CN114740539A - 一种航空磁日变数据质量评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空磁测技术领域，具体涉及一种航空磁日变数据质量评估方法，包括以下步骤：获取航空磁日变数据及航空磁测测线时间属性信息；处理航空磁日变数据：时间为基准，计算航空磁日变数据三分钟变化率，构建三分钟变化率曲线；采用非线性滤波，通过计算得到航空磁日变数据测量噪声抖动度曲线；将三分钟变化率曲线和抖动度曲线进行可视化表达。本发明提供一种对航空磁日变数据进行质量评估的方法，通过计算航空磁日变数据的三分钟变化率和噪声抖动度曲线，对航空磁日变数据进行质量评估及可视化表达，通过该方法可以直观地判断发生磁暴时是否需要重飞，能够更加直观、丰富地表达航空磁日变数据质量信息，提高了航空磁测作业效率。

Description

一种航空磁日变数据质量评估方法

技术领域

本发明属于航空磁测技术领域，具体涉及一种航空磁日变数据质量评估方法。

背景技术

在进行航空磁测测量中，磁日变测量是航空物探磁测测量的重要辅助之一，其获取的数据是进行磁日变改正的基础，数据的质量直接关联着航空物探数据处理的精度，间接影响着航空物探解释成果的效果。因此，在航空磁测技术规范(DZ/T 0142-2010)中有明确的要求，在进行航空磁测时，必须建立日变观测站，航空磁日变观测的目的是获得飞行过程中的地磁场随时间变化数据，以便消除地磁场周日变化和短周期扰动等影响，从而提高航空磁测数据的处理精度。

在2000-2002年，依托国土资源大调查项目“WINDOWS***下航空物探数据处理软件***”由薛典军等人研发了AirProbe软件，其中包含了可视化磁日变数据编辑软件，可在飞行测量结束后对航空磁日变数据噪声进行数值统计。2012年在国土资源大调查项目“航空物探方法技术与数据处理解释***研究”支持下基于C#语言，采用插件技术，项目组改进升级了可视化磁日变数据编辑软件。近年来随着高精度航空磁测工作的开展、测量任务的精细化要求及无人值守工作模式的应用，对数据质量的要求更加严格。

目前国内外对磁日变数据质量评价方法的研究较少，航空磁日变数据质量的把控主要是通过地面测量人员对磁日变观测中即时输出的模拟纸卷进行判读和标记，过分依赖人工判别，且对数据质量缺少直观的表达方式。

发明内容

考虑到上述问题而提出了本发明的技术方案。本发明提供了一种航空磁日变数据质量评估方法，用于解决目前国内外对磁日变数据质量评价方法的研究较少，航空磁日变数据质量的把控主要是通过地面测量人员对磁日变观测中即时输出的模拟纸卷进行判读和标记，过分依赖人工判别，且对数据质量缺少直观的表达方式的问题。

本发明采用以下技术方案实现：

一种航空磁日变数据质量评估方法，包括以下步骤：

S100、获取航空磁日变数据及航空磁测测线时间属性信息；

S200、处理航空磁日变数据：

以时间为基准，计算航空磁日变数据三分钟变化率，构建三分钟变化率曲线；

计算航空磁日变数据曲线曲率的特征值，以特征值非线性迭代逼近航空磁日变数据曲线，拟合得到滤波后的异常曲线，将航空磁日变数据和滤波后的磁日变数据作差，得到测量噪声抖动度曲线；

S300、将三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线依照航空磁测测线时间属性信息进行可视化表达。

作为本发明进一步的方案，所述航空磁日变数据为磁日变观测站在测线飞行时即时输出的航空磁日变观观测数据。

作为本发明进一步的方案，磁日变数据三分钟变化率的计算方法为：

以时间为基准，以时间M为计算点，利用变化率计算模型进行计算，所述变化率计算模型为：

d_M＝M_Max-M_Min

M_Max＝[M_i-1.5，M_i+1.5]

M_Min＝[M_i-1.5，M_i+1.5]

