一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法及系统与流程

本发明涉及地磁测量领域，特别是涉及一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法及系统。

背景技术

地球磁场是由地球内部的磁性岩石以及分布在地球内部和外部的电流体系所产生的各种磁场成分叠加而成的三维矢量物理场，是空间位置和时间的函数。由于磁场起源不同，各种磁场成分的空间分布和时间变化规律也大不相同。按照场源位置划分，地磁场可以分为内源场和外源场两大部分。

内源场起源于地表以下的磁性物质和电流，包括地核场和地壳场。地核场又称主磁场，是由地核磁流体发电机过程产生的。地壳场又叫局部异常场，是由地核磁性岩石产生的，主磁场和局部异常场变化缓慢，有时又合成为稳定磁场，年变化率在0.1％以下。内源场中还应包括外部变化磁场在地球内部的感应场，与稳定磁场不同的是，感应场变化较快。

外源场起源于地表以上的空间电流体系，主要分布在电离层、磁层和行星际空间。由于这些电流体系及其磁场的时间变化特点，一般可以把变化磁场分为平静变化磁场和扰动磁场。外源场的变化比较复杂，有太阳日变化、太阳月变化、27天变化、季节变化和不规则的磁暴变化等。

地面台站观测的地球磁场成份主要包含了主磁场、岩石圈磁场、变化磁场和感应磁场，用地面台站地磁观测资料研究地磁场主磁场的空间分布特征或者是研究岩石圈磁场变化捕捉地震地磁异常时，需要消除变化磁场和感应磁场成份。地磁场变化受多种因素影响，在地磁导航，地磁匹配以及地震预报领域有着广泛应用，所以获取精确的地磁场日变化就显得尤为重要，而全球台站分布是不均匀且稀少的，利用已知台站估算待测点的日变数据，即地磁数据通化处理。

在现有地磁台站测量数据通化处理的定权方法中，一般使用的是反距离定权方法。反距离定权方法的基本原理是以待求点为中心，确定一定搜索半径内所有已知地磁台站的个数，计算每个台站到待求点的距离，以该距离的倒数或距离平方的倒数为权值，计算待求点的值并作为其观测值。

采用这种方法的优点是计算速度较快，计算结果与待求点实际测量数据的相关性较高，在短距离地磁台站测量数据通化处理中具有良好的效果。但是采用这种方法存在很大的缺点:地磁测量数据在纬度方向上的变化要大于经度方向，因此，仅依靠地磁台站之间的距离来定权，不考虑地磁台站测量数据纬度方向上的分量差在定权中的影响，与地磁场的时空变化特性匹配性较弱，因此在远距离地磁台站测量数据通化处理中精度较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法及系统，反映了待求点实际日变数据的基本物理属性，且提高了远距离地磁台站测量数据通化处理中的精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法，所述方法包括：

获取已知台站和待求点的经纬度；

根据所述台站的经纬度和所述待求点的经纬度，计算已知所述台站和所述待求点的纬度差和距离；

根据所述纬度差和所述距离，确定权值；

将所述权值代入通化处理观测方程，确定日变化数值。

可选的，所述根据所述台站的经纬度和所述待求点的经纬度，计算已知所述台站和所述待求点的纬度差和距离，具体包括：

设所述台站的经纬度(xa、ya)，所述待求点的经纬度为(xb、yb)，通过公式x＝xb-xa计算已知所述台站和所述待求点的纬度差；

通过公式计算已知所述台站和所述待求点的距离dab。

可选的，所述已知台站为所述待求点在设定搜索半径内的台站，数量为n个。

可选的，所述根据所述纬度差和所述距离，确定权值，具体包括：

将所述纬度差δlati和所述距离代入公式确定权值pi；

其中，δlati为待测点与第i个台站的纬度差，δlati>2，u表示每个站点到待求点距离的指数，为任意正的实数，为第i个站点到待求点的距离。

可选的，所述将所述权值代入通化处理观测方程，确定日变化数值，具体包括：

将所述权值pi代入通化处理观测方程确定日变化数值w；

其中，di为n个已知台站日变数据为di，i＝1,2,…,n，pi为每个已知台站到待测点的权值为pi，w为待求点日变化数值。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定系统，所述系统包括：

