CN104704396A - 处理重力梯度数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本披露提供了一种处理重力梯度数据的方法，该数据指示由在一种地形上方沿着一条飞行路径移动的一个机载重力梯度仪生成的一个输出。该方法包括提供该重力梯度数据的步骤。该重力梯度数据包括与该机载重力梯度仪的对应飞行路径片段相关联的多个重力梯度数据元素。进一步，该方法包括提供指示一种地势和在该地形的表面下方的一个基面上方的该地形的一个密度或一个密度分布的地形数据，该机载重力梯度仪在该地形的表面之上被移动。该方法还包括提供关于该机载重力梯度仪的该飞行路径在三维中的信息。此外，该方法包括使用所提供的地形数据和所提供的关于该飞行路径的信息计算该地形的重力梯度响应。该重力梯度地形响应数据是针对沿着至少某些飞行路径片段的该重力梯度仪的多个地点计算的。此外，该方法包括通过在该地形地势的计算的重力梯度地形响应和该重力梯度数据之间形成一个差来校正该重力梯度数据。

Description

处理重力梯度数据的方法
发明领域
本发明涉及一种处理重力梯度数据的方法，该数据指示由在一种地形上方沿着一条飞行路径移动的一个机载重力梯度仪生成的一个输出，并且具体地但不排外地涉及一种处理重力梯度数据以便定位珍贵材料(诸如一种矿石)的方法。
发明背景
可以使用合适的机载重力梯度仪直接或间接地检测到土地中的珍贵材料(诸如矿石或油田)。此类珍贵材料通常具有不同于周围环境材料的密度，这导致在重力梯度的局部变化或“异常”，这在当重力梯度仪飞过包括珍贵材料的地形上时是能被重力梯度仪检测的。重力梯度异常通常极其小，并且它的检测要求高精度探测。珍贵材料经常在地形表面以下，并且重力梯度异常与1/r3成比例(r：从珍贵材料的中心到重力梯度仪的检测器的距离)。
地形表面的地势变化还导致在重力梯度的变化，并且由于地形表面比(通常更深的)目标更接近机载重力梯度仪，这些变化可以大于从珍贵材料出现的重力梯度异常。为了便于从更深的来源中识别异常，针对这些地形效果校正重力梯度仪测量因此是令人希望的。美国专利申请公开号US2010/0094556披露了一种校正重力梯度数据的方法。所测量的重力梯度数据被积分到时域中并且然后被校正用于地形效果。本发明使用了一种提供进一步改进的替代方法。
发明概述
本发明提供了一种处理重力梯度数据的方法，该数据指示由在一种地形上方沿着一条飞行路径移动的一个机载重力梯度仪生成的一个输出，该方法包括以下步骤：
使用该机载重力梯度仪提供该重力梯度数据，该重力梯度数据包括与该机载重力梯度仪的对应飞行路径片段相关联的多个重力梯度数据元素；
提供指示一种地势和在该地形的表面下方的一个基面上方的该地形的一个密度或一个密度分布的地形数据，该机载重力梯度仪在该地形的表面之上被移动；
提供关于该机载重力梯度仪的该飞行路径在三维中的信息；
使用所提供的地形数据和所提供的关于该飞行路径的信息计算该地形的一个理论重力梯度响应，该理论重力梯度地形响应是针对沿着该机载重力梯度仪的至少某些飞行路径片段中的每一个的多个地点计算的；以及
校正所提供的重力梯度数据，包括计算所计算的理论重力梯度地形响应和所提供的重力梯度数据之间的一个差。
该理论重力梯度响应可以是针对沿着至少大多数飞行路径片段中的每一个的该重力梯度仪的多个地点计算的。
该重力梯度可以被连续测量，同时该重力梯度仪在地平面上移动，但是这些重力梯度数据元素可以以与该重力梯度仪沿其移动的对应飞行路径片段相对应的积分的形式提供。飞行路径片段可以有任何合适的长度，诸如30、40、50、60、70、80、90或100m，并且可以对应于多个飞行时间周期(范围从几分之一秒至一秒或多于一秒)。
计算该理论重力梯度地形响应的步骤可以包括提供沿着每个飞行路径片段的与任何数量的地点(诸如2、3、5、10或更多地点)相对应的理论重力梯度地形响应数据。
