基于张量特征值的Tilt法航磁边界检测方法、装置与流程

基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法、装置
技术领域
1.本发明是关于航空磁测技术领域，特别是关于一种基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法、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.工程技术与磁梯度张量探测仪器研发技术的不断地发展与成熟，应用磁力张量数据在分析、处理上述问题也得到了相应的发展。磁力张量数据是磁场矢量分量的梯度，包含了的磁场信息，能够反映目标体的矢量磁矩信息，张量数据具有高精度、高分辨率、多参量的优点，可用于描述场源体的磁化方向和几何形态，提高对目标地质体的分辨率。
5.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：
[0006][0007]
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。
[0008]
基于此，本技术的发明人发现，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。
[0009]
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：

[0010]
本发明的目的在于提供一种基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法、装置，其能够解决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。
[0011]
为实现上述目的，本发明提供了一种基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法，包括：获取全磁力梯度张量数据矩阵m，其中，所述全磁力梯度张量数据矩阵m包括三维直角坐标系下，x,y,z三个方向的磁场分量分别在x,y,z方向的9个一阶梯度分量；根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立边界检测函数e以及深度分辨力增益因子m
z
；分别计算e在x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
；根据所述x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
计算总梯度模asm；根据z方向垂向梯度总梯度模asm、深度分辨力增益因子m
z
、全磁力梯度张量数据矩阵m，实现航磁边界检测。
[0012]
在本发明的一实施方式中，所述根据z方向垂向梯度总梯度模asm、深度分辨力增益因子m
z
、全磁力梯度张量数据矩阵m，获取精确航空磁测数据包括：根据以下公式实现航磁边界检测，所述公式包括：
[0013][0014]
其中，δ是取值为0
‑
1的调节系数，max(|e|)为边界检测函数e的最大值。
[0015]
在本发明的一实施方式中，获取全磁力梯度张量数据矩阵m，包括：获取实测的航磁数据；根据三维直角坐标系确定航磁数据在x，y，z三个方向的磁场分量以及每个磁场分量分别在x，y，z方向的一阶梯度分量，9个所述一阶梯度分量构成全张量磁梯度数据。
[0016]
在本发明的一实施方式中，
[0017]
在本发明的一实施方式中，所述根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立边界检测函数e包括：根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m计算得到该矩阵的三个特征值λ1、λ2、λ3；根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m计算得到该矩阵的总模值a；根据所述全磁力梯度张量数据矩阵的特征值λ1、λ2、λ3和所述全磁力梯度张量数据矩阵的总模值a，建立边界检测函数e，其中，e＝λ1·
λ2·
λ3·
a。
[0018]
在本发明的一实施方式中，所述全磁力梯度张量总模值a包含了全部9个张量元素的信息，其最大值对应着地质体的边界，
[0019]
在本发明的一实施方式中，所述根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立深度分辨力增益因子m
z
包括：根据以下公式，计算深度分辨力增益因子m
z
，所述公式为：
[0020][0021]
在本发明的一实施方式中，根据以下公式计算均衡深浅部异常的调节系数δ，所述计算公式为：
[0022][0023]
其中，max(m
z
)表示m
z
最大值；min(m
z
)表示m
z
最小值。
[0024]
为实现上述目的，本发明提供了一种基于张量特征值的tilt法航磁边界检测的装置，包括：获取模块，用于获取全磁力梯度张量数据矩阵m，其中，所述全磁力梯度张量数据矩阵m包括三维直角坐标系下，x，y，z三个方向的磁场分量分别在x，y，z方向的9个一阶梯度分量；建立模块，用于根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立边界检测函数e以及深度分辨力增益因子m
z
；梯度计算模块，用于分别计算e在x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
；总梯度模asm计算模块，用于根根据所述x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
计算总梯度模asm；检测模块，用于根据z方向垂向梯度总梯度模asm、深度分辨力增益因子m
z
、全磁力梯度张量数据矩阵m，实现航磁边界检测。
[0025]
为实现上述目的，本发明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的基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法。
[0026]
与现有技术相比，根据本发明的基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法、装置及存储介质，能更好的探测出埋深不同的多源场物体的边界，使边界识别结果更收敛，且该方法有效地避免了磁化方向和噪声对结果的干扰，解决了现有tilt法存在“解析奇点”问题，提高计算稳定性和消除产生虚假航磁数据地质体边界干扰、增强信噪比，以及提高了不同埋深的地质体的边界位置增强和提取能力，具有更高的分辨率和精度。
附图说明
[0027]
图1是根据本发明一实施方式的基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法的流程图；
[0028]
图2是根据本发明一实施方式的基于张量特征值的tilt法航磁边界检测装置的结构示意图。
[0029]
主要附图标记说明：
[0030]1‑
获取模块，2
‑
建立模块，3
‑
梯度计算模块，4
‑
总梯度模asm计算模块，5
‑
获取模块。
具体实施方式
[0031]
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。
[0032]
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。
[0033]