其中：M_i为时刻i的磁测值，M_Max、M_Min表示当前计算点M在3分钟时间范围内的磁测最大值和最小值，d_M为3分钟内磁测值幅值变化。

作为本发明进一步的方案，所述三分钟变化率曲线的构建方法为：

以时间作为坐标系的横坐标，以磁测值幅值变化d_M作为坐标系的纵坐标构建磁日变数据三分钟变化率曲线。

作为本发明进一步的方案，所述测量噪声抖动度曲线的计算方法，包括以下步骤：

S210、给定滤波窗口宽度为WD，以滤波窗口宽度WD为间距对磁日变数据曲线取值，用下式计算特征值S：

S_i＝△T_i-0.5·(△T_i-1+△T_i+1)

其中：S_i表示第i点的特征值，△T_i表示第i点的磁测值；

S220、判断S_i·S_i+1＜0、S_i·S_i-1＜0是否同时满足，若满足，进行步骤S230，若不满足，进行步骤S240；

S230、计算趋势异常值，得到滤波后的磁日变数据曲线,该趋势异常值的计算公式如下：

TF_i＝△T_i-0.5·SK_i

其中：TF_i表示第i点的趋势异常值；

S240、以滤波窗口宽度WD为步长，向前移动滤波窗口，进行步骤S100；

S250、计算航空磁日变数据的测量噪声抖动度曲线，计算公式如下：

D_j＝△T_i-TF_i

其中：D_j表示第i点的测量噪声抖动度。

作为本发明进一步的方案，所述可视化表达的方法，包括以下步骤：

S310、获取三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线；

S320、对三分钟变化率曲线进行处理，处理方法为：

将测量噪声抖动度曲线的时间信息与航空磁测测线时间属性信息进行匹配，在三分钟变化率曲线上对时间重合段进行颜色填充，并对测线号进行标注；对三分钟变化率超过5nT部分进行标红；

S330、输出测量噪声抖动度曲线和经过处理的三分钟变化率曲线，形成信息质量报表。

一种执行所述的航空磁日变数据质量评估方法的***，所述***包括处理模块、存储模块及存储在存储模块上并可在处理模块上运行的计算机程序，其中：

存储模块，用于存储三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线；

处理模块，用于执行所述程序时实现上述航空磁日变数据质量评估方法的步骤。

本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：本发明提供一种对航空磁日变数据进行质量评估的方法，通过计算磁日变数据的三分钟变化率和测量噪声抖动度曲线，对磁日变数据进行质量评估，通过可视化方法可以直观地判断发生磁暴时是否需要重飞，能够更加直观、丰富地表达磁日变数据信息，提高了航空磁测作业效率，一定意义上节约了飞行成本，解决了生产中的实际问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1的航空磁日变数据质量评估方法的流程图。

图2为本发明实施例1中航空磁日变数据质量评估方法中磁日变曲线拟合前后示意图。

图3为本发明实施例1的航空磁日变数据质量评估方法可视化表达后三分钟变化率曲线图和测量噪声抖动度图。

图4为本发明实施例1的航空磁日变数据质量评估方法中测量噪声抖动度曲线的计算方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。

在进行航空磁测测量中，磁日变测量是航空物探磁测测量的重要辅助之一，其获取的数据是进行磁日变改正的基础，数据的质量直接关联着航空物探数据处理的精度，间接影响着航空物探解释成果的效果。因此，在航空磁测技术规范(DZ/T 0142-2010)中有明确的要求，在进行航空磁测时，必须建立日变观测站，航空磁日变观测的目的是获得飞行过程中的地磁场随时间变化数据，以便消除地磁场周日变化和短周期扰动等影响，从而提高航空磁测数据的处理精度。

目前国内外对磁日变数据质量评价方法的研究较少，航空磁日变数据质量的把控主要是通过地面测量人员对磁日变观测中即时输出的模拟纸卷进行判读和标记，过分依赖人工判别，且对数据质量缺少直观的表达方式。

基于此，请参阅图1，本申请实施例提供了一种航空磁日变数据质量评估方法，应用于航空磁日变数据的质量评价和可视化表达，包括以下步骤：

S100、获取航空磁日变数据及航空磁测测线时间属性信息；

S200、处理航空磁日变数据：

以时间为基准，计算航空磁日变数据三分钟变化率，构建三分钟变化率曲线；

计算航空磁日变数据曲线曲率的特征值，以特征值非线性迭代逼近航空磁日变数据曲线，得到滤波后的磁日变数据，将航空磁日变数据和滤波后的磁日变数据作差，得到测量噪声抖动度曲线；

