亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：势场数据勘测的制作方法
技术领域：
本发明涉及改进的用于从诸如重力勘测、重力梯度勘测等勘测中获取势场测量数据的技术。
背景技术：
传统上，沿着网格图案来执行诸如重力勘测之类的势场勘测。网格由二维表面上正交的平行线集来限定。对于机载勘测，平行线限定了飞行路径，所述飞行路径满足最小高度限制(飞行器飞行时允许与地面的最接近程度)以及对飞行器的最大攀升/下降速率。这种方法对于机载平坦地势而言是足够的，然而对于多丘陵或多山的地势来说， 飞行器在其上飞行的表面会从例如下部山谷的底部到山/勘测区域的顶部有高达2到3千米的变化。类似地，对于在具有陡峭测深变化的区域(如图1和2所示的大陆架海洋)上的海洋测量而言，快速改变测深会导致相当大的信号混叠(即，来自不同深度的信号由于在获取时不可区分所以会混叠)。因此，需要另一种采集势场数据的方法。在本申请相关的W02007/012895中(其一并在此作为参考)，描述了一种通过沿着一组路径飞行而获得测量势场数据的勘测图案，这组路径不限于是平行的或限定矩形网格图案的。这组路径具有以下特征中的一个或多个两条路径以相差至少50米的高度上交叉；在勘测路径的区域中在相同的总体方向上不平行，相差大于5度；路径包括曲线路径； 这组路径中的路径总体上并不实质上位于表面中；这组路径中的路径总体上限定了表面， 其中至少一个路径限定了表面中的两个正交方向之一，使得该表面具有相对于另一个正交方向上的距离的大于5%的高度变化速率。

发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种执行对勘测表面的势场勘测的方法，所述方法包括确定沿着观测表面的路径集合，以及在路径上的点处测量势场数据，其中，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处，所述路径集合包括至少一条基准路径以及与所述至少一条基准路径相关联的多条勘测路径，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数。可以使用与要勘测的区域有关的已知地势信息来确定观测高度。备选地，可以通过执行附加的初步勘测来确定观测高度。观测表面可以是平面的，例如，在海洋勘测中是水平面；或者可以是非平面的，例对于机载勘测而言在不同高度处飞行。所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离Dn可以与观测高度成比例。所述多条勘测路径中每条勘测路径与基准路径之间的距离Dn可以被定义为Dn = NXHXF其中，N是勘测路径的索引号，H是观测高度，以及
F是测量因子。F是由所研究的势场的衰减特性来决定的。路径集合可以限定从公共区域分散的基本上扇形形状的图案。扇形勘测确保了最优的勘测设计，目的在于平衡以下需求产生的地理数据不混叠，但仍然是在勘测区域中以最小量的过采样来获取的。使过采样最小化降低了与这种勘测相关联的高成本。路径集合可以包括多条基准路径，每条基准路径具有多条相关的勘测路径，以在路径集合中限定子图案。每个子图案具有基本上相似的形状或者可以具有不同的形状。针对每个子图案的多条基准路径可以是平行的(例如，对于简单的地形)或者是会聚的或发散的(对于更复杂的地形)。所述多个子图案的参数(例如，关于基准线的布置、子图案的形状、每条勘测线与其关联的基准线之间的距离)被选择为控制路径集合中交点的数目。交点的数目很重要，因为交点允许数据在被处理之前被“分级(levelled) ”。本文中分级是一般术语，覆盖了包含以下技术中一种或多种技术在内的技术降噪、去除低频漂移、匹配相邻线的低频含量、使数据涉及固定的高度平面等等。因此，目的可以是(在给定限制的情况下，即，限制总路径长度/勘测时间的情况下)在整个勘测区域上强加最大数目的(可实现的)交叉。勘测线可以不与任何其他勘测线平行。勘测线可以不是直线。通常， 许多勘测线可以不从一侧到另一侧穿过整个勘测。路径集合可以包括至少一条附加线以增大路径集合中交点的数目。在只有一个子图案的情况下或者在要勘测的区域的某些部分中交点不充足的情况下，这是特别有用的。 所述至少一条附加线可以基本上与每条基准线垂直。备选地，所述至少一条附加线可以被布置为经过不具有交点或具有很少交点的区域(例如，在路径集合所提供的整个图案的拐角或边缘处)。路径集合可以包括多条附加线，其中在交点数目增多的区域中附加线之间的间隔增大。勘测表面可以具有复杂的形状，因此趋势表面可以叠加在勘测表面上以简化勘测表面的形状。可以垂直于趋势表面来测量观测高度。对于相对简单的地形，例如，基本上增大或减小的深度，趋势表面可以是基本上直线倾斜的线，从而每条勘测线是基本上直线。备选地，勘测表面可以是波状的或者复杂的，因此趋势表面可以是复杂的线，从而每条勘测线具有匹配的复杂形状。执行勘测的飞行器或舰船可以配备有多种地理测量设备，所述地理测量设备包括一个或多个势场测量仪器，例如，矢量重力计、重力梯度计、磁力计、磁力梯度计或其他仪
