地形校正系統的製作方法

2023-11-04 03:56:07 4

專利名稱：地形校正系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於對來自勢場勘測(gravity survey)的數據進行處理以校正下層地形效應的方法、裝置和電腦程式代碼。該技術的實施例尤其適用於對來自空中勘測，尤其是重力場勘測的數據進行處理。
背景技術：
在本說明書中將涉及空中勘測，更具體地，涉及重力梯度勘測。然而，所描述的技術不限於這些類型的勘測，而是可以應用於其他勢場勘測，包括但不限於重力勘測、磁場勘測(如地球磁場勘測)、電磁場勘測等。
通過測量勢場數據來執行勢場勘測，對於重力勘測，勢場數據可以包括一個或多個重力計數據(測量重力場)或重力梯度計數據(測量重力場梯度)、矢量磁力計數據、真磁梯度計數據以及本領域技術人員公知的其他類型的數據。地球物理勢場勘測的共同目的是搜索潛在指示有價值礦床的特徵。
傳統上，空中勢場勘測(如重力勘測)以網格圖形來飛行。網格由在下層地形上編織的二維面上的平行線(飛行路徑)的正交集合來定義。然而，所編織的面受到飛機允許離地飛行的最近距離和飛機的最大爬升/降落速率的約束。便於從接近地面處收集數據的用於空中勢場勘測的一些改進技術在本申請人的共同待審PCT專利申請"GmvitySurvey Data Processing" PCT/GB2006/050211中進行了描述，其全部內容以引用方式併入此處。
一般而言，在已收集了勢場數據之後、對該數據進行解釋之前，應用地形校正，以補償地表高度變化。地表數據可以以數字地形海拔數據的形式購得，或根據(D) GPS ((差分)全球定位系統)和/或空中技術(如LIDAR (雷射成像檢測和測距)和SAR (合成孔徑雷達))來確定。飛機的加速度、姿態、角速率和角加速度數據也可以用於校
正勢場儀器的輸出數據。在我們於2006年1月25日提交的共同待審的英國專利申請"Terrain Correction Systems" No. 0601482.3中描述了用於地球物理勘測中的地形校正的一些改進技術，其全部內容以引用方式併入此處。
WO 03/032015中描述的另一種技術以機載的其他導航和繪圖儀器為來源，實時校正地球物理儀器的測量。然而，現實中這種"在線"校正具有許多缺點。
因此，仍需要改進的數據處理技術。例如，當地形快速改變使得可能出現空間混淆時，更具體地，當在小於勘測(飛行)路線間距的長度規模上具有峰值或其他變化時，將出現問題。

發明內容
因此，根據本發明的第一方面，提供了一種用於對來自移動平臺勢場勘測的勢場測量數據進行處理以繪製場的方法，所述方法包括輸入測量的勢場數據，所述測量的勢場數據包括對由安裝在移動平臺上的勢場測量儀器捕獲的勢場測量的時間序列進行定義的數據，每一個所述測量具有將所述測量的位置定義為時間的函數的關聯數據；輸入地形數據，所述地形數據對所述勢場勘測所勘測到的地形的空間變化進行定義；確定要在時域中應用於所述測量的勢場數據的時域校正數據，所述確定使用所述地形數據和將所述測量的位置定義為時間的函數的所述關聯數據；以及使用所述時域校正數據來調整對勢場測量的所述時間序列進行定義的所述測量的勢場數據，以提供地形校正後的測量的勢場數據用於所述場的所述繪製。
在實施例中，在使用所述移動平臺收集了勢場數據之後，所述方法是離線實現的。然而，通過從地形模型資料庫中的數據至測量位置的時間序列的前向計算在時域中執行校正。
優選地，確定時域校正數據包括補償所述勢場測量儀器的帶寬。在實施例中，這包括使用與所述儀器的響應(例如衝激響應)相匹配
的濾波器來對所述時域校正數據進行濾波。這可以包括例如根據所述勢場測量儀器的響應在積分時間區間上對測量進行積分。