S300、将三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线依照航空磁测测线时间属性信息进行可视化表达。

在进行航空磁测测量中，磁日变测量是航空物探磁测测量的重要辅助之一，其获取的数据是进行磁日变改正的基础，数据的质量直接关联着航空物探数据处理的精度，间接影响着航空物探解释成果的效果，在进行航空磁测时，必须建立日变观测站，航空磁日变观测的目的是获得飞行过程中的地磁场随时间变化数据，在本发明实施例的步骤S100中，航空磁日变数据曲线的获取方式为磁日变观测站磁力仪即时输出的航空磁日变观观测数据。

在本发明步骤S200中，磁日变数据三分钟变化率的计算方法为：

以时间为基准，以时间M为计算点，利用变化率计算模型进行计算，所述变化率计算模型为：

d_M＝M_Max-M_Min

M_Max＝[M_i-1.5，M_i+1.5]

M_Min＝[M_i-1.5，M_i+1.5]

其中：M_i为时刻i的磁测值，M_Max、M_Min表示当前计算点M在3分钟时间范围内的磁测最大值和最小值，d_M为3分钟内磁测值幅值变化；

需要说明的是，本发明实施例中，以时刻0作为起始点，也即i≥0，当0≤i≤1.5时，M_i-1.5表示时刻0的磁测值，也即M_i-1.5＝M₀，当i＞1.5时，M_i-1.5表示时刻(i-1.5)时的磁测值；

还有，如图4所示，在步骤S200中，所述三分钟变化率曲线的构建方法为：

以时间T作为坐标系的横坐标，以磁测值幅值变化d_M作为坐标系的纵坐标构建磁日变数据三分钟变化率曲线，如图3所示。

如图4所示，在本发明实施例步骤S200中，所述测量噪声抖动度曲线的计算方法，包括以下步骤：

S210、给定滤波窗口宽度为WD，以滤波窗口宽度WD为间距对磁日变数据曲线取值，用下式计算特征值S：

S_i＝△T_i-0.5·(△T_i-1+△T_i+1)

其中：S_i表示第i点的特征值，△T_i表示第i点的磁测值；

S220、判断S_i·S_i+1＜0、S_i·S_i-1＜0是否同时满足，若满足，进行步骤S230，若不满足，进行步骤S240；

S230、计算趋势异常值，得到滤波后的磁日变数据曲线,该趋势异常值的计算公式如下：

TF_i＝△T_i-0.5·SK_i

其中：TF_i表示第i点的趋势异常值；

S240、以滤波窗口宽度WD为步长，向前移动滤波窗口,进行步骤S100；

S250、计算航空磁日变数据的测量噪声抖动度曲线，计算公式如下：

D_j＝△T_i-TF_i

其中：D_j表示第i点的测量噪声抖动度。

可以理解的是，步骤S220中，S_i+1和S_i-1表示距离i点一个滤波窗口宽度的点，那么S_i+1和S_i-1相距两个滤波窗口宽度，当点i，点i+1和点i-1的S值符号正负交替时，表示这三点的曲线弯曲方向相同，拥有同一个区域异常，此作为存在局部异常的依据，也即，在该区域内具有噪声干扰，需要进行滤波处理。

还有，所述滤波窗口宽度WD一般为异常曲线的半极值间的距离，该异常曲线在本发明实施例中为航空磁日变数据曲线。

请再次参阅图2，作为本发明实施例的一个具体应用，图2中，以点K作为计算中心，选取距点K一个窗口宽度WD的K_M1和K_P1，计算点K、K_M1和K_P1的特征值为：

SK₁＝△T(K_M1)-0.5·(△T(K_M2)+△T(K))

SK₂＝△T(K)-0.5·(△T(K_M1)+△T(K_P1))

SK₃＝△T(K_P1)-0.5·(△T(K)+△T(K_P2))

