航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置

摘要

本发明公开了一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置，方法包括：将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程并进行投影，根据地形高程网格数据中距离投影点最近的四个节点作为底面，节点高程数据的平均值作为高构建第一长方体，分别以四个节点作为起点重复构建长方体；根据空中测量点到每一个长方体的高度差、距离差、密度计算每一个长方体的地形改正值；对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；根据该航空重力测量点的重力异常值以及地形改正量计算该航空重力测量点的布格重力异常。本发明提供的航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置，可以获得航空布格重力异常。

权利要求

1.一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法，其特征在于，包括：获取航空重力测量点的地理位置信息、所述航空重力测量点的GNSS高程以及重力异常值；

将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点的地理位置信息投影至地形高程数据网格中，得到高程投影点；

在地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方体，所述第一长方体的高度为四个节点高程值的平均值，所述地形高程数据网格中包括多个节点的坐标值构成的栅格数据，所述地形高程数据网格中包括多个节点的高程值；

分别以所述四个节点作为起点，以地形高程数据网格中的网格步长作为边长，向背离投影点的方向延伸，构建第二长方体，所述第二长方体的高度为底面上四个节点对应的高程值的平均值，重复构建第二长方体的步骤，直至节点的坐标值超出预设范围为止；

根据所述航空重力测量点到每一个长方体的高度差、所述航空重力测量点到每一个长方体的距离差、每一个长方体的密度以及万有引力常数计算每一个长方体的地形改正值，其中，所述每一个长方体为第一长方体或第二长方体；

对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；

根据该航空重力测量点的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常。

2.根据权利要求1的计算方法，其特征在于，所述地形高程数据网格包括局部地形高程数据网格以及区域地形高程数据网格；

局部地形高程数据网格中节点坐标值的预设范围为0-20km，区域地形数据网格中节点坐标值的预设范围为20km-166.7km。

3.根据权利要求1的计算方法，其特征在于，所述节点的坐标值超出预设范围为：节点的坐标值超出166.7km。

4.根据权利要求1的计算方法，其特征在于，所述在地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方体之前，还包括：将测量点的地理位置信息投影至岩石密度分布数据网格中，得到密度投影点，所述岩石密度分布数据网格中包括多个节点的坐标值构成的栅格数据，所述岩石密度分布数据网格中包括多个节点的密度值；

所述第一长方体的密度为密度投影点对应的密度值。

5.根据权利要求1的计算方法，其特征在于，所述第二长方体的密度值为所述第二长方体底面上四个节点分别投影至岩石密度分布数据网格中的平均值。

6.根据权利要求2的计算方法，其特征在于，局部地形高程数据网格的划分规则为高精度和大比例尺；

区域地形高程数据网格的划分规则为低等级精度和小比例尺。

7.根据权利要求1的计算方法，其特征在于，所述计算方法还包括：

获取下一航空重力测量点的地理位置信息、所述下一航空重力测量点的GNSS高程以及重力异常值，并重复对所述下一航空重力测量点对应的地形改正量进行计算的步骤，直至完成所有航空重力测量点的地形改正量的计算；

对所有航空重力测量点的地形改正量进行逐点低通滤波，所述低通滤波的滤波尺度与航空重力测量点重力异常的滤波尺度相对应；

所述根据该航空重力测量点的重力异常值以及地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常值包括：根据航空重力测量点的重力异常值以及滤波后的地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常值。

8.一种存储介质，其特征在于，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权利要求1-7任意一项所述的航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法。

说明书

航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置

技术领域

[0001] 本发明是涉及航空重力测量技术领域，特别是涉及一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置。

背景技术

[0002] 随着科技的飞速发展，在重力勘探领域重力测量的精度要求越来越高。

[0003] 重力测量所得到的数据为重力观测数据。重力观测数据包括因地下密度不均匀的地质体引起的异常,也包含因各测点周围地形不同、所处纬度不同等因素的影响，因此需要
对重力观测数据进行校正。而航空重力测量是重力测量的一种，具体是把航空重力测量系
统装在飞机上进行连续测量的一种重力测量方法。

[0004] 目前，布格重力异常(Bouguer gravity anomaly)对重力数据的处理具有很重要的意义。地面布格重力异常通常通过地面重力测量获得。地面重力仪的观测结果经过纬度
改正、高度改正，中间层改正和地形改正以后，再减去正常重力值后所得到的重力称为地面
布格重力异常。

