基于Tilt法获取精确航空磁测数据的方法、装置与流程

基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法、装置
技术领域
1.本发明是涉及航空磁测技术领域，特别是涉及一种基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法、装置。


背景技术：

2.航空磁力测量是将航空磁力仪(例如光泵式、核旋式和磁通门式)系统安装在飞行器，中通过观测地磁场参数(例如地磁场总强度t或总磁场异常
△
t或其梯度)，来寻找磁性或与磁性有关的矿体，以了解地质构造、进行磁性填图、解决城市和工程稳定性和考古等问题。
3.航空磁力测量数据是不同深度、不同形态、不同规模的磁性地质体磁场信息在观测面上的综合反映。但是，由于测量数据的误差或磁场的叠加，使得测量数据难以区分，给地质解释工作带来了难度。
4.目前，可以通过构造边界识别滤波器tilt的方法，提高对航磁异常的分辨能力。tilt法是通过一阶导数的比值平衡高幅值和低幅值异常达到航磁数据边界增强。tilt法表达式：
[0005][0006]
其中，t为实测的航空磁测数据，x、y为空间坐标的两个方向。
[0007]
基于此，本申请的发明人发现，tilt法在实际应用中存在横向分辨力低、精度差和易产生虚假异常边界，且当分母或接近0时，tilt法存在“解析奇点”，会使得计算结果不稳定，影响实际应用效果。
[0008]
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

[0009]
为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法、装置。
[0010]
为实现上述目的，本发明提供了一种基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法，包括：根据航空磁测数据t，计算所述航空磁测数据t在x方向水平梯度所述航空磁测数
据t在y方向水平梯度和所述航空磁测数据t在z方向垂向梯度根据所述航空磁测数据t在x方向水平梯度以及所述航空磁测数据t在y方向水平梯度计算总水平梯度thdr；根据所述z方向垂向梯度和总水平梯度thdr计算z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)；根据z方向垂向梯度总水平梯度thdr、z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)，获取精确航空磁测数据。
[0011]
在一优选的实施方式中，所述根据航空磁测数据t，计算所述航空磁测数据t在x方向水平梯度所述航空磁测数据t在y方向水平梯度和所述航空磁测数据t在z方向垂向梯度之前，包括：获取实测的航空磁测数据t，并进行预处理。
[0012]
在一优选的实施方式中，所述预处理包括坐标转换、正常场校正、日变校正、滞后校正以及磁场水平调整。
[0013]
在一优选的实施方式中，所述根据航空磁测数据t，计算所述航空磁测数据t在x方向水平梯度所述航空磁测数据t在y方向水平梯度和所述航空磁测数据t在z方向垂向梯度包括：根据预处理后的航空磁测数据t进行频率域内二维傅里叶变换；根据二维傅里叶变换与希尔伯特变换之间的关系进行计算，得到频率域希尔伯特变换；根据所述频率域希尔伯特变换的结果确定预处理后的航空磁测数据t在x方向水平梯度预处理后的航空磁测数据t在y方向水平梯度和z方向垂向梯度
[0014]
在一优选的实施方式中，所述根据所述希尔伯特变换的结果确定预处理后的航空磁测数据t在x方向水平梯度预处理后的航空磁测数据t在y方向水平梯度和z方向垂向梯度包括：二维希尔伯特变换在x方向上的分量对应为二维希尔伯特变换在y方向上的分量对应为预处理后的t对应为
[0015]
在一优选的实施方式中，根据所述在z方向垂向梯度和总水平梯度thdr计算z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)包括：提供大小为m
×
n的滑动窗口；在所述滑动窗口内计算窗口内所有元素在z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)
和总水平梯度平均值wmean(thdr)。
[0016]
在一优选的实施方式中，所述根据z方向垂向梯度总水平梯度thdr、z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)，获取精确航空磁测数据包括：
[0017]
根据以下公式获取精确航空磁测数据，所述公式包括：
[0018][0019]
其中，wmean()表示滑动窗口均值，t为实测的航空磁测数据，x、y为空间坐标的两个方向，δ为正则化调节因子。
[0020]
在一优选的实施方式中，所述正则化调节因子为0.001。
[0021]
