第9章海洋重力測量

1、現(xiàn)代海洋測繪現(xiàn)代海洋測繪趙趙 建建 虎虎|擾動(dòng)位、大地水準(zhǔn)面及垂線偏差 |海洋重力測量的干擾影響及消除 |海洋重力儀 |海洋重力測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施 |海洋重力測量的數(shù)據(jù)處理 |海洋重力異常的解釋及應(yīng)用 |思考題 海洋重力測量是在海上測定重力加速度的工作。按照施測的區(qū)域可分為:l海底重力測量（沉箱法和潛水法）、l海面（船載）重力測量、l海洋航空重力測量l和衛(wèi)星海洋重力測量。 海底重力測量海底重力測量與陸地重力測量類似，將重力儀安裝在淺海底固定地點(diǎn)或潛水器上，用遙測裝置進(jìn)行測量； 海面重力測量海面重力測量是將儀器安裝在航行的船上，在計(jì)劃航線上連續(xù)進(jìn)行觀測，因此，儀器除受重力作用外，還受船只航行時(shí)很多

2、干擾力的影響。如：徑向加速度，航行加速度，周期性水平加速度，周期性垂直加速度，旋轉(zhuǎn)影響，厄缶效應(yīng)的影響。 海洋重力測量: 為研究地球形狀，精化大地水準(zhǔn)面提供重力異常數(shù)據(jù)。 地球物理和地質(zhì)方面的研究提供重力資料。 在軍事方面，可為空間飛行器的軌道計(jì)算和慣性導(dǎo)航服務(wù)，提高遠(yuǎn)程導(dǎo)彈的命中率。 海洋航空重力測量海洋航空重力測量，既方便，又迅速，可進(jìn)行大面積測量，對廣闊的海洋重力測量數(shù)據(jù)的獲取具有重要的作用。 衛(wèi)星測高技術(shù)衛(wèi)星測高技術(shù)在海洋測量中的應(yīng)用極大的豐富了海洋重力數(shù)據(jù)的獲取方法，利用衛(wèi)星手段獲取海洋重力資料的精度和分辨率越來越高，與海洋重力儀所達(dá)到的精度和分辨率間的差距越來越小。用于測定地球重力

3、場場強(qiáng)要素的儀器稱之為重力儀。按其測量目的來分類，在某一點(diǎn)上測量該點(diǎn)絕對重力值的儀器稱為絕絕對重力儀對重力儀；用來測定兩點(diǎn)之間重力差的儀器稱為相對重力儀相對重力儀。海洋重力儀工作時(shí)，受動(dòng)態(tài)外部環(huán)境的影響很大。如：擾動(dòng)加速度 ，C效應(yīng) ，厄缶效應(yīng)等。 擾動(dòng)加速度是指測量船在實(shí)施海洋重力測量時(shí)，六個(gè)自由度上都有可能產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而造成的影響。 C效應(yīng)是指船體搖動(dòng)產(chǎn)生垂直和水平方向的加速度，作用在重力儀的擺桿上產(chǎn)生的誤差。 厄缶效應(yīng)：作用在重力儀彈性系統(tǒng)上的離心力是地球自轉(zhuǎn)慣性離心力和測量船速形成的離心力的合力，導(dǎo)致測量重力值不等于實(shí)際重力值的現(xiàn)象。 作用在地球表面任一質(zhì)點(diǎn)的重力g是引力F和慣性離心力