在一些優選實施例中，所述時域校正數據包括由於沿所述勢場勘 測的勘測線在空間中的三維位置處的地形而測量的勢場的計算值的集 合。然而， 一般而言，這些位置將不與實際記錄的測量位置對應。而 是優選地，以在時間上規則間隔的區間與移動平臺的位置相對應(因 此取決於移動平臺的速度)。因此，廣義而言，所述時域校正數據包括 根據空間中的三維位置x(t), y(t)， Z(t)處的地形數據，以實質上規則間 隔的時間區間前向計算出的場測量儀器數據的有效分量。然後，可以 從實際勢場測量中減去對勢場的這種貢獻，留下感興趣的信號用於進 一步數據處理，這種貢獻是由於地形而形成的，並作為移動平臺以規 則時間區間在空間上的位置的函數，尤其是由於下層的地質組成而形 成的。可以可選地對實際的測量信號和地形校正信號中的任一種或兩 者進行外推和/或插值，使得相應數據點實質上對齊以執行校正。
優選地，所述方法還包括使用調整後的測量的勢場數據來確定繪 制所述場的場繪製參數的集合。本領域技術人員將理解，由許多方式
來實現這一點，包括在我們較早提交的專利申請(如上)以及2007 年1月30日提交的我們的英國專利申請號0701725.4中提及的那些方 式，這些申請的全部內容以引用方式併入此處。
本領域技術人員將理解， 一般而言，在測量勢場數據時，實際測 量的是重力和/或重力梯度(儘管可以附加地或可選地測量從勢場的空 間導數導出的其他量)。
在一些優選實施例中，所述移動平臺包括飛機，所述勘測包括空 中勢場勘測，但是，我們描述的技術也可以應用於來自水上或陸上艦 艇進行的基於海上或陸地的勢場勘測。
本發明還提供了用於實現上述方法的處理器控制代碼，尤其在如 磁碟、CD-ROM或DVD-ROM、編程的存儲器(如只讀存儲器(固件)) 之類的數據載體上，或在如光或電信號載體之類的數據載體上。用於 實現本發明實施例的代碼(和/或數據)可以包括以傳統程式語言(解 釋型或編譯型)(如C)編寫的源、目標或可執行代碼，或彙編代碼、 用於建立或控制ASIC(專用集成電路)或FPGA(現場可編程門陣列)的代碼、或硬體描述語言(如Verilog (商標)或VHDL (超高速集成 電路硬體描述語言))的代碼。本領域技術人員將認識到，這種代碼和 /或數據可以分布在互相通信的多個耦合的組件之間，例如分布在網絡 上。
本發明還提供了一種數據處理系統，被配置為實現上述方法的實 施例。
因此，根據本發明的另一方面，提供了一種用於對來自移動平臺 勢場勘測的勢場測量數據進行處理以繪製場的數據處理系統，所述系
統包括數據存儲器，用於存儲測量的勢場數據，所述測量的勢場數 據包括對由安裝在移動平臺上的勢場測量儀器捕獲的勢場測量的時間 序列進行定義的數據，所述測量中的每一個具有將所述測量的位置定 義為時間的函數的關聯數據，並用於存儲地形數據，所述地形數據對
所述勢場勘測所勘測到的地形的空間變化進行定義；程序存儲器，存 儲處理器控制代碼；以及處理器，耦合至所述數據存儲器和所述程序 存儲器，以加載並實現所述控制代碼，所述代碼包括用於執行以下操 作的代碼輸入所述測量的勢場數據和所述測量的所述關聯的數據； 輸入所述地形數據；使用所述地形數據和將所述測量的位置定義為時 間的函數的所述關聯數據來確定要在時域中應用於所述測量的勢場數 據的時域校正數據；以及使用所述時域校正數據來調整對勢場測量的 所述時間序列進行定義的所述測量的勢場數據，以提供地形校正後的 測量的勢場數據用於所述場的所述繪製。
優選地，所述代碼還包括用於通過匹配濾波器來模仿所述測量儀 器的響應以調整校正數據的代碼。


現在參照附圖，僅以示例方式進一步描述本發明的這些和其他方 面，在附圖中
圖1示意性示出了高度對距離的圖，示意了在空中勢場勘測的飛 行線路下層的地形的截面。
圖2a示意性示出了基於根據圖1的地形模型以規則間隔的時間區
8間進行的前向計算，重力梯度分量Gzz隨時間的變化；圖2b示出了在 使用濾波器在時域進行濾波以匹配測量系統的響應之後，調整後的前 向計算的數據；
圖3示意了在濾波階段之前和之後，時域地形校正數據之間的差
值；以及
圖4示意性示出了用於實現根據本發明的方法的實施例的過程的 流程圖。
具體實施例方式
我們所指的場，尤其是重力場，不限於矢量場，而是包括標量和 張量場、勢場和從勢場導出的任何衍生物。
