CN106556877B - 一种地磁通化方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种地磁通化方法及装置，该方法包括：获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，根据每一参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，得到每一参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息，并根据每一参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息，得到每一参考地磁台站的权重值，进而根据多个参考地磁台站的权重值和多个参考地磁台站的观测数据，确定待测点的观测数据。本发明实施例中充分考虑了不同参考地磁台站的位置信息对通化精度的影响，且位置差信息参与权重值得确定能够更好地反应不同参考地磁台站的差异性，从而明显提高地磁日变数据的通化精度。

Description

一种地磁通化方法及装置

技术领域

本发明涉及地磁数据处理技术领域，尤其涉及一种地磁通化方法及装置。

背景技术

地球磁场主要由主磁场、岩石圈磁场、变化磁场和感应磁场组成，在利用地磁台站的地磁观测资料分析地磁场主磁场的空间分布，或是分析岩石圈磁场变化异常时，都需要去除变化磁场和感应磁场所产生的影响，日变化磁场中外源场占主要比重，外源场主要起源于地球外部，该场的变化与太阳活动有着紧密的关联，外源场变化主要表现为短期变化，其变化的程度是有限的，且地球变化磁场具有一定的混沌特性。

由于当前的地磁台站还不能做到高密度均匀覆盖，在一定区域内，可利用区域地磁模型进行地磁观测量的计算，也可对多台站数据进行通化计算。目前，在空间距离上的通化精度不能满足通化误差的要求，所以在一定范围内选择已有观测数据的地磁台站作为参考站，利用参考站的观测数据进行通化处理，通常的通化方法有二位多项式最小二乘法、曲线拟合等方法，还有学者采用加权平均法和反距离加权插值法进行地磁数据处理。

地磁日变通化是通过已知的观测资料获取待测点的地磁日变值，由于地磁台站数量较少，并且稀疏不一，利用地磁日变通化计算可以得到无台站区域的观测资料。由于地磁通化计算易受到多种因素的影响，例如，待测点所处的地质环境、地磁指数等，而现有的地磁通化方法多采用距离加权法进行计算，该种方法仅考虑了距离因素，从而会导致地磁日变数据的通化精度较低的问题。

综上，目前亟需一种有效的地磁通化方法，用于提高地磁日变数据的通化精度。

发明内容

本发明实施例提供一种地磁通化方法及装置，用以提高地磁日变数据的通化精度。

本发明实施例提供的一种地磁通化方法，包括：

获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息；

针对所述多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据所述每一参考地磁台站的位置信息和所述待测点的位置信息，得到所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息；根据所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息，得到所述每一参考地磁台站的权重值；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据。

可选地，根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据，包括：

对所述多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到所述多个参考地磁台站的有效观测数据；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据。

可选地，获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息之前，还包括：

确定地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息；

将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站。

可选地，通过如下公式确定第i参考地磁台站的权重值，所述第i参考地磁台站为所述多个参考地磁台站中的任一个：

其中，p_i为所述第i参考地磁台站的权重值，d_i为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息，(Δx_i，Δy_i)为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的位置差信息，k为系数。

本发明实施例提供一种地磁通化装置，包括：

获取模块，用于获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息；

确定权重模块，用于针对所述多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据所述每一参考地磁台站的位置信息和所述待测点的位置信息，得到所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息；根据所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息，得到所述每一参考地磁台站的权重值；

处理模块，用于根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据。

可选地，所述处理模块具体用于：

对所述多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到所述多个参考地磁台站的有效观测数据；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据。

可选地，所述获取模块在获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息之前，还用于：

确定地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息；

将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站。

可选地，所述确定权重模块通过如下公式确定第i参考地磁台站的权重值，所述第i参考地磁台站为所述多个参考地磁台站中的任一个：

其中，p_i为所述第i参考地磁台站的权重值，d_i为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息，(Δx_i，Δy_i)为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的位置差信息，k为系数。

本发明的上述实施例中，获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，针对多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据每一参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，得到每一参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息，并根据每一参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息，得到每一参考地磁台站的权重值，进而根据多个参考地磁台站的权重值和多个参考地磁台站的观测数据，确定待测点的观测数据。本发明实施例中，由于每一参考地磁台站的权重值是根据参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息得到的，因此，待测点的观测数据的计算充分考虑了不同参考地磁台站的位置信息对通化精度的影响，且位置差信息参与权重值得确定能够更好地反应不同参考地磁台站的差异性，从而明显提高地磁日变数据的通化精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种地磁通化方法所对应的流程示意图；