4、P的合力。如圖引力的方向指向地球質(zhì)心，慣性離心力的方向垂直于地球自轉(zhuǎn)軸向外，重力的方向即為垂線的方向。 由于地球表面形狀不規(guī)則和地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻，地球表面各點(diǎn)的引力和慣性離心力是不同的。所以，地球表面上各點(diǎn)的重力不是一個(gè)常數(shù)。它由赤道向兩極增大，同時(shí)還隨時(shí)間變化。如果全球陸地和海洋都測量了重力異常g，則可根據(jù)大地測量中邊值條件計(jì)算擾動(dòng)位。邊值的條件是： 式中r為地心向徑，R為地球平均半徑。大地水準(zhǔn)面的形狀可以用大地水準(zhǔn)面高或垂線偏差表示。由擾動(dòng)位T可以計(jì)算大地水準(zhǔn)差距N及垂線偏差的兩個(gè)分量和。 上式中，、為經(jīng)緯度，為正常重力值。由于衛(wèi)星測高方法的出現(xiàn)，在海洋上出現(xiàn)了與陸地不同的邊值條件：

5、 利用海洋上的衛(wèi)星測高資料可以計(jì)算平均海平面到橢球面的高度，從而可以計(jì)算重力擾動(dòng)g。 重力異常g和重力擾動(dòng)g的區(qū)別在于: g是顧及了潮汐影響后的平均海面上的重力g與正常重力之差;g是海面上的重力與正常重力之差。 利用衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)可以計(jì)算平均海面上的正常重力值。應(yīng)用g的優(yōu)點(diǎn)在于海面地形的影響可以消除。 以船載重力測量為例，介紹船載海洋重力儀工作時(shí)的主要擾動(dòng)干擾及其削弱或消除方法。 水平加速度的影響水平加速度的影響 重力測量船在實(shí)施重力測量時(shí)，與海水面平行的任意方向如果存在加速度，則會(huì)對重力測量成果產(chǎn)生一定的影響，這種影響稱為水平加速度的影響。 產(chǎn)生水平加速度的原因主要是測量船航向和航速的變化。為

6、了消除水平加速度的影響，船應(yīng)盡量保持勻速直線運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，海洋重力儀應(yīng)在結(jié)構(gòu)上采用相應(yīng)的措施，限制傳感器在水平方向的運(yùn)動(dòng)，使水平加速度的影響盡可能減小。 92 海洋重力測量的干擾影響海洋重力測量的干擾影響以KSS-5型海洋重力儀為例，為了消除與擺桿旋轉(zhuǎn)軸平行的水平附加加速度的影響，避免擺桿的左右晃動(dòng)，采用8根細(xì)絲將其拉緊 ，從而約束擺桿，使其只能在垂直面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。 當(dāng)水平附加加速度作用在擺桿上時(shí)，其作用效果是使擺桿和水平方向的夾角發(fā)生變化。這時(shí)，對擺桿產(chǎn)生的力矩為： 只要將擺桿保持在水平方向附近，即a角很小，則此種影響就可以大大削弱。 垂直加速度的影響垂直加速度的影響 受波浪的作用，測量船在航行過

7、程時(shí)不可避免地會(huì)產(chǎn)生垂直方向的涌動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)作用在海洋重力儀的傳感器上就反映出垂直方向的附加加速度。將測船垂直方向周期性附加加速度表示為：式中， 為垂直附加加速度； 和 分別表示垂直附加加速度的振幅和角頻率。將上式對周期取平均應(yīng)為零，即 理論上講，只要在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行觀測并取其平均值就可以消除垂直附加加速度的影響。但實(shí)際上由于垂直附加加速度的量級大大超過了重力儀的測程，單靠取平均值是無法消除的。 海洋重力儀的傳感器都采用強(qiáng)阻尼的辦法來削弱這種周期性垂直加速度的幅度。 設(shè)擺桿經(jīng)過強(qiáng)阻尼后在垂直附加加速度 引起的干擾力作用下作強(qiáng)迫振動(dòng)，如圖 擺桿的運(yùn)動(dòng)微分方程： 式中，m和l分別表示擺的質(zhì)量與擺