[0005] 基于此，本申请的发明人发现，现有技术中通过地面重力测量值获取布格重力异常的计算方法在航空重力异常获取航空布格重力异常的计算中存在一定的不适用性。

[0006] 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。

发明内容

[0007] 为解决上述问题，本发明实施例的目的在于提供一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置。

[0008] 第一方面，本发明实施例提供了一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法，包括：获取航空重力测量点的地理位置信息、所述航空重力测量点的GNSS高程以及重力
异常值；将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点
的地理位置信息投影至地形高程数据网格中，得到高程投影点；在地形高程数据网格中，根
据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方体，所述第一长方体的高度
为四个节点高程值的平均值，所述地形高程数据网格中包括多个节点的坐标值构成的栅格
数据，所述地形高程数据网格中包括多个节点的高程值；分别以所述四个节点作为起点，以
地形高程数据网格中的网格步长作为边长，向背离投影点的方向延伸，构建第二长方体，所
述第二长方体的高度为底面上四个节点对应的高程值的平均值，重复构建第二长方体的步
骤，直至节点的坐标值超出预设范围为止；根据所述航空重力测量点到每一个长方体的高
度差、所述航空重力测量点到每一个长方体的距离差、每一个长方体的密度以及万有引力
常数计算每一个长方体的地形改正值，其中，所述每一个长方体为第一长方体或第二长方
体；对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；根据该航空重力测
量点的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常。

[0009] 在一种可能的实现方式中，所述地形高程数据网格包括局部地形高程数据网格以及区域地形高程数据网格；局部地形高程数据网格中节点坐标值的预设范围为0-20km，区
域地形数据网格中节点坐标值的预设范围为 20km-166.7km。

[0010] 在一种可能的实现方式中，所述节点的坐标值超出预设范围为：节点的坐标值超出166.7km。

[0011] 在一种可能的实现方式中，所述在地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方体之前，还包括：将测量点的地理位置信息投影
至岩石密度分布数据网格中，得到密度投影点，所述岩石密度分布数据网格中包括多个节
点的坐标值构成的栅格数据，所述岩石密度分布数据网格中包括多个节点的密度值；所述
第一长方体的密度为密度投影点对应的密度值。

[0012] 在一种可能的实现方式中，所述第二长方体的密度值为所述第二长方体底面上四个节点分别投影至岩石密度分布数据网格中的平均值。

[0013] 在一种可能的实现方式中，局部地形高程数据网格的划分规则为高精度和大比例尺；区域地形高程数据网格的划分规则为低等级精度和小比例尺。

[0014] 在一种可能的实现方式中，所述计算方法还包括：获取下一航空重力测量点的地理位置信息、所述下一航空重力测量点的GNSS高程以及重力测量值，并重复上述对下一航
空重力测量点对应的地形改正量进行计算的步骤，直至完成所有航空重力测量点的地形改
正量的计算；对所有航空重力测量点的地形改正量进行逐点低通滤波，所述低通滤波的滤
波尺度与航空重力测量点重力异常的滤波尺度相对应；所述根据该航空重力测量点的重力
异常值以及地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常值包括：根据航空重力测量
点的重力异常值以及滤波后的地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常值。

[0015] 第二方面，本发明实施例还提供了一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算装置，包括：获取模块，用于获取航空重力测量点的地理位置信息、所述航空重力测量点的
GNSS高程以及重力异常值；投影模块，用于将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准
面高程，并将所述航空重力测量点的地理位置信息投影至地形高程数据网格中，得到高程
投影点；构建模块，用于在地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点
作为底面构建第一长方体，所述第一长方体的高度为四个节点高程值的平均值，所述地形
高程数据网格中包括多个节点的坐标值构成的栅格数据，所述地形高程数据网格中包括多
个节点的高程值；所述构建模块还用于分别以所述四个节点作为起点，以地形高程数据网
格中的网格步长作为边长，向背离投影点的方向延伸，构建第二长方体，所述第二长方体的
高度为底面上四个节点对应的高程值的平均值，重复构建第二长方体的步骤，直至节点的
坐标值超出预设范围为止；地形改正值计算模块，用于根据所述航空重力测量点到每一个
长方体的高度差、所述航空重力测量点到每一个长方体的距离差、每一个长方体的密度以
及万有引力常数计算每一个长方体的地形改正值，其中，所述每一个长方体为第一长方体
或第二长方体；地形改正量计算模块，用于对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测
量点的地形改正量；布格重力异常计算模块，用于根据该航空重力测量点的重力异常值以
及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常。