图2为本发明实施例中示意的一个地磁通化区域示意图；

图3为本发明实施例中k的具体取值示意图；

图4为本发明实施例中的地磁通化方法的整体流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种地磁通化装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例基于现有地球物理场观测数据较少而提出一种通过已知点估算未知点观测值的通化方法，解决了传统方法中估算精度较低的问题，由于地磁台站在不同的经纬度上对日变数据差异影响不相同，传统地磁通化方法未考虑经纬度差异，导致了地磁日变数据通化精度较低。基于此，本发明提出了一种基于方向距离定权法的地磁通化方法。

图1为本发明实施例提供的一种地磁通化方法所对应的流程示意图。如图1所示，该方法包括：

步骤101，获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息；

步骤102，针对所述多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据所述每一参考地磁台站的位置信息和所述待测点的位置信息，得到所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息；根据所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息，得到所述每一参考地磁台站的权重值；

步骤103，根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据。

本发明实施例中，由于每一参考地磁台站的权重值是根据参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息得到的，因此，待测点的观测数据的计算充分考虑了不同参考地磁台站的位置信息对通化精度的影响，且位置差信息参与权重值得确定能够更好地反应不同参考地磁台站的差异性，从而明显提高地磁日变数据的通化精度。

具体来说，在步骤101之前，还包括：确定地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息；将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站。其中，地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息可以根据各个地磁台站的位置信息和待测点的位置信息来确定。地磁台站与待测点之间的距离信息符合预设条件可以是指地磁台站与待测点之间的距离信息小于等于距离阈值，距离阈值可由本领域技术人员根据经验设置，例如，可以为500km。

需要说明的是，本发明实施例中，也可以是：获取地磁通化区域内各个地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，根据各个地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，确定各个地磁台站的位置信息与待测点之间的距离信息和位置差信息，并将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站，后续根据每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息，得到每一参考地磁台站的权重值。

本发明实施例中，地磁台站的位置信息可以为经纬度信息，同样地，待测点的位置信息也可以为经纬度信息。本发明实施例中的待测点可以为多个，若待测点为多个，则地磁台站与待测点之间的距离信息可以为地磁台站与待测点间距离总和的平均值。

图2为本发明实施例中示意的一个地磁通化区域示意图。如图2所示，该地磁通化区域内包括地磁台站BDV、地磁台站NCK、地磁台站HRB、地磁台站THY、地磁台站NGK、地磁台站BEL、地磁台站FUR。如表1所示，为图1中提供的地磁通化区域内地磁台站的相关信息示意表。

表1：地磁通化区域内地磁台站的相关信息示意表

如表1所示，地磁台站NGK与待测点之间的距离为533.98km，地磁台站BEL与待测点之间的距离为592.23km，大于距离阈值(500km)，因此，地磁台站NGK和地磁台站BEL不能作为参考地磁台站，根据表1确定出的参考地磁台站包括地磁台站BDV、地磁台站NCK、地磁台站HRB、地磁台站THY、地磁台站FUR。

步骤102中，可通过如下公式确定第i参考地磁台站的权重值：

其中，p_i为所述第i参考地磁台站的权重值，d_i为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息，(Δx_i，Δy_i)为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的位置差信息，k为系数。本发明实施例中，k的具体取值可参见图3所示。

步骤103中，考虑到观测数据可能存在误差，本发明实施例中可对多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到多个参考地磁台站的有效观测数据；并根据多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据。通过对地磁台站的观测数据进行粗差剔除，可以获得平稳的观测数据，有利于获得高精度的观测数据。

由上述内容可知，本发明实施例中的地磁通化方法为基于方向距离的地磁通化方法。其中，方向距离指的是多个测点之间的经纬度以及高程的差异，要求测点间的地理距离小于500km。测点间的距离计算采用WGS84坐标系下的BLH转换为XYZ，进行地理距离的计算。其中，测点位置的选取，选择在设定的通化区域内，对磁场总强度分量F、水平分量H、磁偏角D、磁倾角I分量进行通化计算，结果精度评价利用均方误差描述。

图4为本发明实施例中的地磁通化方法的整体流程示意图，下面结合图4对本发明实施例中的地磁通化方法进行具体说明。如图4所示，该方法包括：

步骤401，获取多个参考地磁台站的位置信息；

步骤402，获取待测点的位置信息；

步骤403，计算参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置信息；

步骤404，计算参考地磁台站的权重值；

步骤405，对多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到多个参考地磁台站的有效观测数据；具体来说，可将多个参考地磁台站的观测数据进行权重累加；参考地磁台站为与待测点之间的距离信息小于等于距离阈值(500km)的地磁台站。