获取模块，用于获取已知台站和待求点的经纬度；

计算模块，用于根据所述台站的经纬度和所述待求点的经纬度，计算已知所述台站和所述待求点的纬度差和距离；

权值确定模块，用于根据所述纬度差和所述距离，确定权值；

日变化数值确定模块，用于将所述权值代入通化处理观测方程，确定日变化数值。

可选的，所述计算模块，具体包括：

纬度差计算单元，用于当设所述台站的经纬度(xa、ya)，所述待求点的经纬度为(xb、yb)，通过公式x＝xb-xa计算已知所述台站和所述待求点的纬度差；

距离计算单元，用于通过公式计算已知所述台站和所述待求点的距离dab。

可选的，所述已知台站为所述待求点在设定搜索半径内的台站，数量为n个。

可选的，所述权值确定模块，具体包括：

权值确定单元，用于将所述纬度差δlati和所述距离代入公式确定权值pi；

其中，δlati为待测点与第i个台站的纬度差，δlati>2，u表示每个站点到待求点距离的指数，为任意正的实数，为第i个站点到待求点的距离。

可选的，所述日变化数值确定模块，具体包括：

日变化数值确定单元，用于将所述权值pi代入通化处理观测方程确定日变化数值w；

其中，di为n个已知台站日变数据为di，i＝1,2,…,n，pi为每个已知台站到待测点的权值为pi，w为待求点日变化数值。

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：本发明提供一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法。所述方法包括：获取已知台站和待求点的经纬度；根据所述台站的经纬度和所述待求点的经纬度，计算已知所述台站和所述待求点的纬度差和距离；根据所述纬度差和所述距离，确定权值；将所述权值代入通化处理观测方程，确定日变化数值。本发明的通化结果考虑了地磁场空间变化特性，在距离定权的基础上增加了地磁台站测量数据纬度差在权值中的影响，受已知台站和待求点之间的距离影响较小，通化精度较高。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例地磁台站测量数据通化处理系统组成图；

图2为本发明实施例基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法流程图；

图3为本发明实施例基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定系统结构图。

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

利用待求点周围一定搜索半径内地磁台站的测量数据，顾及纬度差和距离，为地磁台站测量数据通化处理来定权，进而内插获得该点的地磁日变数据，并将该数据作下一步的应用。地磁台站配套设备有用于地磁相对观测的didd矢量磁力仪、用于地磁绝对观测的overhouser绝对磁力仪等观测设备、用于测量数据传输的通信系统以及设备供电系统等。系统组成如图1所示。

在地磁台站测量数据通化处理中，若干个台站的观测数据根据某一规则确定权值，并按照不同的权重求和计算平均值。假设有n个已知台站日变数据为di(i＝1,2,…,n)，每个台站到待测点的权值为pi，待求点日变数值为w，则有

这种方法的关键是如何确定各台站的权。通常的做法是取计算点到各台站的距离的倒数作为权值。设每个台站到待求点的距离为di(i＝1,2,…,n)，则以距离u次方的倒数为权值的计算公式为：

其中u表示每个站点到待求点距离的指数，为任意正的实数；如果di<10km，pi取1，该定权方法为传统的地磁数据通化定权方法。

但通过地磁场空间变化特性的分析可知，地磁场在纬度方向上的空间变化要明显大于在经度方向上的变化。因此，我们提出了一种顾及纬差和距离的地磁台站测量数据通化处理的双因子定权方法。

顾及纬差和距离的地磁台站测量数据通化处理的双因子定权方法是在距离定权的基础上增加了纬度差在权中的影响。依据地磁场时空变化特性，地磁台站在纬度方向上差值越大，日变数据差异越大，权重越小。计算公式为

