CN111413749A - 南极船载重力测量校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种南极船载重力测量校准方法。该方法包括：建设极区的绝对重力基准点；通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定；进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测；船舶重力室的重力联测结果作为船载重力仪位置处的绝对重力值，通过重力仪与海平面高度改正，从而实现极区海洋船载重力测量的校准。本发明提供的南极船载重力测量校准方法能够解决无法直接利用科考站上的陆地基准点进行船载重力测量的基点比对的问题。
Description
技术领域
本发明涉及重力测量校准技术领域，特别是涉及一种南极船载重力测量校准方法。
背景技术
极区海洋权益已日益引起各大国的重视。重力测量作为一项基本参数对极区科学考察、导航、资源探测等具有重要价值。目前，美国、俄罗斯等极区相关权益国家在极区重力测量和溯源体系的建立上走在了前列。相比之下，我国目前还无法实现极区海洋重力量值的溯源，自主计量能力缺乏。
我国南极科考作业时间长，船载海洋重力仪的零点漂移量随时间的增加往往呈非线性变化。仅利用国内码头重力基点数据进行零点漂移的线性校准，误差较大。
极地科学考察环境恶劣，冰情严重，雪龙号等破冰船一般只能停靠在距离我国极地科考站上重力基准点通常达20-40km的位置，无法直接利用科考站上的陆地基准点进行船载重力测量的基点比对。
急需一种能在极地科学考察期间对船载重力测量结果的校准技术，提高我国极地重力测量数据的精度，服务于我国极地战略要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种南极船载重力测量校准方法，能够解决无法直接利用科考站上的陆地基准点进行船载重力测量的基点比对的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种南极船载重力测量校准方法，所述方法包括：建设极区的绝对重力基准点，其中，绝对重力基准点包括：站区绝对重力基准点，以及码头绝对重力基准点；通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定；进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测；船舶重力室的重力联测结果作为船载重力仪位置处的绝对重力值，通过重力仪与海平面高度改正，从而实现极区海洋船载重力测量的校准。
在一些实施方式中，建设极区的绝对重力基准点，包括：选择我国南极科考站或码头附近的基岩，利用绝对重力仪进行绝对重力测量，以建设绝对重力基准点；将建设的绝对重力基准点的计量溯源到国际重力原点。
在一些实施方式中，我国南极科考站包括：长城站、中山站、罗斯海新站。
在一些实施方式中，还包括：在建设极区的绝对重力基准点之后，通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定之前，通过静态试验，检测相对重力仪的零漂线性度。
在一些实施方式中，通过静态试验检测零漂线性度，包括：在温度变化小且无震动干扰的室内稳固地点安置仪器；待仪器稳定后每半小时读1次数，连续观测48小时；经固体潮改正后，结合读数的观测时间绘制仪器的静态零点漂移曲线，检测零漂线性度。
在一些实施方式中，在连续观测过程中，仪器处于开摆状态。
在一些实施方式中，还包括：在通过静态试验，检测零漂线性度之后，通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定之前，通过动态试验，计算相对重力仪的动态观测精度。
在一些实施方式中，通过动态试验，计算动态观测精度，包括：在段差不小于50×10-5ms-2、点数不小于10个的场地进行往返对称观测，测回数不小于3个，每测回往返闭合时间不小于8小时；经固体潮改正和零点漂移改正，计算出仪器的段差观测值，并计算其动态观测精度。
在一些实施方式中，根据如下公式计算观测精度：
其中，mdy为一台仪器的动态观测精度，v为各边段上单个独立增量与该边各独立段增量平均值的差，l为全部测段的段差观测值个数，n为试验场地测段的个数。
在一些实施方式中，进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测，包括：采用三重小循环测量方式，进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明解决极地科考船受南极冰区的影响较大，停靠位置距离我国极地科考站上重力基准点通常达20-40km，无法直接利用站区或码头的重力基准点进行船载重力测量的基点比对等问题。该校准方法主要通过绝对重力仪在南极站区或码头陆地上建立绝对重力基准点，并将其计量溯源到国际重力原点；然后应用地面静态相对重力仪将站区或码头的重力基准点传递引到极地科考船的重力仪室，从而实现对船载重力仪的校准，提高我国南极科学考察的海洋重力测量数据精度，服务于我国极地战略需求。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明实施例提供的南极船载重力测量校准方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的南极船载重力测量校准方法的原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，本发明提供了一种南极船载重力测量的校准方法，包含以下步骤：
S11：建设极区的绝对重力基准点。
S12：通过静态试验，检测相对重力仪零漂线性度。
S13：通过动态试验，计算相对重力仪动态观测精度。
S14：通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定。