8、長；a表示擺桿相對水平方向的偏角；0表示扭轉(zhuǎn)彈簧的起始扭角；k和分別表示阻尼系數(shù)和扭力系數(shù)。 海洋重力儀為消除水平方向附加加速度的影響，通常將a角設(shè)計(jì)得很小。當(dāng)a角很小時(shí)，cosa 1，上式可變?yōu)椋?當(dāng)傳感器上只有重力作用而無附加加速度干擾時(shí)，擺桿的平衡方程式為：當(dāng)擺桿位于水平位置時(shí)，a=0，上式變?yōu)椋?（1）（2）（3）將（3）代入（1）并令 ， 則有： 由理論力學(xué)可知它的解為： 式中 由以上推理可知，當(dāng)當(dāng)z時(shí)，時(shí)，a00，這說明附加加速度的頻，這說明附加加速度的頻率越高，它對擺桿的影響越小。率越高，它對擺桿的影響越小。 海洋重力儀經(jīng)過強(qiáng)阻尼處理后，它的擺桿對高頻的垂直加速度海洋重力儀經(jīng)過強(qiáng)

9、阻尼處理后，它的擺桿對高頻的垂直加速度的反映非常遲鈍，而對變化比較緩慢、頻率很低的實(shí)際重力變化卻的反映非常遲鈍，而對變化比較緩慢、頻率很低的實(shí)際重力變化卻非常敏感，這就是海洋重力儀消除垂直附加加速度的基本原理非常敏感，這就是海洋重力儀消除垂直附加加速度的基本原理。 船姿傾斜的影響船姿傾斜的影響 測量船的橫搖和縱搖都破壞了海洋重力儀的垂直狀態(tài)，這對海洋重力測量有很大的影響。只有通過增設(shè)附屬設(shè)備，使得重力儀在測量船擺動(dòng)的狀態(tài)下仍然保持垂直。如安裝穩(wěn)定平臺(tái)。 交叉耦合效應(yīng)的影響（交叉耦合效應(yīng)的影響（C效應(yīng)）效應(yīng)） 海洋重力儀在測量時(shí)受到的擾動(dòng)加速度雖然分為垂直加速度和水平加速度兩種。但當(dāng)它們相互作用

10、在擺桿型重力儀上時(shí)，一旦滿足特定的條件就會(huì)產(chǎn)生附加的重力擾動(dòng)。這種現(xiàn)象稱為交叉耦合效應(yīng)，簡稱為C效應(yīng)。 在周期性外力作用下，擺桿偏角a包括兩部分：常偏角ao和隨擾動(dòng)加速度而變化的變偏角，表示為： 作用在擺上的力矩總和為： a角一般較小，可將sina和cosa展開成級數(shù)，并略去三次以上各項(xiàng)，得：（1）將上式在某一觀測時(shí)間內(nèi)取積分平均值，則含正弦一次項(xiàng)的積分均為零。當(dāng)x=z =時(shí)有：上式右邊第一項(xiàng)積分平均值也為零。再在（1）式中略去a平分項(xiàng)得： 上式中的a1就是強(qiáng)阻尼情況下擺作強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅。由下式： （2）（3）將（3）代入（2）得：（4）從上式可以看出，因水平加速度和垂直加速度的相互影響，相當(dāng)

11、于在重力中增加了 ,即C效應(yīng)。C效應(yīng)只有當(dāng)水平加速度的頻率x等于垂直加速度的頻率z時(shí)才會(huì)產(chǎn)生，否則（4）式的數(shù)值為零，不產(chǎn)生C效應(yīng)。 下面以KSS5重力儀為例介紹C校正方法。 根據(jù)從支點(diǎn)和重心上力矩平衡方程式可得： 上式中的z0和z分別為重力加速度和擾動(dòng)加速度引起擺桿前端的位移。 如果只考慮擾動(dòng)加速度引起的位移，可得： 擺桿在受正弦型外力作用時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也是正弦型的。用圖解的方法可以求出根據(jù)擺桿傾斜量x和支點(diǎn)平移量y之和（x+y）求得x的傳遞函數(shù)F。重力儀的附屬設(shè)備可觀測到（x+y）的綜合位移，將該信息輸出給C計(jì)算機(jī)，加速度計(jì)測出的水平加速度信息也輸出給C計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算傳遞函數(shù)F求得擺