[0016] 第三方面，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，所述计算机可执行指令用于执行上述的航空重力测量点的布格重力异常值的计
算。

[0017] 本发明实施例提供的航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法、装置，通过将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点的地理位
置信息投影至地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构
建第一长方体，分别以所述四个节点作为起点，重复构建长方体；计算每一个长方体的地形
改正值，对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；根据该航空重
力测量点的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常，可以
实现航空布格重力异常的计算。

附图说明

[0018] 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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以
根据这些附图获得其他的附图。

[0019] 图1示出了本发明实施例所提供的航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法的流程图；

[0020] 图2示出了本发明实施例所提供的地形高程数据网格的示意图；

[0021] 图3示出了本发明实施例所提供的长方体计算方法的示意图；

[0022] 图4示出了本发明实施例所提供的航空重力测量点的布格重力异常值的计算装置的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 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。

[0024] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0025] 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。

[0026] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，
除非另有明确具体的限定。

[0027] 由于航空重力测量的实际地形起伏变化复杂，因此本实施例将航空重力测量点周围的地形剖分成许多长方体，计算出每个长方体地形质量对航空重力测量点的重力影响
值，最后累加求和便得到该点的地形影响值。由于测量点周围的地形是极不规则的曲面，无
法用一个空间坐标的函数式来表达，采用地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟，并
建立有规则的地形高程的网格数据。在进行航空重力地形校正计算时，在一定的范围内分
别在局部地形高程网格数据和区域地形高程网格数据中按照网格节点来读取高程数据。

[0028] 本发明实施例提供了一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法的流程图，参见图1所示，包括：步骤1-步骤7。

[0029] 步骤1，获取航空重力测量点的地理位置信息、所述航空重力测量点的 GNSS高程以及重力异常值；

[0030] 步骤2，将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点的地理位置信息投影至地形高程数据网格中，得到高程投影点。

[0031] 在一种实现方式中，所述地形高程数据网格包括局部地形高程数据网格以及区域地形高程数据网格；局部地形高程数据网格中节点坐标值的预设范围为0-20km，区域地形
数据网格中节点坐标值的预设范围为20km-166.7km。参见图2所示，其为地形高程数据网格
的示意图，EFGH为局部地形区，IJKL 为区域地形，中间黑色区域为航空重力测量点的范围。

[0032] 局部地形高程数据网格的划分规则为高精度和大比例尺；区域地形高程数据网格的划分规则为低等级精度和小比例尺。

[0033] 步骤3，在地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方体，所述第一长方体的高度为四个节点高程值的平均值，所述地形高程数
据网格中包括多个节点的坐标值构成的栅格数据，所述地形高程数据网格中包括多个节点
的高程值；

[0034] 步骤4，分别以所述四个节点作为起点，以地形高程数据网格中的网格长度作为边长，向背离投影点的方向延伸，构建第二长方体，所述第二长方体的高度为底面上四个节点
对应的高程值的平均值，重复构建第二长方体的步骤，直至节点的坐标值超出预设范围为
止；

[0035] 其中，所述节点的坐标值超出预设范围为可以是节点的坐标值超出 166.7km。

[0036] 步骤5，根据所述航空重力测量点到每一个长方体的高度差、所述航空重力测量点到每一个长方体的距离差、每一个长方体的密度以及万有引力常数计算每一个长方体的地
形改正值，其中，所述每一个长方体为第一长方体或第二长方体；

[0037] 步骤6，对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；

[0038] 步骤7，根据该航空重力测量点的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常。

[0039] 本实施例提供的航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法，通过将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点的地理位置信息投影
至地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方
体，分别以所述四个节点作为起点，重复构建长方体；计算每一个长方体的地形改正值，对
所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；根据该航空重力测量点
的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常，可以实现航空
布格重力异常的计算。

[0040] 在一种实现方式中，步骤3之前还包括：将测量点的地理位置信息投影至岩石密度分布数据网格中，得到密度投影点，所述岩石密度分布数据网格中包括多个节点的坐标值
构成的栅格数据，所述岩石密度分布数据网格中包括多个节点的密度值；所述第一长方体
的密度为密度投影点对应的密度值。

[0041] 相应的，所述第二长方体的密度值为所述第二长方体底面上四个节点分别投影至岩石密度分布数据网格中的平均值。

[0042] 在一种实现方式中，步骤5可以具体包括：

[0043] 针对每一个长方体，根据公式一计算该长方体的航空重力地形改正值Δg，所述公式一包括：

[0044]

