本发明属于航空重力勘探技术领域，涉及一种中高山区航空重力测量三维航迹规划方法。
背景技术：
航空重力测量是将航空重力仪等设备装载在飞行器上，在测量地区上空按照预先设定的航迹对地球重力场进行测量的地球物理方法。航空重力测量航迹规划通常以平飞为主，在中高山区(高差大于500m、海拔高度大于1000m的复杂山地)采取平飞航空重力测量，导致飞行高度增大，使得重力仪数据中采集到的有效异常信息大大减弱，降低了地质勘探的精准度。周锡华等在《起伏飞行在航空重力测量的应用研究》(物探与化探，2015，39：98-104)中从理论上探讨了航空重力起伏飞行的可行性和有效性，然而并未提出起伏飞行的三维航迹规划方法。当前，航空重力起伏飞行仅能依靠目视进行，由于缺少精确的三维航迹规划，一是容易造成飞机俯仰角过大，导致出现虚假重力异常问题，严重干扰了测量结果的准确度；二是无法保证测线和切割线交点位置的飞行高度重合，不利于全区重力场调平。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种计算步骤简单、运算效率高，可满足中高山区航空重力测量需求的三维航迹规划方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种中高山区航空重力测量三维航迹规划方法，包括以下步骤：(1)求取测线和切割线上对应地形的最高峰、极大值；(2)以最高峰为参考点，删除测线和切割线上坡度大于3°的极大值；(3)删除剩余极大值中间距小于窗口距离的极大值；剩余的极大值作为测线和切割线的一般控制点；(4)对一般控制点进行线性插值，形成测线和切割线的初始航迹曲线；(5)求取测线和切割线交叉点位置高差，当高差均小于阈值时，所述一般控制点即为输出控制点，转步骤(7)；(6)当高差超出阈值时，求取交叉点位置航迹均值作为测线和切割线的特殊控制点，然后删除测线和切割线上相邻控制点坡度大于3°的一般控制点；对测线和切割线的特殊控制点和未删除的一般控制点进行线性插值，更新测线和切割线航迹，再次求取测线和切割线交叉点位置高差，直至高差均小于阈值；特殊控制点和未删除的一般控制点即为输出控制点；(7)对输出控制点进行插值，形成三维航迹曲线。
进一步，所述步骤(1)之前还包括以下步骤：布置测网。
进一步，步骤(3)中所述删除剩余极大值中距离小于窗口距离的极大值的方法为：以最高峰为起点，分别向两端以固定窗口距离进行滑动，仅保留窗口距离内最大的极大值。
进一步，所述步骤(3)中窗口距离的宽度为2km。
进一步，所述步骤(5)中高差阈值为0.01米。
进一步，所述步骤(7)中还包括：对形成的三维航迹曲线进行整体抬升，使航迹曲线高出最高峰100米。
本发明一种中高山区航空重力测量三维航迹规划方法，根据航空重力仪对飞行起伏坡度和起伏周期的要求，以测区地形数据为基础，求取满足一定要求的极大值和求取测线与切割线交叉点处均值相结合的方式获得控制点，然后对控制点进行线性插值并整体抬升一定高度，得到三维航迹曲线。本发明有效降低了平均飞行高度，且兼顾测线和切割线上的地形差异，保证了测线和切割线交叉点位置高度在理论上重合，从而确保了交叉点上的重力场差值尽可能小，利于全区重力场调平。同时，本发明还可将计算得到的输出控制点提供给导航设备，从而在航空重力缓起伏飞行中突破了传统目视导航方法，实现了基于导航设备的精确导航，不仅保证了人身安全，还可以确保飞行高度和起伏坡度满足重力测量需求，减少了人为因素造成的飞机俯仰角过大而导致的虚假重力异常问题。
附图说明
图1是实施例1中一种中高山区航空重力测量三维航迹规划方法的整体流程示意图；
图2是实施例2中根据实施例1所述方法规划的一条初始航迹曲线。
具体实施方式
以下结合附图1和2，进一步说明本发明一种中高山区航空重力测量三维航迹规划方法的具体实施方式。本发明一种中高山区航空重力测量三维航迹规划方法不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出中一种高山区航空重力测量三维航迹规划方法，如图1所示，包括以下步骤：
1、收集测区地形数据，根据高山区航空重力测量需求，布置测网(包括测线和切割线)，获取测线和切割线的水平投影坐标。
2、求取每条测线和切割线上对应地形的最高峰、极大值。所述最高峰仅有一个，所述极大值有多个，所述最高峰、极大值均为三维坐标值。
3、以最高峰为参考点，删除测线和切割线上坡度大于3°的极大值。具体的，以最高峰和一个极大值的三维坐标建立直线，若该直线的斜率大于3°，则删除该极大值。该步骤的目的是，确保最终规划的航迹中，其飞行坡度始终不大于3°，以确保飞行过程中的起伏坡度始终满足重力测量需求。
4、删除剩余极大值中间距小于窗口距离的极大值；剩余的极大值作为测线和切割线的一般控制点。具体方法为：以最高峰为起点，以2km宽度的窗口距离，分别沿测线或切割线向两端以固定窗口距离进行滑动，仅保留窗口距离内最大的极大值。该步骤的目的是，尽量忽略或减少飞行中的连续起伏变化，确保飞行过程中的起伏周期始终满足重力测量需求。
5、对一般控制点进行线性插值，形成测线和切割线的初始航迹曲线。为获得更好地飞行效果，本步骤也可采用其他差值拟合方法。
6、求取测线和切割线交叉点位置高差，当高差均小于阈值(可设定为0.01米)时，所述一般控制点即为输出控制点，转步骤8。当高差均小于阈值时，说明测线和切割线交叉点位置基本重合，满足将来对测线和切割线采集的测量数据的重力场差值要求，在进行全区重力场调平时可以将误差控制在允许范围内；反之，则说明测线和切割线交叉点之间的高差过大，不能满足测量要求，还需要对一般控制点进行进一步调整。
7、当高差超出阈值时，求取交叉点位置航迹均值作为测线和切割线的特殊控制点，然后删除测线和切割线上相邻控制点坡度大于3°的一般控制点；对测线和切割线的特殊控制点和未删除的一般控制点进行线性插值，更新测线和切割线航迹，再次求取测线和切割线交叉点位置高差，直至高差均小于阈值；特殊控制点和未删除的一般控制点即为输出控制点。本步骤的目的在于，将测线和切割线交叉点位置作为特殊控制点，并作为最终输出控制点的重要参照，对一般控制点进行调整，最终达到交叉点位置高程一致、满足测量需求的目标。
8、对输出控制点进行插值，形成三维航迹曲线。对形成的三维航迹曲线进行整体抬升，例如使航迹曲线高出最高峰100米，以确保飞行安全。
实施例2：
本实施例给出根据实施例1所述方法具体规划出的一条初始航迹曲线。
如图2所示，横坐标为测线或切割线延伸方向的投影距离，纵坐标为高度。第一实线101为地形轮廓线，倒三角形标记1-73为该地形轮廓线上的极大值，其中63为最高峰。根据实施例1所述方法，首先删除坡度大于3°的极大值，剩余的极大值用圆形图案进行标记；然后删除剩余极大值中间距小于窗口距离的极大值，剩下的极大值用*形图案进行标记，即为一般控制点；最后，对一般控制点进行线性插值，得到的第二实线102即为根据一般控制点规划出的初始航迹曲线。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。