为实现上述目的，本发明还提供了一种基于tilt法获取精确航空磁测数据的装置，包括：梯度计算模块，用于根据航空磁测数据t，计算所述航空磁测数据t在x方向水平梯度所述航空磁测数据t在y方向水平梯度和所述航空磁测数据t在z方向垂向梯度总水平梯度计算模块，用于根据所述航空磁测数据t在x方向水平梯度以及所述航空磁测数据t在y方向水平梯度计算总水平梯度thdr；均值计算模块，用于根据所述z方向垂向梯度和总水平梯度thdr计算z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)；精确航空磁测数据获取模块，用于根据z方向垂向梯度总水平梯度thdr、z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)，获取精确航空磁测数据。
[0022]
为实现上述目的，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述任意一项所述的基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法。
[0023]
与现有技术相比，根据本发明的基于tilt法的获取精确航空磁测数据的方法、装置及存储介质，可以解决tilt法存在“解析奇点”问题，提高计算稳定性，消除产生虚假航磁数据地质体的边界干扰，增强信噪比，以及提高航磁数据处理转换的质量和地质体边界识别效果。
附图说明
[0024]
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，下面将对实施例或现
有技术描述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。
[0025]
图1示出了本发明实施例所提供的基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法的流程图；
[0026]
图2示出了本发明实施例所提供的基于tilt法获取精确航空磁测数据的装置的结构示意图。
具体实施方式
[0027]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0028]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0029]
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0030]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0031]
本发明实施例提供一种基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法的流程图，参见图1，包括：步骤s1
‑
步骤s4。
[0032]
步骤1，根据航空磁测数据t，计算所述航空磁测数据t在x方向水平梯度所述航空磁测数据t在y方向水平梯度和所述航空磁测数据t在z方向垂向梯度
[0033]
航空磁测数据t即航空磁力异常场是地壳中的含铁磁性地质体在地磁场作用下所产生的附加磁场。
[0034]
在一种实现方式中，步骤s1之前，还可以包括：获取实测的航空磁测数据t，并进行预处理。所述预处理包括坐标转换、正常场校正、日变校正、滞后校正以及磁场水平调整中的一种或多种。通过预处理，可以消除在航空磁场测量数据中，因多种因素会造成数据存在噪声和误差。
[0035]
在一种实现方式中，步骤s1进一步可以包括：
[0036]
步骤s101，根据预处理后的航空磁测数据t进行频率域内二维傅里叶变换；
[0037]
步骤s102，根据二维傅里叶变换与希尔伯特变换之间的关系进行计算，得到频率域希尔伯特变换；
[0038]
步骤s103，根据所述频率域希尔伯特变换的结果确定预处理后的航空磁测数据t在x方向水平梯度预处理后的航空磁测数据t在y方向水平梯度和z方向垂向梯度
[0039]
具体的，根据所述希尔伯特变换的结果确定预处理后的航空磁测数据t在x方向水平梯度预处理后的航空磁测数据t在y方向水平梯度和z方向垂向梯度包括：二维希尔伯特变换在x方向上的分量对应为二维希尔伯特变换在y方向上的分量对应为预处理后的t对应为
[0040]
二维希尔伯特变换，其傅里叶域变换因子为：
[0041]
dh(u,v)＝
‑
i
·
sign(u,v)，
[0042][0043]
其中，i2＝
‑
1，u、v是x和y方向上的圆波数。希尔伯特变换在x和y方向上的分量可以表示为：
[0044][0045]
其中，f[]、f
‑1[]分别表示傅里叶正变换和逆变换；h
x
与h
y
分别代表二维希尔伯特变换在x和y方向上的分量。
[0046]
因此，x方向水平梯度y方向水平梯度和z方向垂向梯度可以利用希尔伯特变换计算得到，二者具有等价关系：
[0047][0048]
应用上述等价关系优点在于直接希尔伯特变换不会放大航空磁测数据中的噪声干扰。
[0049]
步骤2，根据所述航空磁测数据t在x方向水平梯度以及所述航空磁测数据t在y方向水平梯度计算总水平梯度thdr。