假设SK_l、SK₂、SK₃同时满足条件SK₃·SK₂＜0、SK₂·SK₁＜0，计算K_Ml、K、K_Pl三点趋势异常值：

TF(K_M1)＝△T(K_M1)-0.5·SK₁

TF(K)＝△T(K)-0.5·SK₂

TF(K_P1)＝△T(K_P1)-0.5·SK₂

计算完成后，以滤波窗口宽度WD为步长，向前移动滤波窗口，重复上述步骤，若SK_l、SK₂、SK₃不同时满足条件SK₃·SK₂＜0、SK₂·SK₁＜0，无需进行计算，直接重复上述步骤，知道整条曲线计算完成为止，K_Ml、K、K_Pl三点的异常特征值同时满足SK₃·SK₂＜0、SK₂·SK₁＜0表示曲线在SK_l、SK₂、SK₃区域内弯曲方向相同，拥有同一个区域异常，也就是说，该区域内具有噪声干扰，需要进行滤波处理。

在本发明实施例中，步骤S300可视化表达的方法包括以下步骤：

S310、获取三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线；

S320、对三分钟变化率曲线进行处理，处理方法为：

将测量噪声抖动度曲线的时间信息与航空磁测测线时间属性信息进行匹配，在三分钟变化率曲线上对时间重合段进行颜色填充，并对测线号进行标注；对三分钟变化率超过5nT部分进行标红；

S330、输出测量噪声抖动度曲线和经过处理的三分钟变化率曲线，形成信息质量报表。

请结合图3，在本发明实施例中，需要说明的是，为了使附图3符合申请文件的附图要求，图3中对时间重合度段进行颜色填充时采用灰色进行填充，在实际应用中可以采用其他颜色进行填充，以使时间重合段凸出显示，图3中的时间重合段为13:00-16:00，标注后的测线号包括有11695、11715、11705、11725、11735以及11745，其中，三分钟变化率超过5nT的测线号为11695和11735，由于申请文件的曲线图只能采用黑色，因此附图3无法采用标红的方式进行显示，但实际应用中，三分钟变化率超过5nT的曲线部分是标红显示的；

还有，航空磁日变数据三分钟变化率超过5nT往往是由航空磁测中发生磁暴时引起的，从而导致数据质量不满足航磁测量规范要求，磁暴通常全球持续十几个小时，只要其对最终航磁测量结果无影响，则可以不考虑磁暴的发生，从图3中可以看出，3分钟变化率曲线出现4处超过5nT，符合磁暴的数据特征，考虑该架次数据测量的过程中发生了磁暴，测线部分进行了区域填充。

另外，在航空磁测过程中，整个架次飞行包括航路飞行和测线飞行，航路飞行为一般测区范围外的非有效飞行，测线飞行则是用来指严格按照规划测线开展的有效飞行，最终的测量结果以测线飞行为准，因此，本发明实施例中，所述航空磁日变数据为磁力仪在测线飞行时即时输出的航空磁日变观观测数据，请再次参阅图3，图3中的4处磁暴仅有2处发生在测线上，因此仅需对测线11695和11735进行重新测量；

通过上述应用说明：当发生磁暴时，非必须重新飞行，应先判断磁暴是否造成航空磁日变数据三分钟变化率超过5nT，且三分钟变化率超标的时间段是否与测线重合，再通过判断三分钟变化率超标发生位置、频率，综合飞行成本等多方因素进行考虑，决定是否重新飞行。

本发明还公开了一种执行所述的航空磁日变数据质量评估方法的***，所述***包括处理模块、存储模块及存储在存储模块上并可在处理模块上运行的计算机程序，其中：

存储模块，用于存储三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线；

处理模块，用于执行所述程序时实现上述航空磁日变数据质量评估方法的步骤。

此外，一些实施例可包括具有用于在计算机上执行本说明书中记载的方法的程序的存储介质，其上存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，该至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集被处理器加载并执行时实现上述各方法实施例中的步骤，所述计算机可读记录介质的示例包括为了存储并执行程序命令而专门构成的硬件装置:诸如硬盘、软盘及磁带的磁介质、诸如CD-ROM、DVD的光记录介质、诸如软盘的磁光介质及ROM、RAM、闪存等。程序命令的示例可包括:由编译器编写的机器语言代码以及使用解释器等而由计算机来执行的高级语言代。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集来指令相关的硬件来完成，所述的至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。