ο可以产生精确的DEM(数字评估模型)，以使用LIDAR(激光雷达)和IMU(惯性测量单元)的组合结合DGPS (差分全球定位系统)来提供观测高度，从而校正针对飞机或舰船运动的LIDAR数据。DEM和DGPS数据还可以用于校正针对地势的测量势场数据。同样， 还可以使用飞行器加速度、姿态、角速率和角加速度数据或舰船运动数据来校正势场仪器的输出数据。可以使用板上或远程传感器来提供针对飞行器或舰船和/或势场仪器的位置和运动信息。飞机或舰船可以配备有多种附加标准机载地理勘测仪器中的任何一种，如，GPS、 DGPS、高度计、用于姿态测量的仪器、用于压力测量的仪器、超频谱扫描仪、用于电磁测量 (EM)的仪器、时域电磁系统(TDEM)、矢量磁力计、加速度计、重力计、以及包括其他势场测量装置的其他设备。可以例如根据当时的最优方法使用固定或可移动基站中的仪器来校正来自仪器的输出。这种设备可以包括GPS和磁性仪器以及高质量地面重力计。根据上述方法中的任一方法来采集的数据可以与任何基于地面的或基于卫星的勘测数据相结合，以帮助改善分析，这样的数据包括地势数据、频谱数据、磁性数据或其他数据。本发明还提供了用于实现上述方法的处理器控制代码，所述处理器控制代码具体在计算机可读机制上诸如磁盘、⑶或DVD-ROM、编程存储器(如，只读存储器(固件)之类的数据载体上，或者在诸如光学信号载体或电信号载体之类的数据载体上。用于实现本发明实施例的代码(和/或数据)可以包括(解释或编译的)传统编程语言的源代码、目标代码和可执行代码，如，C或汇编代码、用于设置或控制ASIC (特定用途集成电路)或FPGA (现场可编程门阵列)的代码、或者用于诸如Verliog (商标)或VHDL (超高速集成电路硬件描述语言)之类的硬件描述语言的代码。本领域技术人员将理解，这样的代码和/或数据可以分布在彼此通信的多个耦合的组件之间。本发明还提供了一种计算机可读介质或数据载体，承载针对一组机载势场飞行勘测路径的机载航行数据。本发明还提供了一种数据载体，承载针对海洋势场飞行勘测路径的舰船航行数据。因此，根据本发明的另一方面，提供了一种非暂时计算机可读存储介质，其中存储有指令，所述指令在由处理器执行时使计算机系统执行以下操作接收勘测数据，所述勘测数据限定了路径集合，势场测量仪器将沿着所述路径集合移动以执行势场勘测；以及存储勘测数据。所述路径限定了从公共区域发散的基本上扇形形状的图案。所述路径之间的分隔取决于在表面上方的高度，将在所述表面上方执行勘测，所述分隔随着所述高度的增大而增大。勘测可以包括海洋重力梯度勘测。两条路径之间的分隔可以是根据以下等式来确定的Dn = NXHXF其中，N是勘测路径的索引号，H是观测高度，以及F是由要勘测的势场的衰减特性来决定的测量因子。根据本发明的另一方面，提供了一种对勘测表面的势场勘测加以限定的方法，所述方法包括限定沿着观测表面的路径集合，以及在路径上的点处测量势场数据，其中，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处，所述路径集合包括至少一条基准路径；以及多条勘测路径，与所述至少一条基准路径相关联，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数。根据本发明的另一方面，提供了一种用于执行对勘测表面的势场勘测的由计算机实现的系统。所述由计算机实现的系统包括惯性平台。惯性平台被配制为接收沿着观测表面接收路径集合，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处。惯性平台还被配制为在路径上的点处测量势场数据，其中，路径集合包括至少一条基准路径和与所述至少一条基准路径相关联的多条勘测路径，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数。惯性平台还被配制为将势场数据发送至数据采集系统。执行勘测的上述方法的其他特征也可以应用于这些数据载体方面和本发明的方法。


在附图中通过示例而非限制性地说明了本文给出的多种实施例，其中，图1是大陆架周围复杂水下特征的图像；图2是示出了海底峡谷扇形系统的草图；图3a是在地形上方延伸的勘测线的示意图；图北是基于图3a的部分勘测图案的示意图；图3c是创建和使用勘测图案的流程图；图4是从图北的部分勘测图案创建的简单勘测图案的示意图；图5是合并了多个图4的简单勘测图案的复合勘测图案的示意图；图6是复杂的复合勘测图案的示意图；以及图7是用于执行勘测的舰船的示意图。