12、桿的傾斜量，結(jié)合水平加速度值計(jì)算出交叉耦合效應(yīng)產(chǎn)生的誤差值，并實(shí)時(shí)對觀測重力值進(jìn)行改正。 若將A、B兩臺(tái)重力儀按右圖所示的方式組合，使其擺桿的方向相反進(jìn)行排列，可以制成無交叉耦合誤差的重力儀。 若無上述結(jié)構(gòu)的重力儀，可將兩臺(tái)重力儀擺桿的方向相反做相對排列，通過取出各重力儀輸出之和也能消除C誤差。厄缶效應(yīng)的影響厄缶效應(yīng)的影響 作用在重力儀彈性系統(tǒng)上的離心力是地球自轉(zhuǎn)慣性離心力和測量船速形成的離心力的合力，導(dǎo)致測量重力值不等于實(shí)際重力值，這種現(xiàn)象稱之為厄缶效應(yīng)。 重力儀按照原理、結(jié)構(gòu)和使用方法可分為： 杠桿型海洋重力儀、重荷置于彈簧上的海洋重力儀 振弦型海洋重力儀 、石英扭絲型海洋重力儀 、強(qiáng)迫平

13、衡海洋重力儀。 海洋重力按照其用途和工作特點(diǎn)，大致可以分為:絕對重力測量儀器野外觀測重力儀動(dòng)態(tài)重力儀以及固體潮和地震預(yù)報(bào)臺(tái)站觀測重力儀四類。 絕對重力儀除精度在不斷提高之外，正在向小型、輕便和高效率的方向發(fā)展。我國的絕對重力測量已進(jìn)入世界先進(jìn)行列。 93 海洋重力儀海洋重力儀 動(dòng)態(tài)重力測量主要用于安裝在運(yùn)動(dòng)著的載體上進(jìn)行的連續(xù)重力測量，如海洋船載重力測量、航空重力測量等。這些動(dòng)態(tài)海洋重力儀主要有美國重力Wood Hole海洋研究所的VSA重力儀，Bell航空公司海洋研究所的Bell重力加速度計(jì)，日本的TSSG 弦絲重力儀。性能最好，應(yīng)用最廣泛的是L&R海空重力儀。 L&R公司的新型重力儀采用線

14、性系統(tǒng)代替旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，從根本上消除了C效應(yīng)；采用硅油阻尼代替空氣阻尼，從而提高了儀器的抗震性和抗干擾性。 中國的海洋重力儀主要有：HSZ-2型石英海洋重力儀、 Zy-1振弦式海洋重力儀 、ZYZY 型遠(yuǎn)洋重力儀 、CHZ型海洋重力儀、DZy-2型海洋重力儀 海洋重力儀本身的儀器誤差有些是和陸地重力儀一致，如材料老化、零點(diǎn)漂移和突然掉格等；有些是由于考慮海洋重力儀特殊的工作環(huán)境而進(jìn)行的特殊設(shè)計(jì)帶來的誤差等。 n L & R 重力儀重力儀 主要以L & R擺桿型海洋重力儀為例來作以介紹。 L & R重力儀 L&R擺桿式海洋重力儀是根據(jù)立式地震儀原理設(shè)計(jì)的。如圖，重力儀傳感器中的擺桿為近似于水平放置的

15、橫桿，它可以繞水平軸旋轉(zhuǎn)。橫桿的另一端斜掛著一根彈簧，彈簧的上端連接著測微螺旋。通過改變彈簧端點(diǎn)的位置（即改變彈簧的張力）來平衡重力對擺桿的作用?？諝庾枘崞鲗[桿產(chǎn)生高阻尼，以減少垂直附加加速度對重力測量的影響。 L& R重力傳感器的構(gòu)造圖 L& R重力儀原理圖 讀數(shù)方法采用零位讀數(shù)法，即利用測微螺旋使重力擺回復(fù)到平衡位置（即零位），然后讀測微螺旋的數(shù)值。該數(shù)值經(jīng)處理以后可以化算為重力差。由計(jì)算機(jī)除消除水平加速度影響和進(jìn)行二次項(xiàng)改正，并對垂直附加加速度進(jìn)行濾波和進(jìn)行交叉耦合改正。當(dāng)觀測值送到計(jì)數(shù)器后，即可在重力讀數(shù)器上讀出經(jīng)過各項(xiàng)改正和濾波后的重力值。 讀數(shù)是自動(dòng)記錄的，擺桿的前端裝有反光鏡，