勢場數據包括但不限於重力計數據、重力梯度計數據、矢量磁 力計數據和真磁梯度計數據。可以從標量導出勢場的元素和表示。
參照圖l，圖l示出了在地形上方的示例勘測飛行路線，其中箭頭 示出了飛行的方向。
圖2b示出了時域中的前向計算的Gzz，圖2b示出了濾波至儀器帶 寬之後的前向計算的Gzz。圖3示出了圖2a和2b的曲線之間的差值，示 出了由於濾波而導致的地形校正的變化。
時域校正技術
現在描述時域校正技術，具體參照圖4來進行描述。 在重力場勘測中，最大幅度和帶寬信號幾乎總是來自地形。通常， 在重力場解釋中，通過在數據處理的後期期間執行的地形校正來去除 地形信號。對此，由於使用空間技術對數據進行了操作，所得物的時 域性質的全部意義己經失去。
通過在處理序列中在早期執行地形校正，當數據仍在時域中表示 時，可以最終產生下層地質情況的更好的地圖，這是由於可以將地形 校正更緊密地與儀器實際記錄的數據相匹配。具體地，時域校正將正 確去除高頻地形信號，否則高頻地形信號將在空間分析中混淆。此外， 通過在與測量系統相同的域中執行校正，可以將測量儀器的實際傳遞函數併入校正數據中。這意味著地形數據去除了地形對所記錄的測量 數據的影響，而不是去除了地形信號本身。這對於在低海拔在高度變 化的地形上飛行的空中勘測而言尤為重要，這是由於測量系統的帶寬 可以明顯改變高頻地形信號。
時域地形校正系統的優選實現方式根據圖4來進行，圖4示出了在 優選的動態地形校正中涉及的步驟的流程圖；如示意性示出的，該過 程可以以載體(如磁碟)上或計算機系統中的軟體來實現。
使用可用的地形學和測深學數據來構造地形的3D模型的幾何形 狀。由源自巖石類型、井數據或表面滲透成像技術的信息來引導模型 內的密度值的分配。該模型的解析度應當足以根據地形來精確重建所 勘測的勢場數據。因此優選地，該模型的外延超過勘測邊界足夠距離， 以呈現來自該模型之外可忽略的地形的貢獻。
該地形模型用於按照一系列規則時間區間來預測(前向計算)該 地形模型在勘測持續時間內對總信號的貢獻，
/=d+z'Af (1) 其中/是整數，Af是計算採樣時間。選擇Ad吏得所計算的地形信號的分 辨率超過儀器的測量帶寬。例如，如果該帶寬為0.5Hz，則計算採樣時 間應當不小於l秒。
實際上，使用重疊原理來計算地形信號，其中，將該模型離散化 為有限量的集合，其中每一個量具有已知的數學函數以在給定集合的 場位置處前向計算重力場。用於這些計算的場點是插值至等式(1)的 時間序列的位置Oc(O，XO，z(O)，以及可能地，儀器的定向(傾斜、翻滾、 偏轉)。
通過設計為模仿實際測量的響應的濾波器來修改時間序列地形 前向計算的數據。通過併入儀器帶寬及其衝激響應的知識來完成該濾 波器的設計。 一種用於執行該操作的合適濾波器是在數學上由濾波器 係數的矢量來表示的有限衝激響應濾波器。然後，通過與該濾波器的 簡單巻積來產生濾波後的前向計算的地形數據。
然後，將帶寬匹配的地形校正數據重新採樣至所記錄的測量的時 間序列上，並從所記錄的測量中減去該地形校正數據，產生準備用於後續處理的新的原始測量數據集合。
儘管已經使用空中勢場勘測的優選示例來描述了該技術，但是實 施例也可以用於從船上進行的海上勢場勘測，更一般地，用於從其他 移動平臺或車輛進行的勢場勘測。
該技術不限於處理重力數據，也可以用於例如處理磁場數據。因 此，可以通過測量磁場和/或通量密度矢量和/或其幅度(例如使用以 磁梯度計進行的測量)來獲得測量的勢場數據。如果使用等效電源元 件，則它們可以具有例如表面電流密度或電極強度。
將理解，本發明不限於所描述的實施例，還包括落入所附權利要 求的精神和範圍內的、對本領域技術人員顯而易見的修改。
權利要求
