海洋磁力測量的研究現(xiàn)狀

海洋磁力測量的研究現(xiàn)狀

1海洋磁力測量在地球物理的應用中，磁力學是一種發(fā)展最快、應用廣泛的方法。具有簡便易行、效率高、成本低、工作領域廣、不受地域限制、應用范圍廣等優(yōu)點。海洋磁力測量主要通過測量通航區(qū)域磁場的異常變化,判定通航區(qū)域是否存在磁性障礙物,具有分辨率高,不受障礙物是否漏出或掩埋的局限。正是海洋磁力測量對于通航區(qū)域的磁性物體尤其是掩埋的物體包括對通航區(qū)域有影響的鐵錨、水雷等有其它測量手段無法比擬的優(yōu)勢,因此在數(shù)據(jù)采集和磁力異常數(shù)據(jù)處理上受到越來越多的重視和研究。目前測量的方式已經(jīng)基于單個磁力測量拖體發(fā)展為多探頭的海洋梯度儀,它可以實時準確三維梯度向量測量,測量目標的確切位置,并且立即顯示在地圖上。在應用上消除了日變改正的需要,減少了設備和操作的成本。綜上所述,基于通航安全的障礙物測量手段多樣化,而采用多種測量方式的多種數(shù)據(jù)的融合處理已經(jīng)受到越來越多的重視和研究。在通航安全區(qū)域的測量中,海洋磁力測量作為重要的海洋測繪手段對于通航區(qū)域的水下磁性障礙物搜尋、海洋地磁調(diào)查、磁場分布和變化研究等具有十分重要的作用。尤其是海難事故的調(diào)查、發(fā)現(xiàn)和搜尋工作,其中海洋磁力測量在發(fā)現(xiàn)、定位磁性沉體中發(fā)揮著重要的作用。因此,就海洋磁力測量中對通航安全領域的水下目標磁探測方法展開研究及實踐具有一定的現(xiàn)實意義。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與趨勢的總結(jié)2.1海洋磁力儀激光儀儀早在兩千多年前,我國就已經(jīng)利用磁現(xiàn)象發(fā)明了指南針用于辨別方向。英國人威廉。吉爾伯特于1600年通過實驗提出,地球類似一個大磁體。1640年,瑞典利用羅盤找礦。1870年泰朗(Thalen)和鐵貝爾(Tiberg)研制成功萬用磁力儀。1915年德國人施密特(schmit)制造成功刃口式磁秤。1936年蘇聯(lián)人阿。阿。羅加喬夫試制成功感應式航空磁力儀。20世紀50代、60年代,美國、蘇聯(lián)又研制了質(zhì)子磁力儀用于海洋磁測。我國在1939年開始磁測工作,1960年北京地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)出CSI-60型懸絲式磁秤,觀測精度在2～5個納特,1875年生產(chǎn)出地磁通門磁力儀(CCM)1982年氦光泵航空磁力儀投產(chǎn),1983年退出CZM-2型底面之子磁力儀,1988年引進IGS-2/MP4和G856磁力儀,20世紀90年代,研制成新的地面氦光泵航空磁力儀。20世紀90年代研制生產(chǎn)的光泵航磁儀,分辨率達到0.0025nt,具有遠距離大寬度測量以及全球作業(yè)的整體性能。進入21世紀以來,加拿大MarineMagnetic公司生產(chǎn)的海洋三維質(zhì)子磁力梯度儀SeaQuest,成為第一個商業(yè)化的海洋磁力儀,已經(jīng)可以實時準確三維梯度向量測量,測量目標的確切位置,并且立即顯示在地圖上。在很多應用上消除了日變改正的需要,減少了設備和操作的成本。同時通過回音測深器或高度計測深精度0.1m,為垂直的梯度測量提供了精確的參數(shù)。SeaQuest可以有效抑制地形變化造成的磁力影響和加強附近小目標,在單軸梯度和陣列在軸方向上加強目標。它增強了小目標并抑制了地質(zhì)特征,是原來掩蓋在總場里的小目標變得非常明顯。我國在21世紀研究成功的RS-YGB6A型海洋氦光泵磁探儀(磁力儀)是一種原子磁力儀,是一種高精度磁異常探測器,適合于航空及海洋地球物理勘探中高精度磁測量,也可用于水下小目標探測。2.2衛(wèi)星定位和綜合測量系統(tǒng)我國的海洋測繪包括磁力測量在1994年以后隨著GPS技術(shù)應用取得了突飛猛進的發(fā)展,尤其是在沿岸GPS差分技術(shù)、廣域差分技術(shù)、精密單點定位技術(shù)、星際差分技術(shù)、實時動態(tài)定位技術(shù)、連續(xù)觀測站技術(shù)在控制測量及海上定位中得到了廣泛應用。除了美國的GPS以外,俄羅斯的GLONASS和我國的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)也被少量應用。