16、由光源射出的光線通過反光鏡反射到光電管上。當(dāng)橫擺在零位時(shí)，射在光電管感光面上的光量正好使連接在它線路上的電流計(jì)的指針指在零位上。如果橫擺偏出零位，則電流計(jì)上的電路產(chǎn)生電流，從而推動(dòng)測微螺旋，調(diào)節(jié)輔助彈簧的扭力使擺回復(fù)到零位。在海洋上進(jìn)行重力測量時(shí)擺桿的位置是不穩(wěn)定的，因此，上述調(diào)節(jié)工作是連續(xù)不斷地進(jìn)行的。 LR海洋重力儀的陀螺平臺(tái)由水平加速度計(jì)、陀螺儀、伺服放大器、轉(zhuǎn)矩馬達(dá)和陀螺進(jìn)動(dòng)裝置等部件構(gòu)成修正回路和穩(wěn)定回路。兩個(gè)水平加速度計(jì)起長周期水平儀的作用，成為兩個(gè)陀螺儀的基準(zhǔn)，修正陀螺漂移。且用來進(jìn)行交叉耦合改正計(jì)算。伺服放大器驅(qū)動(dòng)力矩馬達(dá)使陀螺平臺(tái)成為一個(gè)回轉(zhuǎn)羅盤，始終保持北向，成為慣性導(dǎo)航系

17、統(tǒng)。三個(gè)陀螺儀和兩個(gè)水平加速度計(jì)的輸出值用來計(jì)算厄缶效應(yīng)改正值。 LR海洋重力儀除重力傳感器和陀螺平臺(tái)以外，還包括電子控制單元和記錄單元，既可模擬輸出，也可用磁帶或打印機(jī)輸出數(shù)字形式的成果。 KSS-5 重力儀重力儀 1976年，海洋重力儀轉(zhuǎn)戶由波登斯威克地學(xué)系統(tǒng)公司生產(chǎn)，并在GSS-2型重力儀的傳感器基礎(chǔ)上又作了20余處改進(jìn)，主要集中于：提高抗干擾能力、增加穩(wěn)定性和長期工作能力，同時(shí)增加了自動(dòng)化處理能力。采用硬鋼絲和強(qiáng)磁鐵提高阻尼，改進(jìn)鎖制，設(shè)備前置放大，在電子線路中采用有源濾波器、交叉耦合效應(yīng)補(bǔ)償器和數(shù)字輸出等。改進(jìn)后命名為GSS-20，它與陀螺平臺(tái)設(shè)備（KT20KE20）、傳感器的控制裝

18、置GE20、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)DL20等部件共同組成新的海洋重力儀系統(tǒng)，即KSS-5型。 GSS-20重力傳感器的擺桿為扁平的鋁質(zhì)擺桿，長0.3米，由扭轉(zhuǎn)彈簧穩(wěn)定在一個(gè)平衡位置，其橫向運(yùn)動(dòng)受鎢制的8根細(xì)絲約束。彈簧系統(tǒng)中有兩個(gè)精細(xì)的螺旋彈簧。上測量彈簧的作用是使擺桿回復(fù)到平衡位置，并顯示出擺桿相對于水平位置的偏移，用于重力儀測程的校準(zhǔn)和調(diào)整；下測量彈簧長度變化量顯示出重力值的相對變化量。 傳感器的控制裝置GE20工作原理見圖： KSS-5型海洋重力儀系統(tǒng)的測量范圍為7000毫伽，可用于全球海洋的重力測量。KSS-5型海洋重力儀沒有轉(zhuǎn)彎補(bǔ)償裝置，只能在勻速直線航行時(shí)使用，測船轉(zhuǎn)向時(shí)不能使用，也沒有實(shí)時(shí)