1.一種用於對來自移動平臺勢場勘測的勢場測量數據進行處理以繪製場的方法，所述方法包括輸入測量的勢場數據，所述測量的勢場數據包括對由安裝在移動平臺上的勢場測量儀器捕獲的勢場測量的時間序列進行定義的數據，所述測量中的每一個具有將所述測量的位置定義為時間的函數的關聯數據；輸入地形數據，所述地形數據對所述勢場勘測所勘測到的地形的空間變化進行定義；確定要在時域中應用於所述測量的勢場數據的時域校正數據，所述確定使用所述地形數據和將所述測量的位置定義為時間的函數的所述關聯數據；以及使用所述時域校正數據來調整對勢場測量的所述時間序列進行定義的所述測量的勢場數據，以提供地形校正的測量的勢場數據用於所述場的所述繪製。
2. 如權利要求l所述的方法，其中，所述確定所述時域校正數據包括補償所述勢場測量儀器的帶寬。
3. 如權利要求2所述的方法，其中，所述補償所述帶寬包括使用與所述儀器的衝激響應相匹配的濾波器來對所述時域校正數據進行濾波。
4. 如權利要求l、 2或3所述的方法，其中，所述確定所述時域校正數據包括執行從所述地形數據至所述時域測量的勢場數據的前向計算。
5. 如前述任一權利要求所述的方法，其中，所述時域校正數據包括由於所述地形在空間中三維位置處沿所述勢場勘測的勘測線的所述測量的勢場的計算值的集合。
6. 如權利要求5所述的方法，其中，所述三維位置包括在時間上規則間隔的區間處所述移動平臺的位置。
7. 如前述任一權利要求所述的方法，其中，在使用所述移動平臺收集了所述勢場數據之後，所述方法是離線實現的。
8. 如前述任一權利要求所述的方法，還包括使用所述地形校正的測量的勢場數據來確定繪製所述場的場繪製參數的集合。
9. 如權利要求8所述的方法，還包括使用所述場繪製參數來確定所述場的地圖。
10. 如前述任一權利要求所述的方法，其中，所述測量的勢場數據包括重力或重力梯度計數據。
11. 如權利要求IO所述的方法，其中，所述測量的勢場數據包括針對G^的數據。
12. 如前述任一權利要求所述的方法，其中，所述移動平臺包括飛機。
13. —種承載處理器控制代碼的載體，所述處理器控制代碼在運行時實現前述任一權利要求所述的方法。
14. 一種用於對來自移動平臺勢場勘測的勢場測量數據進行處理以繪製場的數據處理系統，所述系統包括數據存儲器，用於存儲測量的勢場數據，所述測量的勢場數據包括對由安裝在移動平臺上的勢場測量儀器捕獲的勢場測量的時間序列進行定義的數據，所述測量中的每一個具有將所述測量的位置定義為時間的函數的關聯數據，並用於存儲地形數據，所述地形數據對所述勢場勘測所勘測到的地形的空間變化進行定義；程序存儲器，存儲處理器控制代碼；以及處理器，耦合至所述數據存儲器和所述程序存儲器，以加載並實現所述控制代碼，所述代碼包括用於執行以下操作的代碼輸入所述測量的勢場數據和所述測量的所述關聯數據；輸入所述地形數據；使用所述地形數據和將所述測量的位置定義為時間的函數的所述關聯數據來確定要在時域中應用於所述測量的勢場數據的時域校正數據；以及使用所述時域校正數據來調整對勢場測量的所述時間序列進行定義的所述測量的勢場數據，以提供地形校正的測量的勢場數據用於所述場的所述繪製。
15.如權利要求14所述的數據處理系統，其中，所述確定所述時域校正數據包括補償所述勢場測量儀器的帶寬。
全文摘要
本發明涉及用於對來自勢場勘測，尤其是空中重力場勘測的數據進行處理以校正地形效應的方法、裝置和電腦程式代碼。描述了一種用於對來自移動平臺勘測的勢場測量數據進行處理以繪製場的方法，所述方法包括輸入測量的勢場數據，所述測量的勢場數據包括對由安裝在移動平臺上的勢場測量儀器捕獲的勢場測量的時間序列進行定義的數據，所述測量中的每一個具有將所述測量的位置定義為時間的函數的關聯數據；輸入地形數據，所述地形數據對所勘測到的地形的空間變化進行定義；確定要在時域中應用於所述測量的勢場數據的時域校正數據，所述確定使用所述地形數據和將所述測量的位置定義為時間的函數的所述關聯數據；以及使用所述時域校正數據來調整對勢場測量的所述時間序列進行定義的所述測量的勢場數據，以提供地形校正後的測量的勢場數據用於所述場的所述繪製。
文檔編號G01V7/16GK101636669SQ200880009035
公開日2010年1月27日 申請日期2008年2月21日 優先權日2007年3月23日
發明者加裡·巴恩斯, 達年·黃 申請人:阿克斯有限責任公司