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物探与化探  2023, Vol. 47 Issue (2): 447-457    DOI: 10.11720/wtyht.2023.1289
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基于直升机航空重力同步地形的布格改正处理
屈进红1,2(), 姜作喜1,2, 周锡华1,2, 王明1,2, 罗锋1,2
1.自然资源部 航空地球物理与遥感地质重点实验室,北京 100083
2.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083
Airborne Bouguer gravity based on synchronous terrains surveyed using helicopter airborne gravimetry
QU Jin-Hong1,2(), JIANG Zuo-Xi1,2, ZHOU Xi-Hua1,2, WANG Ming1,2, LUO Feng1,2
1. Key Laboratory of Airborne Geophysics and Remote Sensing Geology,MNR, Beijing 100083,China
2. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources,Beijing 100083,China
全文: PDF(6569 KB)   HTML
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

重点勘探区内大规模的采矿活动从未间断过,矿山采空区、排土场和尾矿库等处在不断形变过程中。仍依靠搜集数字地形的方式,无法做到地形数据与航空重力测量数据的良好匹配,给航空重力地形改正和中间层改正带来极大的改正误差。本文通过直升机重磁测量系统的飞行GNSS大地高与无线电离地高度进行求差,再转换到正常高,最后经过调平和精细化处理获得同步实测地形。又与搜集的多种地形数据一起对比ICESat-2/ATL08星载激光高程,实测地形Wxd100和Wxd400的高程精度分别为5.33 m和8.93 m。使用实测地形进行航空重力布格改正后,矿区和多条典型测线的数据质量有了明显改善。
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屈进红
姜作喜
周锡华
王明
罗锋
关键词 ： 航空重力测量,  同步,  实测地形,  布格重力,  矿山    
Abstract：

Large-scale mining activities have been continued in key exploration areas. Consequently, the mined-out areas, waste dumps, and tailings ponds of mines are constantly deforming. As a result, the digital terrain method fails to make the terrain data closely match the airborne gravimetric data, leading to serious correction errors in airborne gravity terrain correction and stone-slab correction. This study calculated the difference between the GNSS geodetic height and the radio terrain clearance altitude of the helicopter gravity and magnetic survey system and then converted the GNSS geodetic height into normal height. Then, the synchronous surveyed terrains were obtained through leveling and fine-scale processing. Moreover, the surveyed terrain data, together with various collected terrain data, were compared with the ICESat-2/ATL08 spaceborne laser elevation. The results show that the surveyed terrains Wxd100 and Wxd400 had elevation precision of 5.33 m and 8.93 m, respectively. After airborne Bouguer gravity correction was conducted using the surveyed terrains, the data quality of the mining area and several typical survey lines was greatly improved.
Key words： airborne gravimetry    synchronization    surveyed terrain    Bouguer gravity    mine
收稿日期: 2022-06-10      修回日期: 2022-09-09      出版日期: 2023-04-20
ZTFLH:  P631.1  
基金资助:国家重点研发计划课题(2017YFC0601705);国家重点研发计划课题(2017YFC0601706)
引用本文:   
屈进红, 姜作喜, 周锡华, 王明, 罗锋. 基于直升机航空重力同步地形的布格改正处理[J]. 物探与化探, 2023, 47(2): 447-457.
QU Jin-Hong, JIANG Zuo-Xi, ZHOU Xi-Hua, WANG Ming, LUO Feng. Airborne Bouguer gravity based on synchronous terrains surveyed using helicopter airborne gravimetry. Geophysical and Geochemical Exploration, 2023, 47(2): 447-457.
链接本文:  
https://www.wutanyuhuatan.com/CN/10.11720/wtyht.2023.1289      或      https://www.wutanyuhuatan.com/CN/Y2023/V47/I2/447
ASTER SRTM1 AW3D30
水平基准 WGS84 WGS84 GRS80
高程基准 EGM96 EGM96 EGM96
空间分辨率/m 30 30 30
高程精度/m 12.6 9 4.4
覆盖范围 83°N~83°S 60°N~56°S 84°N~84°S
采集技术 立体像对 InSAR 立体像对
采集时间/年 1999~2008 2000 2006~2011
使用版本 V3 V3 V2.2
Table 1  全球公开版30 m分辨率DEM基本参数
Fig.1  测线L1710上部分搜集DEM数据与实测地形对比
Fig.2  高程之间的相互关系
Fig.3  实测地形处理过程
a— 初步实测地形;b—切割线调平后实测地形;c—微调平后实测地形;d—剥离城市高楼后实测地形
Fig.4  提取的条带干扰
Fig.5  Naudy非线性滤波提取条带干扰