19、處理的能力。 DL20數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖 海洋重力測量最常用的手段是將海洋重力儀安裝在海面船只上進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，對測量剖面提供連續(xù)的觀測值。該方法的顯著特點(diǎn)是測量船受到海浪起伏、航行速度、機(jī)器振動(dòng)以及海風(fēng)、海流等擾動(dòng)因素的影響，將使重力儀始終處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這些擾動(dòng)力必須在重力觀測中予以消除。 海洋重力測量技術(shù)設(shè)計(jì)海洋重力測量技術(shù)設(shè)計(jì) 接受海洋重力測量任務(wù)后，首先應(yīng)做好收集有關(guān)資料的工作，這些資料主要包括國內(nèi)、外出版的有關(guān)測區(qū)的各種海圖和航海資料；測區(qū)及其附近已有的海洋重力測量資料和重力異常圖；重力基點(diǎn)資料。94 海洋重力測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施海洋重力測量的設(shè)計(jì)與實(shí)施重力基點(diǎn)的作用有控制海洋重力儀零點(diǎn)

20、漂移測點(diǎn)的觀測誤差累積傳遞絕對重力值等?；c(diǎn)可分為三種.岸上基點(diǎn)：在沿岸港口或島嶼的固定深水碼頭上，并設(shè)立有牢固的標(biāo)志。 海上基點(diǎn)：設(shè)在開闊水域內(nèi)，海底地形平坦，為砂或泥底質(zhì)。每個(gè)基點(diǎn)閉合差應(yīng)滿足： 式中，n為基點(diǎn)數(shù)，m為基點(diǎn)設(shè)計(jì)精度。遠(yuǎn)洋區(qū)域無法建立基點(diǎn)時(shí)，應(yīng)收集和采用其它國家在大洋中已建立的較高精度的重力點(diǎn)作為結(jié)點(diǎn)。 （1）要指出海洋重力儀檢驗(yàn)的項(xiàng)目和要求，以及靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的時(shí)間、地點(diǎn)。（2）明確測量船?？看a頭比對重力基點(diǎn)的時(shí)間和要求。（3）提出測量工作圖板的圖幅大小、比例尺和在圖板上標(biāo)定船位的方法。 （4）在工作圖板上（或海圖上）進(jìn)行海洋重力測線布設(shè)、計(jì)算測線和航行里程以及設(shè)計(jì)海上

21、重力比對點(diǎn)、水文調(diào)查點(diǎn)的位置。（5）導(dǎo)航定位和水深測量的方法要求。 （6）提出海上重力測量資料初步整理要求。（7）明確作業(yè)規(guī)定和特殊的技術(shù)要求。除了作業(yè)的統(tǒng)一規(guī)定之外，還可根據(jù)任務(wù)的實(shí)際情況做出相應(yīng)的技術(shù)補(bǔ)充和規(guī)定。（8）規(guī)定應(yīng)上交的資料內(nèi)容。（9）制定船只、人員、物力的安排計(jì)劃。 海洋重力測量測線布設(shè)海洋重力測量測線布設(shè) 海洋重力測量測線的布設(shè)密度和測圖比例尺，要根據(jù)任務(wù)和條件來確定，主要考慮滿足計(jì)算平均空間重力異常的精度要求，同時(shí)滿足某些海域計(jì)算垂線偏差的精度要求。 布設(shè)原則：測線網(wǎng)的主、副測線一般布成正交形，近海主測線應(yīng)盡量垂直于區(qū)域地質(zhì)主要構(gòu)造線或海底地形走向線的方向；遠(yuǎn)洋區(qū)主測線如無