进一步，计算该理论重力梯度地形响应的步骤可以包括对沿着对应飞行路径片段的重力梯度地形响应数据进行积分以提供与该重力梯度仪沿其移动的这些对应飞行路径片段相对应的理论重力梯度地形响应数据的积分。可以最初使用一条曲线或样条拟合该理论重力梯度地形响应数据，并且可以然后对所拟合的数据进行积分。
计算所计算的理论重力梯度地形响应和所提供的重力梯度数据之间的差的步骤可以包括计算以积分形式提供的这些重力梯度数据元素和该理论重力梯度地形响应数据的积分之间的一个差。
在一个具体实施例中，提供飞行路径信息的步骤包括提供沿着至少某些(典型地至少大多数)飞行路径片段中的每一个指示多个地点(例如，在沿着每个飞行路径片段的2、5、10或更多地点处)的飞行路径数据。提供飞行路径信息的步骤可以进一步包括使用一条曲线或样条拟合所提供的飞行路径数据以便近似于该重力梯度仪的实际飞行路径片段。在本实施例中，计算该理论重力梯度地形响应的步骤可以包括使用拟合飞行路径数据的该曲线或样条对该理论重力梯度地形响应数据进行积分。
计算该地形的该理论重力梯度响应的步骤可以包括计算针对多个地点的地形响应，这些地点在地形响应变化更迅速的区域中比在地形响应变化不够迅速的区域中更靠近在一起。
该方法可以还包括在沿着为其计算该地形的该重力梯度响应的飞行路径的地点之间选择一个间隔。可以根据沿着该飞行路径的该重力梯度数据的变化和/或根据最初针对某些地点计算的该地形的该重力梯度响应的变化执行选择该间隔。
校正该重力梯度数据的步骤可以包括以使所形成的差仅指示来自基面上方的假定密度的变化和基面下方的任何变化的方式在该地形地势的所计算的理论重力梯度地形响应和所提供的重力梯度数据之间形成差。
提供地形数据的步骤可以包括提供可以独立于用于提供上述重力梯度数据的重力梯度测量确定的数字地形模型。进一步，提供地形数据的步骤可以包括选择或估计在该基面和该地形的表面之间的地形的密度或密度分布。
将从本发明的具体实施例的以下描述更完整地理解本发明。参照附图提供该描述。
附图简要说明
图1、图2(a)和图2(b)根据本发明的一个具体实施例展示了一种处理重力梯度数据的方法，该数据指示由一个机载重力梯度仪生成的一个输出；
图3和图4展示了地形和飞行路径数据；以及
图5展示了在使用根据本发明的一个具体实施例的一种方法的地形校正和使用一种已知地形校正方法的地形效果的点确定结果之间的差的曲线图。
具体实施方式
最初参考图1和图2，现在描述一种处理重力梯度数据的方法，该数据指示由一个机载重力梯度仪生成的一个输出。
在本实施例中以如同以本申请人的名义在美国专利号7823449中描述的重力梯度仪的形式提供重力梯度仪。然而，本领域技术人员将认识到还可以以其他形式提供重力梯度仪。
重力梯度仪可以飞过地形200之上并且可以用于检测在地形200的表面202以下的珍贵材料的储藏(矿石或其他储藏)。
重力梯度仪是用于检测重力梯度的非常小的变化的高精度的仪器。在本示例中，重力梯度仪在一个预定的网格图案中在航空器中沿着地势表面202上的飞行路径203飞行，并且在本实施例中连续检测重力梯度。在本示例中，对重力梯度数据进行积分以提供与飞行路径203的片段相对应的多个重力梯度数据元素，诸如重力梯度仪沿其在1秒之内移动的飞行路径片段。然而，本领域技术人员将认识到，可替代地，可以以任何其他合适的方式对重力梯度仪数据进行积分。通常，对重力梯度仪的输出进行积分，这样使得生成一个数据元素序列，并且每个数据元素对应于重力梯度仪沿其飞行的一个飞行路径片段。
结果，方法100包括提供包括与机载重力梯度仪的对应飞行路径片段相关联的多个重力梯度数据元素(值)的重力梯度数据的最初步骤。重力梯度响应与1/r3成比例(r：从引起该重力梯度响应的本体到重力梯度仪的距离)并且因此正好位于地形200的表面202下方的珍贵材料的储藏经常仅仅导致与从地形200的表面202的地势变化中出现的变化相比在重力梯度中的非常小的变化。结果，针对地形效果校正所测量的重力梯度数据经常是令人希望的。