综上所述，本发明提供一种对航空磁日变数据进行质量评估法，通过计算磁日变数据的三分钟变化率和测量噪声抖动度曲线，对磁日变数据进行质量评估，通过可视化方法可以直观地判断发生磁暴时是否需要重飞，能够更加直观、丰富地表达磁日变数据信息，提高了航空磁测作业效率，一定意义上节约了飞行成本，解决了生产中的实际问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种航空磁日变数据质量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取航空磁日变数据及航空磁测测线时间属性信息；

处理航空磁日变数据：

以时间为基准，计算航空磁日变数据三分钟变化率，构建三分钟变化率曲线；

计算航空磁日变数据曲线曲率的特征值，以特征值非线性迭代逼近航空磁日变数据曲线，得到滤波后的磁日变数据，将航空磁日变数据和滤波后的磁日变数据作差，得到测量噪声抖动度曲线；

将三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线依照航空磁测测线时间属性信息进行可视化表达。

2.如权利要求1所述的航空磁日变数据质量评估方法，其特征在于：所述航空磁日变数据为磁日变观测站在测线飞行时即时输出的航空磁日变观测数据。

3.如权利要求2所述的航空磁日变数据质量评估方法，其特征在于：所述航空磁日变数据三分钟变化率的计算方法为：

以时间为基准，以时间M为计算点，利用变化率计算模型进行计算，所述变化率计算模型为：

d_M＝M_Max-M_Min

M_Max＝[M_i-1.5，M_i+1.5]

M_Min＝[M_i-1.5，M_i+1.5]

其中：M_i为时刻i的磁测值，M_Max、M_Min表示当前计算点M在3分钟时间范围内的磁测最大值和最小值，d_M为3分钟内磁测值幅值变化。

4.如权利要求3所述的航空磁日变数据质量评估方法，其特征在于：所述三分钟变化率曲线的构建方法为：

以时间作为坐标系的横坐标，以磁测值幅值变化d_M作为坐标系的纵坐标构建磁日变数据三分钟变化率曲线。

5.如权利要求1所述的航空磁日变数据质量评估方法，其特征在于：所述测量噪声抖动度曲线的计算方法，包括以下步骤：

S210、给定滤波窗口宽度为WD，以滤波窗口宽度WD为间距对磁日变数据曲线取值，用下式计算特征值S：

S_i＝△T_i-0.5·(△T_i-1+△T_i+1)

其中：S_i表示第i点的特征值，△T_i表示第i点的磁测值；

S220、判断S_i·S_i+1＜0、S_i·S_i-1＜0是否同时满足，若满足，进行步骤S230，若不满足，进行步骤S240；

S230、计算趋势异常值，得到滤波后的磁日变数据曲线，该趋势异常值的计算公式如下：

TF_i＝△T_i-0.5·SK_i

其中：TF_i表示第i点的趋势异常值；

S240、以滤波窗口宽度WD为步长，向前移动滤波窗口，进行步骤S210；

S250、计算航空磁日变数据的测量噪声抖动度曲线，计算公式如下：

D_j＝△T_i-TF_i

其中：D_j表示第i点的测量噪声抖动度。

6.如权利要求1所述的航空磁日变数据质量评估方法，其特征在于：所述可视化表达的方法，包括以下步骤：

获取三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线；

对三分钟变化率曲线进行处理，处理方法为：

将测量噪声抖动度曲线的时间信息与航空磁测测线时间属性信息进行匹配，在三分钟变化率曲线上对时间重合段进行颜色填充，并对测线号进行标注；对三分钟变化率超过5nT部分进行标红；

输出测量噪声抖动度曲线和经过处理的三分钟变化率曲线，形成信息质量报表。

7.一种执行如权利要求6所述的航空磁日变数据质量评估方法的***，其特征在于：所述***包括处理模块、存储模块及存储在存储模块上并可在处理模块上运行的计算机程序，其中：

存储模块，用于存储三分钟变化率曲线和测量噪声抖动度曲线；

处理模块，用于执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述航空磁日变数据质量评估方法的步骤。

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