地磁场高精度建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及地磁场建模领域，尤其涉及一种地磁场高精度建模方法。
【背景技术】
[0002] 地磁信息在航空航天、环境监测、地球科学、国防建设、资源探测、地震预报等诸 多领域具有十分重要的实际应用价值，成为了各国宝贵的战略性资源，但地磁应用依赖于 高精度、高分辨率的地磁场建模，因此，地磁场建模是决定地磁应用广度和深度的关键性因 素。
[0003] 地磁建模是通过对已有的离散的地磁测量点进行插值计算，进而得到区域三维空 间的磁场结构的过程。通常的建模方法如多项式、样条曲面和多面函数等数值方法缺乏对 位场特征的约束，这些方法的误差估计是模型对观测数据拟合近似的程度，往往会忽略其 在物理上的合理性，其对地磁场单要素的拟合误差比较小，但各地磁分量之间不能体现磁 场的物理意义。而现有技术中的矩谐分析类似于球谐分析，是从满足位场的拉普拉斯方程 出发，通过构建研宄区域大小的矩形平面来近似球面，在矩形区域内进行协和分析，求解拉 普拉斯方程，并写成相应的级数形式的一种方法，其不同阶的系数反映了不同波长的空间 磁场分布情况，进而得到区域空间的全波长磁场分布。现有技术中的矩谐分析方法存在很 明显的边界效应，在研宄区域的边界产生龙格现象，进而影响地磁建模的精度。
【发明内容】
[0004] 本发明提供一种地磁场高精度建模方法，解决现有技术中的地磁场建模存在明显 边界效应的技术问题。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] -种地磁场高精度建模方法，包括：
[0007] 获取测试点的地磁场测试值，并计算所述测试点的地磁场值，将所述地磁场测试 值与所述地磁场值做差，以获取所述测试点的地磁场异常值；
[0008] 根据所述测试点的分布情况和有限元法中的三角剖分方法，选取研宄区域周边预 设范围的测试点参与地磁场模型的构建，计算研宄区域周边预设范围的测试点的地磁场 值，确定矩形区域的大小、矩形坐标的原点以及地磁场模型的截止阶数；
[0009] 将所述测试点的地理坐标转换为所述矩形区域内的矩谐坐标；
[0010] 将地理坐标系下所述测试点的地磁场分量值转换为所述矩形区域内的矩谐坐标 系下的地磁场分量值；
[0011] 选取部分测试点作为地磁场模型的精度检查点，根据剩余测试点在所述矩形区域 内的矩谐坐标以及矩谐坐标系下的地磁场分量值，构建地磁场模型，并使用奇异值分解算 法对模型系数矩阵进行求解计算；
[0012] 通过地磁场模型的精度检查点对建立的地磁场模型的精度进行检查，判断地磁场 模型的精度是否符合要求，当精度符合要求时，地磁场模型构建完成。
[0013] 通过本发明提供的一种地磁场高精度建模方法，获取测试点的地磁场异常值，选 取研宄区域周边预设范围的测试点参与地磁场模型的构建，确定矩形区域，将测试点的地 理坐标转换为矩形区域内的矩谐坐标，将地理坐标系下所述测试点的地磁场分量值转换为 所述矩形区域内的矩谐坐标系下的地磁场分量值，建立地磁场模型，对地磁场模型的精度 进行验证，当精度符合要求时，地磁场模型构建完成。有效减小了地磁场模型的边界效应， 使用奇异值分解对地磁场模型的系数矩阵进行求解，减小了运算量，使得地磁场模型的构 建更加精确和快速。
【附图说明】
[0014] 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性的前提下，还可根据这些附图获 得其他的附图。
[0015] 图1为本发明实施例提供的一种地磁场高精度建模方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0017] 如图1为本发明实施例提供的一种地磁场高精度建模方法的流程图，包括：
[0018] 步骤101、获取测试点的地磁场异常值；
[0019] 其中，主地磁场在地表处约为3万纳特-7万纳特，占地磁场的95%左右，地磁异常 场只占地磁场的5%左右，因此，需要获取测试点的地磁场测试值，并计算所述测试点的地 磁场值，将所述地磁场测试值与所述地磁场值做差，以获取所述测试点的地磁场异常值。
[0020] 利用IGRF(国际地磁参考场）模型，来获得测点的主地磁场值，并取n〈14的低阶 项来描述地球的主磁场，计算公式为
【主权项】