其中如果di<10km，pi取1。δlati为待测点与第i个台站的纬度差，δlati>2。

图2为本发明实施例基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法流程图。如图2所示，一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定方法，所述方法包括：

步骤101：获取已知台站和待求点的经纬度，所述已知台站为所述待求点在设定搜索半径内的台站，数量为n个。

步骤102：根据所述台站的经纬度和所述待求点的经纬度，计算已知所述台站和所述待求点的纬度差和距离；具体包括：

设所述台站的经纬度(xa、ya)，所述待求点的经纬度为(xb、yb)，通过公式x＝xb-xa计算已知所述台站和所述待求点的纬度差；

通过公式计算已知所述台站和所述待求点的距离dab。

步骤103：根据所述纬度差和所述距离，确定权值，具体包括：

将所述纬度差δlati和所述距离代入公式确定权值pi；

其中，δlati为待测点与第i个台站的纬度差，δlati>2，u表示每个站点到待求点距离的指数，为任意正的实数，为第i个站点到待求点的距离。

步骤104：将所述权值代入通化处理观测方程，确定日变化数值，具体包括：

将所述权值pi代入通化处理观测方程确定日变化数值w；

其中，di为n个已知台站日变数据为di，i＝1,2,…,n，pi为每个已知台站到待测点的权值为pi，w为待求点日变化数值。

本发明提供了一种顾及纬差和距离的地磁台站测量数据通化处理的双因子定权方法，即在距离定权的基础上增加了地磁台站测量数据纬度方向分量差在权值中的影响，进而内插获得待求点的日变数据，且内插结果精度较高，与该地区日变数据的实际物理属性吻合度也很好。该发明解决了传统地磁台站测量数据通化处理时依靠距离定权时存在的缺陷，不仅可以计算获得沙漠、沼泽、冰川、原始森林、陆海交界等一些难以开展地面磁力测量区域的地磁日变数据，也可以为全球热点和关键地区的地磁导航、地磁匹配、地震预报、矿产调查等领域提供可靠的地磁基础数据支撑。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

通化结果考虑了地磁场空间变化特性，在距离定权的基础上增加了地磁台站测量数据纬度差在权值中的影响，受已知台站和待求点之间的距离影响较小，通化精度较高；

计算结果与待求点实际地磁测量数据的相关性很高，基本反映了待求点实际地磁测量数据的基本物理属性。

图3为本发明实施例基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定系统结构图。如图3所示，一种基于纬度差和距离的地磁日变化数值确定系统，所述系统包括：

获取模块201，用于获取已知台站和待求点的经纬度；

计算模块202，用于根据所述台站的经纬度和所述待求点的经纬度，计算已知所述台站和所述待求点的纬度差和距离；

权值确定模块203，用于根据所述纬度差和所述距离，确定权值；

日变化数值确定模块204，用于将所述权值代入通化处理观测方程，确定日变化数值。

所述计算模块202，具体包括：

纬度差计算单元，用于当设所述台站的经纬度(xa、ya)，所述待求点的经纬度为(xb、yb)，通过公式x＝xb-xa计算已知所述台站和所述待求点的纬度差；

距离计算单元，用于通过公式计算已知所述台站和所述待求点的距离dab。

所述已知台站为所述待求点在设定搜索半径内的台站，数量为n个。

所述权值确定模块203，具体包括：

权值确定单元，用于将所述纬度差δlati和所述距离代入公式确定权值pi；

其中，δlati为待测点与第i个台站的纬度差，δlati>2，u表示每个站点到待求点距离的指数，为任意正的实数，为第i个站点到待求点的距离。

所述日变化数值确定模块204，具体包括：

日变化数值确定单元，用于将所述权值pi代入通化处理观测方程确定日变化数值w；

其中，di为n个已知台站日变数据为di，i＝1,2,…,n，pi为每个已知台站到待测点的权值为pi，w为待求点日变化数值。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。