执行势场勘测，对于重力勘测，势场数据可以包括一个或多个重力计数据(测量重力场)或重力梯度计数据(测量重力场梯度)、矢量磁力计数据、真磁梯度计数据以及本领域技术人员公知的其他类型的数据。地球物理势场勘测的共同目的是搜索潜在指示有价值矿床的特征。
传统上，空中势场勘测(如重力勘测)以网格图形来飞行。网格由在下层地形上编织的二维面上的平行线(飞行路径)的正交集合来定义。然而，所编织的面受到飞机允许离地飞行的最近距离和飞机的最大爬升/降落速率的约束。便于从接近地面处收集数据的用于空中势场勘测的一些改进技术在本申请人的共同待审PCT专利申请“GravitySurvey Data Processing”PCT/GB2006/050211中进行了描述，其全部内容以引用方式并入此处。
一般而言，在已收集了势场数据之后、对该数据进行解释之前，应用地形校正，以补偿地表高度变化。地表数据可以以数字地形海拔数据的形式购得，或根据(D)GPS((差分)全球定位系统)和/或空中技术(如LIDAR(激光成像检测和测距)和SAR(合成孔径雷达))来确定。飞机的加速度、姿态、角速率和角加速度数据也可以用于校正势场仪器的输出数据。在我们于2006年1月25日提交的共同待审的英国专利申请“Terrain Correction Systems”No.0601482.3中描述了用于地球物理勘测中的地形校正的一些改进技术，其全部内容以引用方式并入此处。
WO 03/032015中描述的另一种技术以机载的其他导航和绘图仪器为来源，实时校正地球物理仪器的测量。然而，现实中这种“在线”校正具有许多缺点。
因此，仍需要改进的数据处理技术。例如，当地形快速改变使得可能出现空间混淆时，更具体地，当在小于勘测(飞行)路线间距的长度规模上具有峰值或其他变化时，将出现问题。
发明内容
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于对来自移动平台势场勘测的势场测量数据进行处理以绘制场的方法，所述方法包括：输入测量的势场数据，所述测量的势场数据包括对由安装在移动平台上的势场测量仪器捕获的势场测量的时间序列进行定义的数据，每一个所述测量具有将所述测量的位置定义为时间的函数的关联数据；输入地形数据，所述地形数据对所述势场勘测所勘测到的地形的空间变化进行定义；确定要在时域中应用于所述测量的势场数据的时域校正数据，所述确定使用所述地形数据和将所述测量的位置定义为时间的函数的所述关联数据；以及使用所述时域校正数据来调整对势场测量的所述时间序列进行定义的所述测量的势场数据，以提供地形校正后的测量的势场数据用于所述场的所述绘制。
在实施例中，在使用所述移动平台收集了势场数据之后，所述方法是离线实现的。然而，通过从地形模型数据库中的数据至测量位置的时间序列的前向计算在时域中执行校正。
优选地，确定时域校正数据包括：补偿所述势场测量仪器的带宽。在实施例中，这包括使用与所述仪器的响应(例如冲激响应)相匹配的滤波器来对所述时域校正数据进行滤波。这可以包括例如根据所述势场测量仪器的响应在积分时间区间上对测量进行积分。
在一些优选实施例中，所述时域校正数据包括由于沿所述势场勘测的勘测线在空间中的三维位置处的地形而测量的势场的计算值的集合。然而，一般而言，这些位置将不与实际记录的测量位置对应。而是优选地，以在时间上规则间隔的区间与移动平台的位置相对应(因此取决于移动平台的速度)。因此，广义而言，所述时域校正数据包括根据空间中的三维位置x(t)，y(t)，z(t)处的地形数据，以实质上规则间隔的时间区间前向计算出的场测量仪器数据的有效分量。然后，可以从实际势场测量中减去对势场的这种贡献，留下感兴趣的信号用于进一步数据处理，这种贡献是由于地形而形成的，并作为移动平台以规则时间区间在空间上的位置的函数，尤其是由于下层的地质组成而形成的。可以可选地对实际的测量信号和地形校正信号中的任一种或两者进行外推和/或插值，使得相应数据点实质上对齐以执行校正。
优选地，所述方法还包括使用调整后的测量的势场数据来确定绘制所述场的场绘制参数的集合。本领域技术人员将理解，由许多方式来实现这一点，包括在我们较早提交的专利申请(如上)以及2007年1月30日提交的我们的英国专利申请号0701725.4中提及的那些方式，这些申请的全部内容以引用方式并入此处。
本领域技术人员将理解，一般而言，在测量势场数据时，实际测量的是重力和/或重力梯度(尽管可以附加地或可选地测量从势场的空间导数导出的其他量)。
在一些优选实施例中，所述移动平台包括飞机，所述勘测包括空中势场勘测，但是，我们描述的技术也可以应用于来自水上或陆上舰艇进行的基于海上或陆地的势场勘测。