1. 一种地磁场高精度建模方法，其特征在于，包括： 获取测试点的地磁场测试值，并计算所述测试点的地磁场值，将所述地磁场测试值与 所述地磁场值做差，以获取所述测试点的地磁场异常值； 根据所述测试点的分布情况和有限元法中的三角剖分方法，选取研宄区域周边预设范 围的测试点参与地磁场模型的构建，计算研宄区域周边预设范围的测试点的地磁场值，确 定矩形区域的大小、矩形坐标的原点以及地磁场模型的截止阶数； 将所述测试点的地理坐标转换为所述矩形区域内的矩谐坐标； 将地理坐标系下所述测试点的地磁场分量值转换为所述矩形区域内的矩谐坐标系下 的地磁场分量值； 选取部分测试点作为地磁场模型的精度检查点，根据剩余测试点在所述矩形区域内的 矩谐坐标以及矩谐坐标系下的地磁场分量值，构建地磁场模型，并使用奇异值分解算法对 模型系数矩阵进行求解计算； 通过地磁场模型的精度检查点对建立的地磁场模型的精度进行检查，判断地磁场模型 的精度是否符合要求，当精度符合要求时，地磁场模型构建完成。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当精度符合要求时，调整相应参数，根据 所述测试点的分布情况和有限元法中的三角剖分方法，选取研宄区域周边预设范围的测试 点重新参与地磁场模型的构建，所述相应参数包括研宄区域周边的预设范围的大小、三角 剖分的疏密程度、地磁场模型的截止阶数。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取测试点的地磁场测试值，并计算 所述测试点的地磁场值，将所述地磁场测试值与所述地磁场值做差，以获取所述测试点的 地磁场异常值，包括： 获取测试点的地磁场三分量的测试值； 利用IGRF国际地磁参考场模型和所述测试点的地理坐标，计算所述测试点的地磁场 的三分量值，其中，所述IGRF模型取小于14的低阶项； 将地磁场三分量的测试值与地磁场的三分量值做差，以获取所述测试点的地磁场三分 量的异常值。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述测试点的分布情况和有限 元法中的三角剖分方法，选取研宄区域周边预设范围的测试点参与地磁场模型的构建，包 括： 根据研宄区域整体面积及平均点距，确定研宄区域周边的所述预设范围； 根据有限元法中的三角剖分方法，选取所述预设范围内的测试点参与地磁场模型的构 建。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据剩余测试点在所述矩形区域内 的矩谐坐标以及矩谐坐标系下的地磁场分量值，构建地磁场模型，并使用奇异值分解算法 对模型系数矩阵进行求解计算，包括： 根据矩谐坐标系下的拉普拉斯方I
〇，获得地磁场模型的构建公式 的矩阵形式为
其中，其中，d为地磁场测试值，A为系数矩阵，M为地磁场模型矩阵； 使用奇异值分解算法对模型系数矩阵A进行求解。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过地磁场模型的精度检查点对建立的 地磁场模型的精度进行检查，判断地磁场模型的精度是否符合要求，包括： 将地磁场模型的精度检查点的矩谐坐标带入到地磁场模型中，计算出地磁场模型的精 度检查点的磁场各分量场值d' ； 计算地磁场模型的精度检查点的磁场各分量场值d'与检查点的实测磁场各分量值d的方差； 判断所述方差是否小于预设误差阈值。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述测试点的地理坐标转换为所 述矩形区域内的矩谐坐标，包括： 将所述测试点的地理坐标通过公式转换为所述矩形区域内的矩谐坐标，其中，地理坐 标包括余炜9和经度A，矩谐坐I
9。，入〇分别为矩形坐标的原点的地理坐标系的余炜和经度，L为地球半径。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将地理坐标系下所述测试点的地磁 场分量值转换为所述矩形区域内的矩谐坐标系下的地磁场分量值，包括： 将所述测试点的地理坐标系下所述测试点的地磁场分量值通过公式转换为所述矩 形区域内的矩谐坐标系下的地磁场分量值，所述测试点的地磁场分量值为Bx、By、Bz， 矩谐坐标系下的地磁场分量值Bx' = -X'cos0QcosAQ-Y'cos0QsinAQ+Z^in0。，By' =-X，sin入。+Y，cos入。，Bz，= -X，sin9Ocos入。_Y，sin9 〇sin入。-Z'cos9。，其中，X， =_BxcosQcos入 _Bysin入 _BzsinQcos入，Y' = _BxcosQsin入 +Bycos入 _BzsinQsin入，Z' =BxsinQ-Bzcos9，0。，A。分别为矩形坐标的原点的地理坐标系的余炜和经度。
【专利摘要】本发明涉及地磁场建模领域，公开了一种地磁场高精度建模方法，通过获取测试点的地磁场异常值，选取研究区域周边预设范围的测试点参与地磁场模型的构建，确定矩形区域，将测试点的地理坐标转换为矩形区域内的矩谐坐标，将地理坐标系下所述测试点的地磁场分量值转换为所述矩形区域内的矩谐坐标系下的地磁场分量值，建立地磁场模型，对地磁场模型的精度进行验证，当精度符合要求时，地磁场模型构建完成。有效减小了地磁场模型的边界效应，使用奇异值分解对地磁场模型的系数矩阵进行求解，减小了运算量，使得地磁场模型的构建更加精确和快速。
【IPC分类】G01V3-38
【公开号】CN104808249
【申请号】CN201510212811
【发明人】范荣双, 王继周, 张巍, 陈丽, 房慎冲, 吴朋朋
【申请人】中测高科（北京）测绘工程技术有限责任公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月29日