同時,多個與海洋測量調(diào)查有關(guān)的專項陸續(xù)得到國家大批資金的支持,測量調(diào)查海域覆蓋我國管轄海域和部分西北太平洋海域,測量調(diào)查要素包括水深、重力、磁力、地質(zhì)、水文等,尤其是多波束水深測量系統(tǒng)在海軍、海事局、海洋局、地調(diào)局等部門得到空前廣泛的應用。1994年開始設計建造中遠海綜合測量船,到目前為止已經(jīng)建造了多艘6000噸級的中遠海綜合測量調(diào)查船,裝備有水深、重力、磁力、底質(zhì)、定位、水文等測量調(diào)查設備30多項,大大提升了中遠海海洋測量能力,體現(xiàn)了海洋測量的信息化、采集要素的多樣化、數(shù)據(jù)處理的實時化。海洋磁力測量作為海洋測量作業(yè)內(nèi)容之一納入了年度海洋測量任務。航空磁力測量覆蓋了我國的渤海、北海、東海和南海。海軍大連艦艇學院對海洋磁力測量理論和方法進行了深入系統(tǒng)的研究,并撰寫了海洋磁力測量專著。2.3磁力異常信號的探測及識別國內(nèi)外的磁探測目標技術(shù)的研究隨著磁場傳感器的測量精度不斷得到提高而發(fā)展起來的,在軍事上,美國海軍研究所研制了磁力異常信號導航系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以對水雷等目標進行自動搜索和二維的定位。美國海岸系統(tǒng)局已經(jīng)建立了一套磁性目標的探測、定位、識別系統(tǒng),正在積極開發(fā)研究埋藏在水下的地雷等相關(guān)武器的磁力異常探測、定位以及識別裝置。加拿大海軍也也正在研究并建立了水下電磁信號的研究機構(gòu),研究常規(guī)武器的電磁分布,并建立了相關(guān)的電磁分布模型。美國昆騰電磁科技公司在研究此異常目標技術(shù)的遠程控制以及監(jiān)視。盡管如此,然而國內(nèi)利用磁力異常進行目標定位的技術(shù)在軍事上的應用處于探索和初步應用階段,在磁場模型的建立等方面還有大量的工作需要進行深入的實驗研究。磁力測量數(shù)據(jù)中關(guān)于磁力異常信號的目標探測技術(shù),集中在理論分析上,在應用上遠遠落后于發(fā)達國家。在涉及水運工程的通航安全上,磁力儀雖然已經(jīng)被廣泛的應用,但磁力異常數(shù)據(jù)的采集、分析處理仍然不夠,需要針對通航安全的固有特點,對磁力測量異常數(shù)據(jù)的處理和目標的定位進行系統(tǒng)的研究,解決相關(guān)技術(shù)問題。3對磁力異常目標的定位方法的應用研究基于通航安全領域的水下磁力異常的目標探測技術(shù),一方面探索在目前通航安全研究領域內(nèi)磁力測量數(shù)據(jù)處理的理論方法和手段,其實質(zhì)就是提取磁力測量信號,并根據(jù)磁力測量信號的區(qū)別,分析并分離磁力異常信號,進而對產(chǎn)生的原因進行定量分析,并最終確定磁力異常目標的位置。利用磁力異常剖面圖、磁力異常平面剖面圖和等值線圖等不同方式對水下磁性體進行定位的方法研究;并對不同手段的定位精度進行分析。應著重研究了不同磁物體的數(shù)據(jù)采集和處理、不同的插值方法和濾波方法對磁力異常目標的確定定位帶來的影響,給出了適合采用的數(shù)學方法;同時研究將微分變換應用于弱磁異常的發(fā)現(xiàn)中,借助磁異常一階或高階導數(shù),增強了弱磁異常的表達和呈現(xiàn),方便了磁性體目標的發(fā)現(xiàn)和識別能力。另一方面通過工程實踐,根據(jù)理論方法對工程實踐中的數(shù)據(jù)進行處理、分析、比較和驗證,得出適合不同物體和磁力異常目標定位的方式和方法,從而為通航安全區(qū)域內(nèi)的障礙物查找、清除提供基礎數(shù)據(jù)。通過工程實踐,借助理論方法對工程實踐中的數(shù)據(jù)進行處理、分析、比較和驗證,給出適合不同物體和磁力異常目標定位的方式和方法,從而為通航安全區(qū)域內(nèi)的障礙物查找、清除提供理論支持和方法驗證。同時在借助其他領域的磁力探測手段的基礎上研究在水運工程的通航安全領域中的地磁測量方法研究:主要研究在地磁測量中的布線設置以及不同磁力儀器在不同地區(qū)的磁力測量最佳測量方法;地磁數(shù)據(jù)質(zhì)量控制:主要是如何減少人工剔除含有粗差數(shù)據(jù)的處理,以及采用合理的數(shù)學模型對數(shù)據(jù)的質(zhì)量進行嚴格控制;日變平滑及日變改正:布設日變站的最優(yōu)方案;減少日改正的影響改正。船