本发明实施例提供一种基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法的，参见图1，其为基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法的流程图，包括：步骤s1
‑
步骤s4。
[0034]
步骤1，获取全磁力梯度张量数据矩阵m，其中，所述全磁力梯度张量数据矩阵m包括三维直角坐标系下，x，y，z三个方向的磁场分量分别在x，y，z方向的9个一阶梯度分量。
[0035]
在一种实现方式中，全磁力梯度张量数据矩阵m可以通过实测全磁力梯度张量数据来获取，或者，可以通过以下步骤获取：
[0036]
获取实测的航磁数据；
[0037]
根据三维直角坐标系确定航磁数据在x，y，z三个方向的磁场分量以及每个磁场分量分别在x，y，z方向的一阶梯度分量，9个所述一阶梯度分量构成全张量磁梯度数据。具体的，航磁数据为地下磁性地质体引起的磁异常信号。
[0038]
其中，
[0039]
步骤2，根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立边界检测函数e以及深度分辨力增益因子m
z
。
[0040]
在一种实现方式中，步骤2中的根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立边界检测函数e可以包括：
[0041]
步骤201，根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m计算得到该矩阵的三个特征值λ1、λ2、λ3，其中，所述全磁力梯度张量数据矩阵的特征值λ1、λ2、λ3均对应着航磁数据目标地质体的边界
[0042]
步骤202，根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m计算得到该矩阵的总模值a。
[0043]
具体的，全磁力梯度张量总模值a包含了全部9个张量元素的信息，其最大值对应着地质体的边界，其中，
[0044]
步骤203，根据所述全磁力梯度张量数据矩阵的特征值λ1、λ2、λ3和所述全磁力梯度张量数据矩阵的总模值a，建立边界检测函数e。
[0045]
e同时具备了张量特征值和总模值的属性，能够提高对浅部目标地质体的识别精度，但检测深部目标地质体的分辨率低，所以需要进一步提高检测深部目标地质体的边界的能力。
[0046]
其中，e＝λ1·
λ2·
λ3·
a。
[0047]
在一种实现方式中，步骤2中的根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立深度分辨力增益因子m
z
，可以包括：
[0048]
根据以下公式计算深度分辨力增益因子m
z
，所述公式为：
[0049]
由此，可以提高垂向探测能力，即提高检测深部目标地质体的边界的能力。
[0050]
步骤3，分别计算e在x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
，其中
[0051]
步骤4，根据所述x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
计算总梯度模asm；
[0052]
其中，
[0053][0054]
步骤5，根据z方向垂向梯度总梯度模asm、深度分辨力增益因子m
z
、全磁力梯度张量数据矩阵m，实现航磁边界检测。
[0055]
所述根据z方向垂向梯度总梯度模asm、深度分辨力增益因子m
z
、全磁力梯度张量数据矩阵m，实现航磁边界检测包括：
[0056]
根据以下的改进后的tilt(itilt)公式获取精确的全磁力梯度张量数据矩阵，所述公式包括：
[0057][0058]
即：
[0059][0060]
其中，δ是均衡深浅部异常的调节系数，一般取值为0
‑
1，max(|e|)为边界检测函数e的最大值。
[0061]
在一种实现方式中，可以根据以下公式计算均衡深浅部异常的调节系数δ，所述计算公式为：
[0062][0063]
max(m
z
)表示m
z
最大值；min(m
z
)表示m
z
最小值。
[0064]
本实施例提供与现有的tilt表达式对比：
[0065][0066]
其中，t为航空磁测数据；分别是t在x、y、z三个方向一阶导数(或一阶梯度)。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。
[0067]
在根据上述步骤得构建tilt滤波器之后，可以获取精确全磁力梯度张量数据矩阵，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，实现航磁边界检测，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。
[0068]
通过本实施例提供的基于张量特征值的tilt法航磁边界检测方法，新构建了一个合理的均衡航磁数据目标地质体边界检测方法，能更好的探测出埋深不同的多源场物体的边界，使边界识别结果更收敛，且该方法有效地避免了磁化方向和噪声对结果的干扰，解决了现有tilt法存在“解析奇点”问题，提高计算稳定性和消除产生虚假航磁数据地质体边界干扰、增强信噪比，以及提高了不同埋深的地质体的边界位置增强和提取能力，具有更高的分辨率和精度。
[0069]
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，请参阅图2，其为基于张量特征值的tilt法航磁边界检测装置的结构示意图，包括：获取模块1、建立模块2、梯度计算模块3，总梯度模asm计算模块4，以及检测模块5。
[0070]
获取模块1用于获取全磁力梯度张量数据矩阵m，其中，所述全磁力梯度张量数据矩阵m包括三维直角坐标系下，x，y，z三个方向的磁场分量分别在x，y，z方向的9个一阶梯度分量。
[0071]
建立模块2用于根据所述全磁力梯度张量数据矩阵m建立边界检测函数e以及深度分辨力增益因子m
z
。
[0072]
梯度计算模块3用于分别计算e在x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
。
[0073]
总梯度模asm计算模块4用于根根据所述x方向水平梯度e
x
、y方向水平梯度e
y
和z方向垂向梯度e
z
计算总梯度模asm。
[0074]
检测模块5用于根据z方向垂向梯度总梯度模asm、深度分辨力增益因子m
z
、全磁力梯度张量数据矩阵m，实现航磁边界检测。
[0075]
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张量特征值的tilt法航磁边界检测方法的程序，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。
[0076]
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。
[0077]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
[0078]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、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。
[0079]
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。
[0080]
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。
[0081]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。