CN114089431A - 一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度计算方法，该方法包括将铁质测船形成的磁场等效为磁偶极子的磁场、由磁偶极子磁场空间计算数学模型推导测船磁化模型，根据测船磁化模型计算测船在磁力仪拖鱼处产生的磁场强度。测船磁化模型中只有磁场强度和拖缆长度是变量，其它参量为定量，随着拖缆长度增加，测船在磁力拖鱼处产生的磁场强度减小，在计算时，给出一系列拖缆长度值，计算每个拖缆长度值对应的磁场强度值，取磁场强度≤0.08nT对应的拖缆长度即可。该方法根据测船体积等参数即可计算最佳拖缆长度，节约海上测试时间，降低作业成本，值得推广应用。

Description

一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法

技术领域

本发明涉及海洋磁力测量技术领域，特别是涉及一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法。

背景技术

海洋磁力测量作业中，为减小或消除船体磁性对磁力仪的影响，海洋磁力测量技术规范要求磁力仪拖缆长度为3倍船长以上，这种技术要求是比较宽泛不具体，事实上船体对磁力仪拖鱼的影响不仅与船长有关，更与船体积有关，而且还与船上通信、机电设备也有关(这里的船是指铁船而不是木船)。

海洋磁力测量是海洋地质科学研究的重要手段，海洋磁力仪是高灵敏的地磁场强度测量设备，为避免船体磁性对海洋磁力仪的影响，现在一般采用拖曳式测量，海洋磁力仪沉入水中(1-3m深)，用拖缆与船上终端设备连接，拖缆长度按磁力测量技术规范要求为3倍船体长，这中技术要求比较宽泛不具体。

因此，如何提供一种不需要海上测试，即可计算出测船磁场在拖鱼处的影响程度，是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法。

本发明提供了如下方案：

一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，包括：

分别获取测船的排水量、测船的密度以及测船船体在自然状态下磁矩；

确定所述测船的测船方位角以及海洋磁力仪入水深度；

利用所述测船在所述海洋磁力仪处产生的磁场强度与拖缆长度的关系确定测船磁化模型；

接收用户给出的一组拖缆长度值；

采用所述测船磁化模型计算获得每个所述拖缆长度值对应的磁场强度值，选择磁场强度值小于等于目标磁场强度对应的拖缆长度值确定为所述最佳拖缆长度。

优选地：选择磁场强度值为目标磁场强度对应的拖缆长度值基础上延长30米后确定为所述最佳拖缆长度。

优选地：利用所述测船磁化模型计算获得测船在所述海洋磁力仪处产生磁场强度的三个分量T_x、T_y、T_z，通过所述T_x、T_y、T_z计算获得所述测船在磁力仪处产生的总磁场强度T；所述T_x、T_y、T_z分别为以海平面为xy面、水深方向为z轴建立的三维笛卡尔坐标系中三个方向的分量。

优选地：所述测船磁化模型为：

其中：α为测船方位角，β为拖缆与z轴夹角，μ₀为磁导率，m为测船船体在自然状态下磁矩，m≈73.6Am²，V为测船排水量，ρ为测船船体密度，r为拖缆长度值。

优选地：所述测船为铁船，所述ρ≈7.85kg/m³。

优选地：所述α＝0°或180°，所述测船磁化模型为：

其中：k＝±1，μ0为磁导率，m为测船船体在自然状态下磁矩，m≈73.6Am²，V为测船排水量，ρ为测船船体密度，r为拖缆长度值，h为磁力仪的入水深度。

优选地：所述目标磁场强度为0.08nT。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，在一种实现方式下，该方法可以包括分别获取测船的排水量、测船船体的密度以及测船船体在自然状态下磁矩；确定所述测船的测船方位角；确定海洋磁力仪的入水深度以及海洋磁力仪拖缆长度；给出一系列缆长数据，利用测船在磁力仪处产生的磁场强度与磁力仪拖缆长的定量关系函数计算对应的测船在磁力仪拖鱼处的磁场强度值，磁场强度值≤0.08nT对应的缆长为最佳缆长，由于受船载通讯设备等影响，缆长可再延长30m最为最佳缆长。本申请提供的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，测船等效为磁偶极子，定量化分析船磁影响与缆长的定量关系，根据船的排水量计算合理拖缆长度，提高工作效率和海洋磁力测量精度。无需海上测试，节约测试时间、提高效率，值得推广使用。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的海洋磁力测量示意图；

图2是本发明实施例提供的测船沿南北向测线测量示意图；

图3是本发明实施例提供的测船船体在磁力仪处产生的磁场强度与拖缆长度关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

本发明实施例提供了一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，该方法可以包括：

分别获取测船的排水量、测船的密度以及测船船体在自然状态下磁矩；

确定所述测船的测船方位角以及海洋磁力仪入水深度；

利用所述测船在所述海洋磁力仪处产生的磁场强度与拖缆长度的关系确定测船磁化模型；

接收用户给出的一组拖缆长度值；

采用所述测船磁化模型计算获得每个所述拖缆长度值对应的磁场强度值，选择磁场强度值小于等于目标磁场强度对应的拖缆长度值确定为所述最佳拖缆长度。

本申请实施例提供的方法，采用定量化分析船磁影响与缆长的定量关系，根据船的排水量计算合理拖缆长度，提高工作效率和海洋磁力测量精度。为定量化分析船磁对海洋磁力仪的影响，推导出船磁影响模型，将测船等效为磁偶极子，测船在磁化强度为M的地磁场中磁化。