22、特殊地質(zhì)構(gòu)造情況，可按南北向布設(shè)或與等深線垂直方向布設(shè)。海底地形復(fù)雜地帶，要適當(dāng)加密測線，加密的程度以能完善地反映重力異常變化為原則。對測區(qū)中的島嶼四周水域，適當(dāng)布成放射狀網(wǎng)。對于相鄰圖幅、前后航次、不同類型儀器、不同作業(yè)單位之間的結(jié)合處要有檢查測線或重復(fù)測線。 測線的間隔距離，可根據(jù)下式計(jì)算而得：其中：m 為測線間距的大??；k 為誤差系數(shù)；x、y為長方形子塊邊長；b為密度系數(shù)，m2H 為水深代表誤差。 海洋重力測量的實(shí)施海洋重力測量的實(shí)施 海洋重力測量可以分為機(jī)載、船載、固定點(diǎn)投放等幾種方式。 海洋重力儀應(yīng)盡可能安裝在測量船的穩(wěn)定中心部位，即安置于船的橫搖、縱搖影響最小的艙室，同時(shí)要求受船的

23、機(jī)械震動(dòng)影響也要小。 海洋重力儀的記錄部分必須檢查校準(zhǔn)。調(diào)整兩記錄筆的零點(diǎn)，使紅筆模擬記錄和重力儀下測量軸度盤指示一致。 測量前兩天必須給重力儀加溫。通電后必須有人值班，并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)，如室溫、儀溫、光電流、水準(zhǔn)氣泡位置等。 測量船開航前必須取得位于碼頭（或港池、錨地處）重力基點(diǎn)的絕對重力值、重力儀在基點(diǎn)處穩(wěn)定后的讀數(shù)（1530分鐘）、比對時(shí)的水深等。 在一個(gè)航次或一個(gè)測區(qū)的測量任務(wù)完成后，最終應(yīng)閉合到海洋重力基點(diǎn)，并取得比對數(shù)據(jù)。 海洋重力測量的數(shù)據(jù)處理過程主要包括測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理、海海洋重力異常計(jì)算洋重力異常計(jì)算和海洋重力測量網(wǎng)平差海洋重力測量網(wǎng)平差三大部分。海洋重力測量的數(shù)據(jù)預(yù)處

24、理海洋重力測量的數(shù)據(jù)預(yù)處理 海洋重力測量數(shù)據(jù)預(yù)處理主要包括重力基點(diǎn)比對、海洋重力儀遲后效應(yīng)修正以及重力儀零點(diǎn)飄移改正。重力基點(diǎn)比對 為了控制和計(jì)算重力儀器的零點(diǎn)漂移（通稱為重力儀掉格）及測點(diǎn)觀測誤差的積累，同時(shí)將測點(diǎn)的相對重力值傳遞為絕對重力值，海洋重力測量要求在每一次作業(yè)開始前和結(jié)束以后，都必須將海洋重力儀（即測量船）置于重力基準(zhǔn)點(diǎn)附近進(jìn)行測量比對。 95 海洋重力測量的數(shù)據(jù)處理海洋重力測量的數(shù)據(jù)處理重力儀遲后效應(yīng)校正 為了消除或減弱擾動(dòng)加速度的影響，海洋重 力儀的靈敏系統(tǒng)均采用了強(qiáng)阻尼措施，因而產(chǎn)生了儀器的滯后現(xiàn)象。 為了標(biāo)定這一滯后時(shí)間，在使用儀器進(jìn)行作業(yè)以前，必須先在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行重復(fù)的