具体实施例方式如图1和2所示，水下地形可能是复杂的。例如，在图1中，在大陆架的一般较浅的部分上存在较深的凹地。图2示出了深海扇形，其中，峡谷延伸通过较浅的大陆架。根据采样定理，可以根据以均勻间距采样的值来精确地重构任何信号，只要该信号的采样速率是该信号中存在的最高频率的至少两倍。如果不能满足该要求，则会引起高频分量的混叠， 这意味着这些分量将会具有低于真实值的频率。根据采样定理，在浅水上勘测的勘测线数目必须显著大于在深水上勘测的勘测线数目。因此，在快速改变测深的情况下，针对浅区域而设计的勘测会对勘测区域的较深区域中(例如，图2的峡谷或者图1的较深凹地中)的信号过采样。这种勘测是非最优的，并且由于舰船必须长时间在海上以完成所有必要的勘测线，所以这种勘测成本更高。如果机载勘测在一种图案上飞行，在该图案中海拔由非地理条件来指定，例如由安全性和飞行器性能来指定，则也会发生类似的情况。如图3a至3c所示，为了克服与信号混叠和过采样相关的问题，优选的是设计一种与所考虑的界面的观测高度和地形复杂度相称的可变线间隔勘测。通过考虑图3所示的在勘测表面42上方的观测表面44，可以概括海洋勘测和机载勘测。图3c示出了该方法。在步骤S200，使勘测表面近似于趋势线42，趋势线42是从左至右向下倾斜的倾斜表面。在海洋情况下，观测表面是平均海平面，勘测表面是测深表面。在机载情况下，观测表面是在作为地形的勘测表面上方的决定飞行轨迹的表面。在步骤202，观测高度H用于描述观测表面和勘测表面之间的距离，其中，H是垂直于勘测表面而测量的。在快速改变观测高度的情况下，针对浅区域而设计的勘测会对勘测区域的较深区域中的信号过采样，并且这种勘测不是最优的勘测设计。应注意，在这两种情况下，认为显著地形是具有对比源参数的材料之间最接近的界面(重力和重力梯度情况下的密度、磁场的磁化率、电勘测和电磁勘测的电导率)。在一般情况下，显著地形不必须是地形表面或测深表面。在步骤204，可以通过定义至少一条主线(即，图北中的线0)来设计勘测。主线可以是要勘测的区域的中心线。在步骤S206，通过确定从按照以下关系确定从主线到附线的距离来限定附线Dn = NXHXF其中，N是勘测线索弓丨，带符号的整数(1，2，3...)指示以方向符号远离主线的线的数目，H是上述观测高度，F是特定于所考虑的勘测的测量因子(通常在0. 5和2之间)。参数F特定于勘测。测量类型、仪器噪声特性、被测表面相对于该被测表面的趋势表面的复杂度、以及勘测所需的精度会影响对分配给F的值的选择。基本上，F由被测信号的衰减速率来决定，例如，重力按照Ι/r2衰减，重力梯度按照Ι/r3衰减，从而分别产生 1. 5 和 0. 8的F值。通过上述二阶考虑来修改这些值。因此，FXH的最小线间隔条件驱动了勘测条件，所述勘测条件用于根据观测高度来设计最优勘测，其中F是由所研究的市场的衰减特性来决定的因子。F可以改变以适应地理不规则性(在所检测的表面中地形的极端情况)或经济上的需要。得到的勘测设计是扇形形状(例如，如图4所示)，其中多种元素允许控制线间隔和勘测形状。在步骤208， 通过按照勘测的主线和附线在沿着这些线的点处测量势场数据，来执行勘测。在步骤210， 然后可以处理采集的数据，以产生地势模型。可以使用任何现有技术来执行处理，例如， W02007/012895、GB2435523, GB2446174以及本申请的其他公开申请，这些申请一并在此作为参考。图4所示的勘测具有10条勘测线，其中在基准线0的每一侧有5条勘测线。以负整数来表示基准线左侧的线，以正整数来表示基准线右侧的线。总体图案是扇形形状的，其中勘测线随着观测高度的增大而发散。如所示的，图4中的勘测线不相交。然而线之间的交点的分布很重要，因为这交点使得可以减小由线测量之间的长波长失真而引起的勘测噪声。如果测量系统表现出随时间的长时间失真，则在相同点上执行多次测量使得可以计算出针对该误差的校正。对相同空间的多次这种重复占用对误差模型的计算给出了统计上的回弹性。所需的交点数目是所考虑的仪器和测量的噪声标记。所执行的校正通常是长波长形式的，因此，需要沿着主要勘测线间距相对大的线交点。在图4中，通过添加与勘测线相交的连接线14来控制交点的存在。连接线14通常彼此平行，并且与主要勘测方向垂直(即，与基准线0垂直)。连接线14的间隔遵循勘测线的间隔，即，当勘测线越来越紧密地向一起聚拢时，连接线也越来越紧密地向一起聚拢。换言之，连接线之间的距离随着扇形形状的图案而增大。连接线可以称作辅助线。尽管连接线被示为垂直于主要勘测方向以最大化勘测效率，然而连接线本身可以采用任何方向，包括扇形类型的方向。图5示出了复合勘测图案，所述复合勘测图案包括5个扇形形状的子图案20、22、 24,26,28.每个子图案类似于图4的图案，然而应理解，可以使用不同的子图案来组成总体勘测图案。每个子图案具有基准线，基准线可以是平行的(对于简单的地形)或者在更复杂情况下采用会聚布置或发散布置。