本发明还提供了用于实现上述方法的处理器控制代码，尤其在如磁盘、CD-ROM或DVD-ROM、编程的存储器(如只读存储器(固件))之类的数据载体上，或在如光或电信号载体之类的数据载体上。用于实现本发明实施例的代码(和/或数据)可以包括以传统编程语言(解释型或编译型)(如C)编写的源、目标或可执行代码，或汇编代码、用于建立或控制ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)的代码、或硬件描述语言(如Verilog(商标)或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。本领域技术人员将认识到，这种代码和/或数据可以分布在互相通信的多个耦合的组件之间，例如分布在网络上。
本发明还提供了一种数据处理系统，被配置为实现上述方法的实施例。
因此，根据本发明的另一方面，提供了一种用于对来自移动平台势场勘测的势场测量数据进行处理以绘制场的数据处理系统，所述系统包括：数据存储器，用于存储测量的势场数据，所述测量的势场数据包括对由安装在移动平台上的势场测量仪器捕获的势场测量的时间序列进行定义的数据，所述测量中的每一个具有将所述测量的位置定义为时间的函数的关联数据，并用于存储地形数据，所述地形数据对所述势场勘测所勘测到的地形的空间变化进行定义；程序存储器，存储处理器控制代码；以及处理器，耦合至所述数据存储器和所述程序存储器，以加载并实现所述控制代码，所述代码包括用于执行以下操作的代码：输入所述测量的势场数据和所述测量的所述关联的数据；输入所述地形数据；使用所述地形数据和将所述测量的位置定义为时间的函数的所述关联数据来确定要在时域中应用于所述测量的势场数据的时域校正数据；以及使用所述时域校正数据来调整对势场测量的所述时间序列进行定义的所述测量的势场数据，以提供地形校正后的测量的势场数据用于所述场的所述绘制。
优选地，所述代码还包括用于通过匹配滤波器来模仿所述测量仪器的响应以调整校正数据的代码。
附图说明
现在参照附图，仅以示例方式进一步描述本发明的这些和其他方面，在附图中：
图1示意性示出了高度对距离的图，示意了在空中势场勘测的飞行线路下层的地形的截面。
图2a示意性示出了基于根据图1的地形模型以规则间隔的时间区间进行的前向计算，重力梯度分量Gzz随时间的变化；图2b示出了在使用滤波器在时域进行滤波以匹配测量系统的响应之后，调整后的前向计算的数据；
图3示意了在滤波阶段之前和之后，时域地形校正数据之间的差值；以及
图4示意性示出了用于实现根据本发明的方法的实施例的过程的流程图。
具体实施方式
我们所指的场，尤其是重力场，不限于矢量场，而是包括标量和张量场、势场和从势场导出的任何衍生物。
势场数据包括但不限于：重力计数据、重力梯度计数据、矢量磁力计数据和真磁梯度计数据。可以从标量导出势场的元素和表示。
参照图1，图1示出了在地形上方的示例勘测飞行路线，其中箭头示出了飞行的方向。
图2b示出了时域中的前向计算的Gzz，图2b示出了滤波至仪器带宽之后的前向计算的Gzz。图3示出了图2a和2b的曲线之间的差值，示出了由于滤波而导致的地形校正的变化。
时域校正技术
现在描述时域校正技术，具体参照图4来进行描述。
在重力场勘测中，最大幅度和带宽信号几乎总是来自地形。通常，在重力场解释中，通过在数据处理的后期期间执行的地形校正来去除地形信号。对此，由于使用空间技术对数据进行了操作，所得物的时域性质的全部意义已经失去。
通过在处理序列中在早期执行地形校正，当数据仍在时域中表示时，可以最终产生下层地质情况的更好的地图，这是由于可以将地形校正更紧密地与仪器实际记录的数据相匹配。具体地，时域校正将正确去除高频地形信号，否则高频地形信号将在空间分析中混淆。此外，通过在与测量系统相同的域中执行校正，可以将测量仪器的实际传递函数并入校正数据中。这意味着地形数据去除了地形对所记录的测量数据的影响，而不是去除了地形信号本身。这对于在低海拔在高度变化的地形上飞行的空中勘测而言尤为重要，这是由于测量系统的带宽可以明显改变高频地形信号。
时域地形校正系统的优选实现方式根据图4来进行，图4示出了在优选的动态地形校正中涉及的步骤的流程图；如示意性示出的，该过程可以以载体(如磁盘)上或计算机系统中的软件来实现。
使用可用的地形学和测深学数据来构造地形的3D模型的几何形状。由源自岩石类型、井数据或表面渗透成像技术的信息来引导模型内的密度值的分配。该模型的分辨率应当足以根据地形来精确重建所勘测的势场数据。因此优选地，该模型的外延超过勘测边界足够距离，以呈现来自该模型之外可忽略的地形的贡献。
该地形模型用于按照一系列规则时间区间来预测(前向计算)该地形模型在勘测持续时间内对总信号的贡献，
t＝t1+iΔt    (1)
其中i是整数，Δt是计算采样时间。选择Δt使得所计算的地形信号的分辨率超过仪器的测量带宽。例如，如果该带宽为0.5Hz，则计算采样时间应当不小于1秒。
实际上，使用重叠原理来计算地形信号，其中，将该模型离散化为有限量的集合，其中每一个量具有已知的数学函数以在给定集合的场位置处前向计算重力场。用于这些计算的场点是插值至等式(1)的时间序列的位置(x(t)，y(t)，z(t))，以及可能地，仪器的定向(倾斜、翻滚、偏转)。