25、測試，然后取其平均值作為該儀器的滯后時(shí)間，登記在儀器觀測記錄簿上，以備對觀測進(jìn)行校正時(shí)使用。 重力儀零點(diǎn)漂移改正 由于海洋重力儀靈敏系統(tǒng)的主要部件，如主測量彈簧的老化及其他部件的逐漸衰弱而引起重力儀的起始讀數(shù)的零位在不斷地改變，這種現(xiàn)象稱為儀器零點(diǎn)漂移，又稱儀器掉格。 測線擬合及航向、航速計(jì)算測線擬合及航向、航速計(jì)算 海洋重力測量屬線狀連續(xù)型測量，測點(diǎn)數(shù)量之多是可想而知的。其野外提供的成果主要包括測點(diǎn)坐標(biāo)和觀測重力值，它們聯(lián)合組成資料后處理的起始數(shù)據(jù)。要想讓所有測點(diǎn)都參加平差計(jì)算，必須首先建立起測點(diǎn)與測點(diǎn)之間的函數(shù)相關(guān)模型，這項(xiàng)工作通常稱為測量航跡線復(fù)原，又稱航跡線擬合。多項(xiàng)式擬合法 首先將海

26、洋重力測量的每一條航跡線都表示為一組以時(shí)間t為自變量的基函數(shù)線性組合，即 式中，ai和bi（i=0，1，n-1）為待定系數(shù)，F(xiàn)i（t）代表基函數(shù)。 一般多項(xiàng)式航跡線擬合模型 上式是將海洋重力測點(diǎn)位置的兩個(gè)坐標(biāo)分量均表示為時(shí)間變量t的n次冪多項(xiàng)式形式，其中ckx和cky如為待定系數(shù)。 正交多項(xiàng)式擬合的計(jì)算公式推導(dǎo)過程：與上式等價(jià)的廣義多項(xiàng)式形式為： 式中，F(xiàn)k（t）是關(guān)于權(quán)Pi滿足正交條件：權(quán)pi可根據(jù)重力測點(diǎn)定位精度統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析確定，系數(shù)akx和aky由下式確定： 正交多項(xiàng)式Fk（t）由以下遞推公式計(jì)算： 式中, 這種處理方法的原理是在整條測線上使得重力測點(diǎn)坐標(biāo)與擬合點(diǎn)位坐標(biāo)之間的不符值滿足加

27、權(quán)最小二乘條件，求得正交多項(xiàng)式系數(shù)并化為等價(jià)的冪多項(xiàng)式形式。 厄缶改正厄缶改正 厄缶效應(yīng)是因?yàn)榭剖狭ψ饔玫慕Y(jié)果?？剖狭杀磉_(dá)為：式中：V為物體運(yùn)動(dòng)的速度，為地球自轉(zhuǎn)的角速度，A為船體航行的方位角，m為物體的質(zhì)量。 安裝在以航速V和航向A航行的船只上的重力儀所感受的重力值為： 式中，右邊第一項(xiàng)代表地球引力；代表地球角速度。地球面上的正常重力應(yīng)為：（1）（2）將（1）式減去（2）式并略加整理得厄缶改正計(jì)算式： 從以上厄缶改正模型可以看出，厄缶改正的精度取決與緯度誤差、航向誤差和航速誤差。 海洋重力異常計(jì)算及重力異常圖的繪制海洋重力異常計(jì)算及重力異常圖的繪制 （1）海洋重力測點(diǎn)絕對重力值計(jì)算式中，g0為重力基點(diǎn)的絕對重力值；K為重力儀格值；S為測點(diǎn)處重力儀讀數(shù)（經(jīng)遲后效應(yīng)改正）；S0為重力基點(diǎn)處重力儀讀數(shù)；gE為厄缶改正值；gK取為重力儀零點(diǎn)漂移改正值；g為測點(diǎn)的絕對重力值。（2）海洋空間重力異常計(jì)算式中, g為測點(diǎn)的絕對重力值；H為重力儀彈性系統(tǒng)重心至平均海面的高度；為測點(diǎn)處的正常重力值。（3）海洋布格重力異常計(jì)算式中，gF為空間重力異常；h為由平均海面起算的測點(diǎn)水深；h為瞬時(shí)海面至平均海面的高度；為地殼平均密度，一般取2.2gcm3或2.67gcm3；0為海水密度，取1.03gcm3。上式