在图5中没有连接线。在这种情况下，由每个扇形子集中线的数目以及重叠图案的数目来控制交点16的分布。具体地，对于重力梯度，可以有帮助的是，将勘测图案设计为使得最大数目的交点在最陡峭的斜率上，因为陡峭的测深梯度提供较强的重力梯度信号。 然而这不是必须的。图6示出了以类似于上述方式的方式形成的更复杂的复合图案。在图6中，勘测表面具有复杂的形状，因此具有更复杂的趋势线。因此，观测高度H并不均勻增大，勘测图案的每个子图案30、32、34、36的直线被替换成曲线。尽管子图案的线之间存在交点，然而也使用连接线14以增大交点的数目(连接线可以类似地用于图5)。连接线14的间隔是不均勻的，使得连接线形成两个对。第一对连接线14在子图案勘测线的间隔较小并且交点数目较少的区域中提供了附加交点。第二对连接线14在交点也较少的勘测的相对端提供附加交点。所示的连接线交叉穿过整个勘测宽度，然而应理解，也可以包含与勘测的一部分交叉(例如，在边缘处)的连接线，以提供附加交点。现在参考图7，图7示出了飞行器10的示例，飞行器10用于根据上述方法来执行势场勘测以获得用于处理的数据。如上所述，勘测还可以是海洋勘测，在海洋勘测情况下， 飞行器可以被替换成船。飞行器10或用于执行勘测的其他舰船包括惯性平台12，在惯性平台12上安装重力梯度计(和/或矢量磁力计)，重力梯度计(和/或矢量磁力计)向数据采集系统16提供势场勘测数据。惯性平台12配备有惯性测量单元(IMU) 18，惯性测量单元 (IMU) 18也向数据采集系统16提供数据，所述数据典型地包括姿态数据(例如，纵摇数据、 横摇数据和首摇数据)、角速率和角加速度数据、以及飞行器加速度数据。飞行器还配备有差分GPS系统20和LIDAR系统22或类似装置，以提供与下部地势上方的飞行器的高度有关的数据。优选地，从(D)GPS(可选地，为了精确起见结合IMU)获得位置和时间数据。飞行器10还可以配备有其他仪器24，如，再次馈送至数据采集系统的磁力计、 TDEM(时域电磁系统)系统和/或超光谱成像系统。数据采集系统16还具有来自一般飞行器仪器26的输入、空中和/或地面速度数据等等，所述一般飞行器仪器沈包括例如高度计。数据采集系统16可以提供某种初始数据预处理，例如以针对飞行器运动来校正LIDAR 数据和/或组合来自于IMU 18和DGPS 20的数据。数据采集系统16可以具有通信链路 16a和/或非易失性存储装置16b，以使能存储所采集的势场和位置数据以供稍后处理。还可以提供网络接口(未示出)。有时在与采集勘测数据时所处的国家不同的国家，用于产生用于势场勘测的地图数据的数据处理通常(但不必须)是离线执行的。如所示的，数据处理系统50包括处理器52，耦合至代码和数据存储器M、输入/输出系统56 (例如，包括用于网络和/或存储介质和/或其他通信的接口)、以及例如包括键盘和/或鼠标的用户接口 58。可以在可移除存储介质60上提供在存储器M中存储的代码和/或数据。在操作中，数据包括从势场勘测采集的数据，代码包括用于处理该数据以产生地图数据的代码。势场勘测数据包括但不限于重力计数据、重力梯度计数据、矢量磁力计数据以及真实磁磁力梯度计数据。这样的数据在数学上由一系列关系来表征，这些关系决定了量如何随着空间而变化以及不同类型的测量如何相关。简单地选择仪器以确定哪个仪器以最大的信噪比来测量量。势场的元素和表示可以来自于标量。对于重力，相关的势是重力标量势Φ (r)，其被定义为
权利要求
1.一种执行对勘测表面的势场勘测的方法，所述方法包括确定沿着观测表面的路径集合，以及在路径上的点处测量势场数据，其中，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处，所述路径集合包括至少一条基准路径；以及多条勘测路径，与所述至少一条基准路径相关联，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离Dn被定义为Dn = NXHXF其中，N是勘测路径的索引号，H是观测高度，以及F是测量因子。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，路径集合限定了从公共区域分散的基本上扇形形状的图案。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，路径集合包括多条基准路径，每条基准路径具有多条相关的勘测路径，以在路径集合中限定子图案。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，每个子图案具有基本上相似的形状。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，所述多条基准路径是平行的。