在本示例中利用激光成像探测(LIDAR)或其他合适的技术提供关于重力梯度仪在其上飞过的地形200的地势的信息。方法100包括提供指示地形200的地势的此类地形数据的步骤104。进一步，步骤104在地形200的表面202以下的基面之上提供地形200的密度分布。该密度通常但无需被假定为在基面和地形200的表面202之间是均匀的。基面典型地是一个平坦的平面，但是在非常大的勘查中，基面也可以是一个弯曲的表面，例如，大地水准面或平均海平面。
如上所述，重力梯度被连续地检测，但是在有限间隔上被积分。在本示例中，这些间隔对应于重力梯度仪沿其在一秒之内移动的飞行路径片段。这些飞行路径片段的长度取决于航空器的速率。例如，长度可以是以50至60米的量级。
方法100包括提供关于重力梯度仪的飞行路径203的详细信息的步骤106。例如，可以使用全球定位系统(GPS)在合适的时间间隔(诸如0.1至1秒)提供本信息。在三维中并且针对沿着每个飞行路径片段的多个地点(诸如2、5、10或任何其他数量的地点)提供飞行路径数据。然后使用一条曲线或样条拟合飞行路径数据以便近似于重力梯度仪的实际飞行路径。
使用关于地形200和飞行路径203的所提供的数据，然后针对沿着至少大多数飞行路径片段中的每一个的多个地点计算理论重力梯度地形响应数据。针对其对理论重力梯度响应进行计算的地点的数量可能或可能不与为每个飞行路径片段提供的针对其提供飞行路径数据的地点的数量相同。图2(a)表示以垂直线的形式沿着飞行路径203的这些地点。通常，可以针对沿着这些飞行路径片段的任何数量的地点(诸如沿着每个飞行路径片段的2、5或10或更多地点)计算理论重力梯度响应数据。在本示例中，针对在地形表面202变化更迅速的区域中比在地形表面202变化不够迅速的区域中的地点更多的地点计算理论重力梯度响应，这将在以下进行进一步详细描述。
方法100的步骤108包括针对沿着大多数飞行路径片段中的每一个的多个地点计算理论重力梯度地形响应数据，并且所计算的数据在图2(b)中以点204的形式被可视化。理论重力梯度地形响应的这些值被样条拟合(样条208)并且然后被基本上沿着飞行路径片段并使用拟合飞行路径数据的该曲线或样条被积分。如上所述，均匀密度被指定给在地形表面和基面之间的区域。理论重力梯度地形响应取决于沿着地形200的表面202的地势变化，并且可以如在图2(b)所示的基面209和样条208之间的区域被示意地表示。直线部分210表示使用常规点校正方法获得的地形响应近似值(每个飞行片段一个所计算的重力梯度地形响应元素)，并且直线部分210和样条208之间的差表示根据本发明的一个实施例的方法的改进。
方法100的步骤110包括使用所计算的重力梯度地形响应数据校正重力梯度数据。在本步骤中，从相对应的重力梯度数据减去针对每个飞行路径片段的所计算的重力梯度地形响应数据(以上述方式处理)。结果，沿着每个飞行路径片段的地形效果的变化(以沿着每个飞行路径片段的多个所计算的重力梯度响应数据的形式提供)被考虑在内用于校正针对地形效果的重力梯度数据，其改善了地形效果的估计，当被移除时使得能够更好地检测来自更深来源的小“异常”。
图3示出了展示重力梯度仪飞过其的地形表面的一个确定的横截面(地势)的曲线图302。曲线图304展示了机载重力梯度仪的飞行路径的特征轮廓，并且每个点对应于代表重力梯度仪在1秒周期内(在本示例中近似于60米)沿其移动的对应飞行路径片段的长度的地点。为了选择飞行路径的最佳子采样度而不用添加不必要的附加细节，最初的估计是由全部重力梯度信号的地形成分的“变化率”组成的，并且这用于使“自适应”采样方案成为可能，这涉及在图2(b)中可视的实施例的以上描述。
图4示出了具有兴趣区402和自适应采样方案的曲线图302。曲线图404的点表示沿着为其计算地形响应的飞行路径片段的地点。为了增加准确度，在处于或接近比在其他区域变化更迅速的地形响应中针对更多地点计算地形响应。