通过设计为模仿实际测量的响应的滤波器来修改时间序列地形前向计算的数据。通过并入仪器带宽及其冲激响应的知识来完成该滤波器的设计。一种用于执行该操作的合适滤波器是在数学上由滤波器系数的矢量来表示的有限冲激响应滤波器。然后，通过与该滤波器的简单卷积来产生滤波后的前向计算的地形数据。
然后，将带宽匹配的地形校正数据重新采样至所记录的测量的时间序列上，并从所记录的测量中减去该地形校正数据，产生准备用于后续处理的新的原始测量数据集合。
尽管已经使用空中势场勘测的优选示例来描述了该技术，但是实施例也可以用于从船上进行的海上势场勘测，更一般地，用于从其他移动平台或车辆进行的势场勘测。
该技术不限于处理重力数据，也可以用于例如处理磁场数据。因此，可以通过测量磁场和/或通量密度矢量和/或其幅度(例如使用以磁梯度计进行的测量)来获得测量的势场数据。如果使用等效电源元件，则它们可以具有例如表面电流密度或电极强度。
将理解，本发明不限于所描述的实施例，还包括落入所附权利要求的精神和范围内的、对本领域技术人员显而易见的修改。

Claims (15)

1.一种用于对来自移动平台势场勘测的势场测量数据进行处理以绘制场的方法，所述方法包括：
输入测量的势场数据，所述测量的势场数据包括对由安装在移动平台上的势场测量仪器捕获的势场测量的时间序列进行定义的数据，所述测量中的每一个具有将所述测量的位置定义为时间的函数的关联数据；
输入地形数据，所述地形数据对所述势场勘测所勘测到的地形的空间变化进行定义；
确定要在时域中应用于所述测量的势场数据的时域校正数据，所述确定使用所述地形数据和将所述测量的位置定义为时间的函数的所述关联数据；以及
使用所述时域校正数据来调整对势场测量的所述时间序列进行定义的所述测量的势场数据，以提供地形校正的测量的势场数据用于所述场的所述绘制。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定所述时域校正数据包括：补偿所述势场测量仪器的带宽。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述补偿所述带宽包括：使用与所述仪器的冲激响应相匹配的滤波器来对所述时域校正数据进行滤波。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述确定所述时域校正数据包括：执行从所述地形数据至所述时域测量的势场数据的前向计算。
5.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述时域校正数据包括：由于所述地形在空间中三维位置处沿所述势场勘测的勘测线的所述测量的势场的计算值的集合。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述三维位置包括在时间上规则间隔的区间处所述移动平台的位置。
7.如前述任一权利要求所述的方法，其中，在使用所述移动平台收集了所述势场数据之后，所述方法是离线实现的。
8.如前述任一权利要求所述的方法，还包括：使用所述地形校正的测量的势场数据来确定绘制所述场的场绘制参数的集合。
9.如权利要求8所述的方法，还包括：使用所述场绘制参数来确定所述场的地图。
10.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述测量的势场数据包括重力或重力梯度计数据。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述测量的势场数据包括针对Gzz的数据。
12.如前述任一权利要求所述的方法，其中，所述移动平台包括飞机。
13.一种承载处理器控制代码的载体，所述处理器控制代码在运行时实现前述任一权利要求所述的方法。
14.一种用于对来自移动平台势场勘测的势场测量数据进行处理以绘制场的数据处理系统，所述系统包括：
数据存储器，用于存储测量的势场数据，所述测量的势场数据包括对由安装在移动平台上的势场测量仪器捕获的势场测量的时间序列进行定义的数据，所述测量中的每一个具有将所述测量的位置定义为时间的函数的关联数据，并用于存储地形数据，所述地形数据对所述势场勘测所勘测到的地形的空间变化进行定义；
程序存储器，存储处理器控制代码；以及
处理器，耦合至所述数据存储器和所述程序存储器，以加载并实现所述控制代码，所述代码包括用于执行以下操作的代码：
输入所述测量的势场数据和所述测量的所述关联数据；
输入所述地形数据；
使用所述地形数据和将所述测量的位置定义为时间的函数的所述关联数据来确定要在时域中应用于所述测量的势场数据的时域校正数据；以及
使用所述时域校正数据来调整对势场测量的所述时间序列进行定义的所述测量的势场数据，以提供地形校正的测量的势场数据用于所述场的所述绘制。
15.如权利要求14所述的数据处理系统，其中，所述确定所述时域校正数据包括：补偿所述势场测量仪器的带宽。
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