[0045] 其中，G为万有引力常数，ρ为每个长方体的密度，x，y，z为观测点空间位置，(X1，X2)、(Y1，Y2)、(Z1，Z2)为长方体空间位置。R 为观测点到长方体各个顶点的距离。

[0046] 进一步的，步骤6以及步骤7的实现方式如下。参阅图3所示，其为本实施例提供的长方体计算方法的示意图，航空重力观测点投影到地形高程网格数据的位置为P(X0，Y0)
点，其中A、B、C、D点为地形网格数据中距离P点最近的节点。以A、B、C、D点为长方体的边，其
高度为节点A、B、 C、D的高程值的平均值，计算长方体到航空重力测量点的地形影响值Δ
g1。向网格的两个方向扩展，以此类推计算每四个节点对应的拟合长方体到航空重力测量
点A的地形影响值Δgi。

[0047] 航空重力测量点的地形校正值之和为：

[0048] 航空重力测量点的布格重力异常值为：

[0049] G布格＝G自空-G地                      (2)

[0050] 其中G自空为航空重力测量点A的空间重力异常值，即通过航空重力测量获得。

[0051] 在一种实现方式中，步骤7之后还可以包括：获取下一航空重力测量点的地理位置信息、所述下一航空重力测量点的GNSS高程以及重力测量值，并重复上述对下一航空重力
测量点对应的地形改正量进行计算的步骤，直至完成所有航空重力测量点的地形改正量的
计算。

[0052] 具体的，针对每一航空重力测量点，重复上述步骤1-步骤6的计算步骤，直至所有航空重力测量点的地形改正量的计算。

[0053] 在一种实现方式中，还可以包括：对所有航空重力测量点的地形改正量进行逐点低通滤波，所述低通滤波的滤波尺度与航空空间重力异常的滤波尺度相对应。

[0054] 相应的，步骤7可以为：根据航空重力测量点的重力异常值以及滤波后的地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常值。

[0055] 本发明实施例提供还了一种航空重力测量点的布格重力异常值的计算装置的结构示意图，参见图4所示，包括：获取模块1、投影模块2、构建模块 3、地形改正值计算模块4、
地形改正量计算模块5以及布格重力异常计算模块6。

[0056] 获取模块1用于获取航空重力测量点的地理位置信息、所述航空重力测量点的GNSS高程以及重力异常值；

[0057] 投影模块2用于将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点的地理位置信息投影至地形高程数据网格中，得到高程投影点；

[0058] 构建模块3用于在地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方体，所述第一长方体的高度为四个节点高程值的平均值，所述地
形高程数据网格中包括多个节点的坐标值构成的栅格数据，所述地形高程数据网格中包括
多个节点的高程值；

[0059] 所述构建模块3还用于分别以所述四个节点作为起点，以地形高程数据网格中的网格长度作为边长，向背离投影点的方向延伸，构建第二长方体，所述第二长方体的高度为
底面上四个节点对应的高程值的平均值，重复构建第二长方体的步骤，直至节点的坐标值
超出预设范围为止；

[0060] 地形改正值计算模块4用于根据所述航空重力测量点到每一个长方体的高度差、所述航空重力测量点到每一个长方体的距离差、每一个长方体的密度以及万有引力常数计
算每一个长方体的地形改正值，其中，所述每一个长方体为第一长方体或第二长方体；

[0061] 地形改正量计算模块5，用于对所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；

[0062] 布格重力异常计算模块6，用于根据该航空重力测量点的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常。

[0063] 本实施例提供的航空重力测量点的布格重力异常值的计算装置，通过将航空重力测量点的GNSS高程转换至大地水准面高程，并将所述航空重力测量点的地理位置信息投影
至地形高程数据网格中，根据距离所述高程投影点最近的四个节点作为底面构建第一长方
体，分别以所述四个节点作为起点，重复构建长方体；计算每一个长方体的地形改正值，对
所有地形改正值进行求和，获得该航空重力测量点的地形改正量；根据该航空重力测量点
的重力异常值以及所述地形改正量获得该航空重力测量点的布格重力异常，可以实现航空
布格重力异常的计算。

[0064] 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航空重力测量点的布格重力异常值的计算方法的程序，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。

[0065] 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。

[0066] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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。

[0067] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

[0068] 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。

[0069] 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。

[0070] 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。