通过测船磁化模型确定拖缆长度与磁场强度的关系，当测船在磁力仪拖鱼处产生的磁场强度小于或等于预设的目标磁场强度时，说明测船对磁力仪的影响可忽略，对应大缆长为最佳拖缆长度。所述目标磁场强度为0.08nT。即当计算获得的测船在磁力仪处产生的总磁场强度小于或等于0.08nT时，说明此时测船对于磁力仪位置处的影响可以忽略。

进一步的，考虑到船载通信设备及机电设备也会产生磁干扰，这部分磁干扰无法定量分析，因此在计算最佳缆长基础上再延长30m。

在实际应用中，可以通过多种方式计算获得测船在磁力仪处产生的总磁场强度，例如，在一种实现方式下，参见图1，利用测船在磁力仪处产生的磁场强度与磁力仪拖缆长的定量关系函数计算获得测船在磁力仪处产生磁场强度的三个分量T_x、T_y、T_z，通过所述T_x、T_y、T_z计算获得所述测船在磁力仪处产生的总磁场强度T，如图1所示，所述T_x、T_y、T_z分别为以海平面为xy面、水深方向为z轴建立的三维笛卡尔坐标系中三个方向的分量。

所述测船磁化模型为：

其中：α为测船方位角，β为拖缆与z轴夹角，μ₀为磁导率(H/m[亨/米])，m为测船船体在自然状态下磁矩(Am²[安.米²])，中国海区范围m≈73.6Am²，V为船排水量(kg)；ρ为测船密度(kg/m³)，r为拖缆长度值(m)。具体的，所述测船为铁船，所述ρ≈7.85kg/m³。

为进一步简化问题，可以在测区海域选一地磁场较为平稳区域，布设一条南北向测线，参见图2，测船沿着该测线以方位角α＝0°或180°航行测量(图2中x轴指向北)，则式(1)进一步简化为：

其中：k＝±1，μ₀为磁导率，m为测船船体在自然状态下磁矩，m≈73.6Am²，V为测船排水量，ρ为测船船体密度，r为拖缆长度值，h为磁力仪的入水深度。

下面以排水吨位300吨的金属测船为例，对本申请提供的方法进行详细说明。

首先确定采用的测船在磁力仪处产生的磁场强度与磁力仪拖缆长的定量关系函数，为了简化计算可以采用式(4)进行计算。

首先获取磁导率μ₀、测船船体在自然状态下磁矩m、测船密度ρ。

然后设定磁力仪的入水深度h为2.5米，根据式(4)确定T和r之间定量关系：取r＝20至160m，步长1m，计算对应的T值，当T≤0.08nT，结束计算循环，此时的r＝152m对应的T＝0.079775nT，T满足目标磁场值≤0.08nT，考虑到测船上的船载通信设备及机电设备也会产生磁干扰，这部分磁干扰无法定量分析，因此在确定的最佳缆长基础上再延长30m，最后确定缆长为182m。

表1缆长与磁场强度对应计算表

总之，本申请提供的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，测船等效为磁偶极子，定量化分析船磁影响与缆长的定量关系，根据船的排水量准确计算合理拖缆长度，提高工作效率和海洋磁力测量精度。无需实际测量，节约作业测试时间，降低了缆长的确定成本，值得大面积推广使用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，所述方法包括：

分别获取测船的排水量、测船的密度以及测船船体在自然状态下磁矩；

确定所述测船的测船方位角以及海洋磁力仪入水深度；

利用所述测船在所述海洋磁力仪处产生的磁场强度与拖缆长度的关系确定测船磁化模型；

接收用户给出的一组拖缆长度值；

采用所述测船磁化模型计算获得每个所述拖缆长度值对应的磁场强度值，选择磁场强度值小于等于目标磁场强度对应的拖缆长度值确定为所述最佳拖缆长度。

2.根据权利要求1所述的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，选择磁场强度值为目标磁场强度对应的拖缆长度值基础上延长30米后确定为所述最佳拖缆长度。

3.根据权利要求1所述的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，利用所述测船磁化模型计算获得测船在所述海洋磁力仪处产生磁场强度的三个分量T_x、T_y、T_z，通过所述T_x、T_y、T_z计算获得所述测船在磁力仪处产生的总磁场强度T；所述T_x、T_y、T_z分别为以海平面为xy面、水深方向为z轴建立的三维笛卡尔坐标系中三个方向的分量。

4.根据权利要求3所述的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，所述测船磁化模型为：

其中：α为测船方位角，β为拖缆与z轴夹角，μ₀为磁导率，m为测船船体在自然状态下磁矩，m≈73.6Am²，V为测船排水量，ρ为测船船体密度，r为拖缆长度值。

5.根据权利要求4所述的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，所述测船为铁船，所述ρ≈7.85kg/m³。

6.根据权利要求4所述的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，所述α＝0°或180°，所述测船磁化模型为：

其中：k＝±1，μ₀为磁导率，m为测船船体在自然状态下磁矩，m≈73.6Am²，V为测船排水量，ρ为测船船体密度，r为拖缆长度值，h为磁力仪的入水深度。

7.根据权利要求4所述的海洋磁力测量中海洋磁力仪最佳拖缆长度确定方法，其特征在于，所述目标磁场强度为0.08nT。

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