S15：采用三重小循环测量方式，进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测。
S16：船舶重力室的重力联测结果作为船载重力仪位置处的绝对重力值，通过该引点值校准和重力仪与海平面高度改正，从而实现极区海洋船载重力测量的校准。
参见图2，本发明提供的一种南极船载重力测量校准的方法包含以下步骤：
S21：极区重力基准点建设：选择我国南极科考站或码头附件的基岩，利用绝对重力仪进行绝对重力测量，建设绝对重力基准点，并将其计量溯源到国际重力原点，实现对极区重力测量值的溯源，参见图2。针对长城站、中山站和罗斯海新站已有的绝对重力基准点，可直接利用相对重力仪进行引点传递。
S22：针对静态相对重力仪，进行相应的静态试验，具体试验内容如下：
在温度变化小且无震动干扰的室内稳固地点安置仪器；
待仪器稳定后每半小时读1次数，联续观测48小时，整个过程中仪器处于开摆状态；
经固体潮改正后，结合读数的观测时间绘制仪器的静态零点漂移曲线，检测零漂线性度。
S23：针对静态相对重力仪，进行相应的动态试验，具体试验内容如下：
在段差不小于50×10-5ms-2、点数不小于10个的场地进行往返对称观测，测回数不小于3个，每测回往返闭合时间不小于8小时；
经固体潮改正和零点漂移改正，计算出仪器的段差观测值，并计算其动态观测精度，计算公式如下：
式中，mdy——一台仪器的动态观测精度，单位为10-8ms-2；
v——各边段上单个独立增量与该边各独立段增量平均值的差，单位为10-8ms-2；
l——全部测段的段差观测值个数；
n——试验场地测段的个数。
S24：重力仪格值的标定方法采用已知点法和倾斜法。
S25：极区船舶重力引点：针对极区特殊工作环境，考虑冰情具体情况，以直升机或雪地车为载体，采用三重小循环测量方式进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测。
三重小循环测量方式是指反复的在绝对重力基准点与船舶重力室之间进行三次重复的测量操作，并且最后再在原来的绝对重力基准点再进行一次重力测量，形成闭环操作。
S26：船载重力校准：船舶重力室的重力联测结果作为船载重力仪位置处的绝对重力值，通过该引点值校准和重力仪与海平面高度改正，从而实现极区海洋船载重力测量的校准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种南极船载重力测量校准方法，其特征在于，包括：
建设极区的绝对重力基准点，其中，绝对重力基准点包括：站区绝对重力基准点，以及码头绝对重力基准点；
通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定；
进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测；
船舶重力室的重力联测结果作为船载重力仪位置处的绝对重力值，通过重力仪与海平面高度改正，从而实现极区海洋船载重力测量的校准。
2.根据权利要求1所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，建设极区的绝对重力基准点，包括：
选择我国南极科考站或码头附近的基岩，利用绝对重力仪进行绝对重力测量，以建设绝对重力基准点；
将建设的绝对重力基准点的计量溯源到国际重力原点。
3.根据权利要求2所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，我国南极科考站包括：长城站、中山站和罗斯海新站。
4.根据权利要求1所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，还包括：
在建设极区的绝对重力基准点之后，通过已知点法或倾斜法，对相对重力仪的格值进行标定之前，通过静态试验，检测相对重力仪的零漂线性度。
5.根据权利要求4所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，通过静态试验检测零漂线性度，包括：
在温度变化小且无震动干扰的室内稳固地点安置仪器；
待仪器稳定后每半小时读1次数，连续观测48小时；
经固体潮改正后，结合读数的观测时间绘制仪器的静态零点漂移曲线，检测零漂线性度。
6.根据权利要求5所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，在连续观测过程中，仪器处于开摆状态。
7.根据权利要求4所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，还包括：
在通过静态试验，检测相对重力仪零漂线性度之后，通过已知点法或倾斜法，对重力仪的格值进行标定之前，通过动态试验，计算相对重力仪的动态观测精度。
8.根据权利要求7所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，通过动态试验，计算动态观测精度，包括：
在段差不小于50×10-5ms-2、点数不小于10个的场地进行往返对称观测，测回数不小于3个，每测回往返闭合时间不小于8小时；
经固体潮改正和零点漂移改正，计算出仪器的段差观测值，并计算其动态观测精度。
9.根据权利要求8所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，根据如下公式计算观测精度：
其中，mdy为一台仪器的动态观测精度，v为各边段上单个独立增量与该边各独立段增量平均值的差，l为全部测段的段差观测值个数，n为试验场地测段的个数。
10.根据权利要求1所述的南极船载重力测量校准方法，其特征在于，进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测，包括：
采用三重小循环测量方式，进行船舶重力室与站区或码头绝对重力基准点之间的重力联测。
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