步骤406，根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据；

步骤407，输出待测点的观测数据。

通过上述过程，本发明实施例实现了位置差异对通化精度的影响考虑，按照算法的处理流程，利用位置差异越大，不同点地磁日变差值越大这一原则，将位置差异参与通化计算，经过纬度差修正的权值参与通化计算，最终完成各种待测点观测数据的估算。该算法的时间复杂度较低，消耗的空间内存与所处理的数据量大小相关，解决了单独考虑距离通化精度较低的问题，为高精度区域地磁模型的构建提供了基础源数据。

此外，本申请发明人利用世界数据中心WDC台站网欧洲区域七个台站的观测数据对本发明实施例的方法进行验证，对本发明实施例提出的通化方法的精度进行了仿真分析，分别计算了不同位置台站的通化结果与实测结果的数学统计参数，最后对地磁通化区域内所有台站主要地磁要素(磁场总强度分量F、水平分量H、磁偏角D、磁倾角I分量)的通化精度进行误差分析，算法的仿真结果表明基于方向距离定权法可有效的改善地磁日变数据的通化精度，在500km通化区域内，F分量与水平分量H的最优通化精度提高了可达到1nT以内，相比传统的方法提高了约1个nT。

针对上述方法流程，本发明实施例还提供一种地磁通化装置，该装置的具体内容可以参照上述方法实施。

基于相同构思，图5为本发明实施例提供的一种地磁通化装置的结构示意图，用于执行以上方法，所述装置包括获取模块501、确定权重模块502和处理模块503：

所述获取模块501，用于获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息；

所述确定权重模块502，用于针对所述多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据所述每一参考地磁台站的位置信息和所述待测点的位置信息，得到所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息；根据所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息，得到所述每一参考地磁台站的权重值；

所述处理模块503，用于根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据。

可选地，所述处理模块503具体用于：

对所述多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到所述多个参考地磁台站的有效观测数据；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据。

可选地，所述获取模块501在获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息之前，还用于：

确定地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息；

将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站。

可选地，所述确定权重模块502通过如下公式确定第i参考地磁台站的权重值，所述第i参考地磁台站为所述多个参考地磁台站中的任一个：

其中，p_i为所述第i参考地磁台站的权重值，d_i为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息，(Δx_i，Δy_i)为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的位置差信息，k为系数。

从上述内容可以看出：本发明的上述实施例中，获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，针对多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据每一参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息，得到每一参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息，并根据每一参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息，得到每一参考地磁台站的权重值，进而根据多个参考地磁台站的权重值和多个参考地磁台站的观测数据，确定待测点的观测数据。本发明实施例中，由于每一参考地磁台站的权重值是根据参考地磁台站与待测点之间的距离信息和位置差信息得到的，因此，待测点的观测数据的计算充分考虑了不同参考地磁台站的位置信息对通化精度的影响，且位置差信息参与权重值得确定能够更好地反应不同参考地磁台站的差异性，从而明显提高地磁日变数据的通化精度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种地磁通化方法，其特征在于，所述方法包括：

确定地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息；

将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站；

获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息；

针对所述多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据所述每一参考地磁台站的位置信息和所述待测点的位置信息，得到所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息；根据所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息双方，得到所述每一参考地磁台站的权重值，若用第i参考地磁台站来表示所述多个参考地磁台站中的任一个，则通过如下公式确定第i参考地磁台站的权重值：

其中，p_i为所述第i参考地磁台站的权重值，d_i为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息，(Δx_i，Δy_i)为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的位置差信息，k为系数；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据，包括：

对所述多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到所述多个参考地磁台站的有效观测数据；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据。

3.一种地磁通化装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于确定地磁通化区域内各个地磁台站与待测点之间的距离信息，将与待测点之间的距离信息符合预设条件的地磁台站确定为参考地磁台站，获取地磁通化区域内多个参考地磁台站的位置信息和待测点的位置信息；

确定权重模块，用于针对所述多个参考地磁台站中的每一参考地磁台站，根据所述每一参考地磁台站的位置信息和所述待测点的位置信息，得到所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息；根据所述每一参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息和位置差信息双方，得到所述每一参考地磁台站的权重值，若用第i参考地磁台站表示所述多个参考地磁台站中的任一个，则所述确定权重模块通过如下公式确定第i参考地磁台站的权重值：

其中，p_i为所述第i参考地磁台站的权重值，d_i为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的距离信息，(Δx_i，Δy_i)为所述第i参考地磁台站与所述待测点之间的位置差信息，k为系数；

处理模块，用于根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的观测数据，确定所述待测点的观测数据。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述处理模块具体用于：

对所述多个参考地磁台站的观测数据进行粗差剔除，并利用拉格朗日插值进行填充，得到所述多个参考地磁台站的有效观测数据；

根据所述多个参考地磁台站的权重值和所述多个参考地磁台站的有效观测数据，确定所述待测点的观测数据。