[0050]
具体的，可以通过以下公式总水平梯度thdr，所述公式包括：
[0051][0052]
其中，为航空磁测数据t在x方向水平梯度，为航空磁测数据t在在y方向水平梯度。
[0053]
步骤3，根据所述z方向垂向梯度和总水平梯度thdr计算z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)。
[0054]
具体的，步骤3可以包括：提供大小为m
×
n的滑动窗口；在所述滑动窗口内计算窗口内所有元素在z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)。
[0055]
具体的，可以通过以下公式进行计算：
[0056][0057][0058]
其中，i表示m
×
n大小的滑动窗口内的第几个元素。
[0059]
步骤4，根据z方向垂向梯度总水平梯度thdr、z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)，获取精确航空磁测数据。
[0060]
步骤4可以根据以下公式获取精确航空磁测数据，所述公式包括：
[0061][0062]
其中，wmean()表示滑动窗口均值，t为预处理后的航空磁测数据，x、y为空间坐标的两个方向，δ为正则化调节因子，δ的取值范围为0
‑
1。
[0063]
不同的正则化调节因子的取值对边界识别结果有影响。正则化调节因子是通过深度学习样本库的自动获取方法获得的，得到δ的取值范围为0
‑
1。δ取值过小会产生虚假多余边界，δ取值过大会使结果逐渐趋近与总水平导数其受不同地质条件产生变化，根据地质解释结果的优劣确定最佳参数值。作为最优的一种实现方式，正则化调节因子的取值可
以为0.001。由此，可以提高边界的识别效果。
[0064]
在根据z方向垂向梯度总水平梯度thdr、z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)构建tilt滤波器之后，可以获取精确航空磁测数据，进一步准确推断构造体场源的边界、深度、产状、规模及场分布规律和物理性质等，对划分大地构造单元、进行构造分区、确定断裂构造带的位、区分不同岩性与地层的分布及进行物性填图等问题有重要意义。
[0065]
由此，解决tilt法存在“解析奇点”问题，提高计算稳定性，消除产生虚假航磁数据地质体的边界干扰，增强信噪比，以及提高航磁数据处理转换的质量和地质体边界识别效果。
[0066]
通过本实施例提供的方法，可以使航磁异常输出振幅趋于均衡化，可以增强深层源弱异常，准确圈定较小较窄的异常体边界，为后期资料处理解释提供丰富的地质体信息；其对浅源和深源响应均等，并且能处理同一水平上幅度动态范围大的场源，由反正切函数的特性所决定，不管总水平梯度的绝对值或垂直梯度的振幅如何变化，始终使计算结果控制在之间，有效的平衡了高幅值异常和低幅值异常；对于深部场源，即使它的垂向梯度和水平梯度都很小，两者的比值仍然会很大，零值处对应场源边界的位置，不受埋深的影响；因此，能更好的探测出埋深不同的多源场物体的边界。
[0067]
本发明实施例还提供了一种基于tilt法获取精确航空磁测数据的装置，包括：梯度计算模块1、总水平梯度计算模块2、均值计算模块3以及精确航空磁测数据获取模块4。
[0068]
梯度计算模块1用于根据航空磁测数据t，计算所述航空磁测数据t在x方向水平梯度所述航空磁测数据t在y方向水平梯度和所述航空磁测数据t在z方向垂向梯度
[0069]
总水平梯度计算模块2用于根据所述航空磁测数据t在x方向水平梯度以及所述航空磁测数据t在y方向水平梯度计算总水平梯度thdr。
[0070]
均值计算模块3用于根据所述z方向垂向梯度和总水平梯度thdr计算z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)。
[0071]
精确航空磁测数据获取模块4用于根据z方向垂向梯度总水平梯度thdr、z方向垂向梯度平均值wmean(vdr)和总水平梯度平均值wmean(thdr)，获取精确航空磁测数据。
[0072]
本发明实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机可执行指令，其包含用于执行上述基于tilt法获取精确航空磁测数据的方法的程序，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例中的方法。
[0073]
其中，所述存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器(例如cd、dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nand flash)、固态硬盘(ssd))等。
[0074]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。