7.根据权利要求4至6中任一项权利要求所述的方法，其中，所述多个子图案的参数被选择为控制路径集合中交点的数目。
8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，路径集合包括至少一条附加线以增大路径集合中交点的数目。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述至少一条附加线基本上与每条基准线垂直。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，路径集合包括多条附加线，其中在交点数目增多的区域中附加线之间的间隔增大。
11.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中，趋势表面叠加在勘测表面上，垂直于趋势表面来测量观测高度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，趋势表面是基本上直线倾斜的线，从而每条勘测线基本上是直线。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，趋势表面是复杂的线，从而每条勘测线具有匹配的复杂形状。
14.根据前述任一项权利要求所述的方法，包括测量重力梯度数据。
15.一种非暂时计算机可读存储介质，其中存储有指令，所述指令在由处理器执行时使计算机系统执行以下操作接收勘测数据，所述勘测数据限定了路径集合，势场测量仪器将沿着所述路径集合移动以执行势场勘测；以及存储勘测数据，其中，所述路径限定了从公共区域发散的基本上扇形形状的图案，所述路径之间的分隔取决于在表面上方的高度，将在所述表面上方执行勘测，所述分隔随着所述高度的增大而增大。
16.根据权利要求15所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，勘测包括海洋重力梯度勘测。
17.根据权利要求15或16所述的非暂时计算机可读存储介质，其中，两条路径之间的分隔是根据以下等式来确定的Dn = NXHXF 其中，N是勘测路径的索引号， H是观测高度，以及F是由要勘测的势场的衰减特性来决定的测量因子。
18.—种对勘测表面的势场勘测加以限定的方法，所述方法包括限定沿着观测表面的路径集合，以及在路径上的点处测量势场数据，其中，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处，所述路径集合包括至少一条基准路径；以及多条勘测路径，与所述至少一条基准路径相关联，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数。
19.一种用于执行对勘测表面的势场勘测的由计算机实现的系统，所述由计算机实现的系统包括惯性平台，被配制为执行以下操作接收沿着观测表面的路径集合，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处， 在路径上的点处测量势场数据，其中，路径集合包括至少一条基准路径和与所述至少一条基准路径相关联的多条勘测路径，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数，以及将势场数据发送至数据采集系统。
全文摘要
一种执行对勘测表面的势场勘测的方法，所述方法包括遵循沿着观测表面的路径集合，以及在路径上的点处测量势场数据，其中，所述观测表面在勘测表面上方的观测高度处，所述路径集合包括至少一条基准路径以及与所述至少一条基准路径相关联的多条勘测路径，其中所述多条勘测路径中的每条勘测路径与基准路径之间的距离是观测高度的函数。所述路径集合可以限定从公共区域发散的基本上扇形形状的图案。
文档编号G01V7/16GK102472831SQ201080030573
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月2日 优先权日2009年7月7日
发明者加里·巴恩斯, 尼尔·戴尔, 菲利普·休顿 申请人:阿克斯有限责任公司