图5以不同于图3和图4的比例尺也示出了曲线图302、304和306。进一步，图5示出了曲线图508，其展示了在使用沿着每个飞行路径片段的一个重力梯度响应数据点来校正重力梯度数据(常规方法)和根据本发明一个实施例的沿着每个飞行路径片段使用多个重力梯度响应数据点的方法(在本示例12中)之间的差。在本示例中，其使用了相对缓和的地形，该差可能大到5Eo，并且在更陡峭地形区域中甚至有望有更大的差。
经地形校正的重力梯度数据可以然后被绘制成2D网格地图或以多种方式(包括反向建模)被进一步处理以便于解释和定位在该地形表面以下的珍贵材料储藏。
将认识到所描述的实施例的不同变化是可能的。例如，重力梯度仪可以以任何合适的速度飞过并且重力梯度仪可以在任何合适的时间间隔内进行测量。进一步，合适数量的重力梯度地形响应数据点可以被考虑在内用于校正针对地形效果的重力地形数据。
对现有专利文献的参考不是承认这些文献所披露的是在澳大利亚或任何其他国家的技术人员的公共常识的一部分。

Claims (12)

1.一种处理重力梯度数据的方法，该数据指示由在一种地形上方沿着一条飞行路径移动的一个机载重力梯度仪生成的一个输出，该方法包括以下步骤：
使用该机载重力梯度仪提供该重力梯度数据，该重力梯度数据包括与该机载重力梯度仪的对应飞行路径片段相关联的多个重力梯度数据元素；
提供指示一种地势和在该地形的表面下方的一个基面上方的该地形的一个密度或一个密度分布的地形数据，该机载重力梯度仪在该地形的表面之上被移动；
提供关于该机载重力梯度仪的该飞行路径在三维中的信息；
使用所提供的地形数据和所提供的关于该飞行路径的信息计算该地形的一个理论重力梯度响应，该理论重力梯度地形响应是针对沿着该机载重力梯度仪的至少某些飞行路径片段中的每一个的多个地点计算的；以及
校正所提供的重力梯度数据，包括计算所计算的理论重力梯度地形响应和所提供的重力梯度数据之间的一个差。
2.如权利要求1所述的方法，其中，该理论重力梯度响应是针对沿着至少大多数飞行路径片段中的每一个的该重力梯度仪的多个地点计算的。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，这些重力梯度数据元素是以与该重力梯度仪沿其移动的对应飞行路径片段相对应的积分的形式提供的。
4.如权利要求3所述的方法，其中，计算该理论重力梯度地形响应的步骤包括对基本上沿着对应飞行路径片段的该理论重力梯度地形响应数据进行积分从而以与该重力梯度仪沿其移动的这些对应飞行路径片段相对应的积分的形式提供该理论重力梯度地形响应数据。
5.如权利要求4所述的方法，其中，计算所计算的理论重力梯度地形响应和所提供的重力梯度数据之间的一个差包括计算以积分形式提供的这些重力梯度数据元素和以积分形式提供的该理论重力梯度地形响应数据之间的一个差。
6.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其中，计算该地形的该重力梯度响应的步骤包括计算针对多个地点的地形响应，这些地点在地形响应变化更迅速的区域中比在地形响应变化不够迅速的区域中更靠近在一起。
7.如以上权利要求中任何一项所述的方法，其中，提供飞行路径信息的步骤包括针对沿着至少某些飞行路径片段中的每一个的多个地点提供指示该重力梯度仪的地点的飞行路径数据。
8.如权利要求7所述的方法，其中，提供飞行路径信息的步骤进一步包括使用一条曲线或样条拟合所提供的飞行路径数据以便近似于该重力梯度仪的实际飞行路径片段。
9.如权利要求8所述的方法，其中，计算该理论重力梯度地形响应的步骤包括使用拟合飞行路径数据的该曲线或样条对重力梯度地形响应数据进行积分。
10.如以上权利要求中任何一项所述的方法，包括在沿着为其计算该地形响应的该重力梯度响应的飞行路径的地点之间选择一个间隔。
11.如权利要求10所述的方法，其中，根据沿着该飞行路径的重力梯度数据的变化执行选择该间隔。
12.如权利要求9所述的方法，其中，根据该地形的最初针对某些地点计算的重力梯度响应的变化执行选择该间隔。
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