Fig.6  多源DEM数据与缝合SRTM1后的实测地形数据
a—1:5万地形数据;b—ASTER数据;c—SRTM1数据;d—AW3D30数据;e—SRTM3数据;f—实测地形与SRTM1缝合
序号 东向距/m 北向距/m 高度/m 水平面/m
单点GNSS基站 1 0.699 0.995 2.315 1.216
2 0.599 1.395 2.632 1.519
3 0.565 1.390 2.366 1.500
单点GNSS移动站 1 1.292 2.817 4.839 3.099
2 1.071 2.241 3.268 2.484
3 1.061 1.817 3.456 2.104
DGNSS移动站 1 0.010 0.007 0.006 0.012
2 0.002 0.003 0.006 0.003
Table 2  定位静态观测标准差(STD)统计
Fig.7  地形高程重复线内符合精度统计
Wxd400 Wxd100
交叉点/个 609 4762
Min/m -33.15 -91.7
Max/m 67.75 98.6
ME/m 0.03 0.61
STD/m 5.71 7.97
RMSE/m 5.71 7.99
总精度/m 4.04 5.65
Table 3  实测地形中测网交叉点统计
Fig.8  轨道上ATL08激光数据在实验区分布
Wxd100 Wxd400 SRTM1 AW3D30 ASTER 1:5万 SRTM3
调整前 点数/个 22162 20456 22745 22745 22745 22745 22745
Min/m -116.87 -111.62 -125.98 -123.49 -125.37 -142.56 -123.73
Max/m 149.7 149.24 230.99 228.2 226.68 284.35 229.89
ME/m 1.54 2.42 -0.75 2.1 -4.2 -0.46 -0.31
STD/m 9.79 12.33 14.88 11.24 14.59 17.86 14.92
RMSE/m 9.91 12.56 14.90 11.43 15.18 17.87 14.93
调整后 点数/个 19279 17720 19848 19848 19848 19848 19848
Min/m -27.13 -83.83 -24.84 -21.56 -55.45 -38.24 -27.56
Max/m 44.9 80.03 37.94 49.86 39.72 53.54 35.72
ME/m 1.37 2.4 -0.51 2.08 -4.09 -0.05 -0.06
STD/m 5.15 8.60 3.66 3.78 7.84 4.39 4.07
RMSE/m 5.33 8.93 3.69 4.31 8.84 4.39 4.07
采集时间 2013.10~2014.1 2013.12~2014.1 2000.2 2006~2011 1999~2008 不详 2000.2
Table 4  基于ICESat-2/ATL08下的多源DEM数据统计
Wxd100 Wxd400 SRTM1 AW3D30 ASTER 1:5万 SRTM3
丘陵
及山区		 点数/个 9894 9048 10220 10220 10220 10220 10220
Min/m -27.13 -83.83 -24.84 -21.56 -55.45 -38.24 -27.56
Max/m 44.9 80.03 37.94 49.86 38.37 53.54 35.72
ME/m 2.48 3.62 0.3 2.61 -6.71 1.33 0.8
STD/m 6.71 11.74 4.75 4.83 8.35 5.69 5.40
RMSE/m 7.15 12.28 4.76 5.49 10.71 5.84 5.46
平原 点数/个 9313 8613 9547 9547 9547 9547 9547
Min/m -10.45 -15.84 -14.84 -9.24 -25.31 -15.87 -14.98
Max/m 35.01 49.27 16.46 46.54 39.72 20.52 17.1
ME/m 0.21 1.13 -1.35 1.54 -1.21 -1.49 -0.96
STD/m 2.14 2.23 1.52 2.07 6.08 1.20 1.29
RMSE/m 2.15 2.50 2.03 2.57 6.20 1.91 1.60
Table 5  基于ICESat-2/ATL08下的多源DEM数据分区统计
Fig.9  航空重力地形改正示意
序号 高程地形 分辨率/m 外符合总精度/
(10-5m· s - 2)		 采集时间
A1 1:5万 25 1.159 早于2000
A2 ASTER 30 1.305 1999~2008
A3 SRTM1 30 1.098 2000.2
A4 AW3D30 30 1.063 2006~2011
A5 SRTM3 90 1.097 2000.2
B1 1:5万_Wxd100 25 1.056 测区同步
B2 ASTER_Wxd100 30 1.090 测区同步
B3 SRTM1_Wxd100 30 1.054 测区同步
B4 AW3D30_Wxd100 30 1.057 测区同步
B5 SRTM3_Wxd100 90 1.056 测区同步
B6 SRTM1_Wxd400 30/80 1.059 测区同步
Table 6  不同地形数据改正下的航空布格重力外符合总精度
B1~A1 B2~A2 B3~A3 B4~A4 B5~A5 A5~A3 B6~B3
Min/(10-5m· s - 2) -5.281 -2.329 -3.800 -1.356 -3.746 -0.122 -0.562
Max/(10-5m· s - 2) 4.887 2.646 3.693 1.194 3.728 0.019 0.524
ME/(10-5m· s - 2) -0.206 -0.608 -0.201 0.063 -0.177 -0.048 -0.061
STD/(10-5m· s - 2) 0.589 0.581 0.420 0.242 0.412 0.007 0.126
Table 7  对应地形之间的布格重力差值统计
Fig.10  对应地形之间的布格重力异常差值
线号 1:5万 SRTM1 AW3D30 1:5万_Wxd100 SRTM1_Wxd100 AW3D30_Wxd100 SRTM1_Wxd400 地形改变
L1990 0.801 0.669 0.645 0.649 0.646 0.650 0.680 排土场
L2070 1.077 0.863 0.811 0.785 0.786 0.786 0.800 矿坑、尾矿库
L2110 1.080 0.913 0.874 0.862 0.862 0.861 0.870 矿坑、尾矿库
L2230 1.126 0.915 0.677 0.644 0.645 0.645 0.672 尾矿库、城市建筑
L2270 1.351 1.104 0.783 0.672 0.673 0.677 0.720 尾矿库、排土场
L2550 1.870 1.592 1.141 1.044 1.041 1.047 0.905 矿坑、排土场
L2590 1.849 1.565 1.059 0.947 0.945 0.951 0.933 矿坑、排土场
T9130 1.561 1.361 0.974 1.064 1.036 1.056 1.084 两处矿坑
T9140 1.699 1.308 0.747 0.672 0.672 0.676 0.665 排土场、尾矿库
Table 8  典型测线在不同地形数据改正下的航空布格重力外符合精度
Fig.11  测线L2270的航空布格重力异常对比
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