基于高分辨率卫星重力和地形数据的月球Apollo撞击坑物理参数反演

针对表面载荷模型较难反演撞击坑物理参数,以往重力地形数据因分辨率低不适合大多数小尺度撞击坑物理特征分析,提出构建新的撞击坑载荷模型.结合内部载荷和最新高分辨率卫星重力地形数据,对Apollo撞击坑平均月壳厚度、平均月壳密度、载荷比、填充物比率和岩石圈弹性厚度等物理参数进行反演.结果表明模型导纳谱很好地拟合了观测导纳谱.本文求解的平均月壳厚度比较支持最新研究结果 34 km,平均月壳密度2480 kg/m3与最新给出的平均月壳密度2550 kg/m3相接近.研究区域的弹性厚度偏小,约为7 km.较小的弹性厚度可能与撞击坑地理位置及早期撞击事件有关,也可能与月球岩石圈的力学性质有关.     

基于卷积神经网络的重力异常反演

重力异常反演是地球勘探中常用的方法,它是通过地表观测重力异常推断地下介质的密度分布。针对传统反演方法存在的多解性、初始模型依赖和计算时间较长等问题,提出一种基于卷积神经网络(convolutional neural network, CNN)的重力异常反演方法,该方法首先通过大量正演计算获得训练数据集;然后采用该数据集训练CNN网络,使其建立从地表观测重力异常到地下密度模型之间的映射关系;最后将重力异常数据输入到训练好的卷积神经网络,得到对应的地下密度模型。实验结果表明,该方法能快速、准确的反演出地下重力异常体的密度、位置和形状,具有较强的泛化能力,能有效解决重力异常反演问题。     

基于不等式约束的重力三维聚焦反演

聚焦反演是目前较受关注的重力反演方法之一,能较好地还原异常体的紧凑构造和物性差异较大的边界,此外,不等式约束可以将反演参数限制在有意义的范围内,可以改善反演的多解性。基于此,本文将这两种思路融入重力三维反演中,引入对数转换函数法,实现了基于不等式约束的三维重力聚焦反演。模型试验表明：聚焦反演可以较准确地还原密度异常体的形状和范围,但在深部仍然存在虚假异常现象,而基于不等式约束的聚焦反演方法可以有效压制假异常,改善反演多解性问题;此外,分区域不等式约束可以提高先验物性信息应用的灵活性,获得更逼近真实模型的解。     

基于深度加权的重力异常广义线性反演成像方法及应用

重力异常数据的快速成像解释,因可以快速、稳定地获取地下地质体的赋存状态、密度分布、埋深等多种参数而得到广泛关注。在广义线性反演成像的基础上,给出合理的深度加权因子,建立了基于深度加权的广义线性反演成像方法。通过模型试验,验证了该方法具有分辨能力高、稳定性强等特点,并将其应用于实际数据处理中,与钻孔资料及前人文献资料很好地吻合。论证了所述方法的稳定性和可靠性,说明改进后的方法可以应用于实际资料的处理与解释。     

新一代重力卫星时变重力场滤波方法分析

新一代重力卫星的成功发射使连续监测全球陆地水储量变化成为现实.为了削弱高频误差和条带误差的影响,采用Level-2 RL06版本的时变重力场数据反演全球陆地水储量变化,并讨论了高斯滤波和Fan滤波的处理效果,并且利用水文模型数据进行验证.结果表明:采用滤波半径为250 km的Fan滤波和P3M8去相关滤波的组合算法既能...     

基于深度加权的重力异常广义线性反演成像方法研究及应用

重力异常数据的快速成像解释,因可以快速、稳定地获取地下地质体的赋存状态、密度分布、埋深等多种参数而得到广泛关注。在广义线性反演成像的基础上,给出合理的深度加权因子,建立了基于深度加权的广义线性反演成像方法。通过模型试验,验证了该方法具有分辨能力高、稳定性强等特点,并将其应用于实际数据处理中,与钻孔资料及前人文献资料很好地吻合。论证了所述方法的稳定性和可靠性,说明改进后的方法可以应用于实际资料的处理与解释。     

基于卫星测高的孟加拉湾海洋时变重力研究

针对GRACE卫星仅能探测到大空间尺度的重力变化,提出利用卫星测高数据反演高空间分辨率的海洋时变重力.首先将CryoSat-2卫星测高数据按月分组,基于每组海面高数据计算沿轨剩余大地水准面梯度和格网剩余垂线偏差,然后利用逆Vening-Meinesz公式反演月重力异常,最后基于全部月重力异常数据计算格网大小为3′的CryoSat-2时变重力.以孟加拉湾及其周边海域为例,在2011年2月—2020年4月间,CryoSat-2时变重力的周年振幅和周年相位分别为(0.10±0.03)μGal和98.84°±0.43°,同期GRACE数据的周年振幅和周年相位分别为(0.66±0.05)μGal和93.52°±0.08°,两者的周年信号基本一致;CryoSat-2和GRACE时变重力的线性趋势分别为(0.02±0.01)和(0.09±0.01)μGal/a,均表现为增长.结果表明：3′×3′格网的CryoSat-2时变重力能够反映出研究海域重力变化的季节性信号和长期趋势,验证了利用卫星测高数据反演高空间分辨率海洋时变重力的可行性.     

基于重力异常迭代延拓的南海海底地形反演

通过迭代延拓法对重力异常进行向下延拓,并对导纳法反演的中国南海海底地形进行精度评估.首先,利用HY-2A高度计数据通过最小二乘配置法计算得到重力异常,使用迭代延拓法将重力异常延伸至延拓面;然后,利用重力异常与海底地形的相干性,确定海深反演波段为20～115 km.基于CRUST 1.0全球地壳模型,得到均衡补偿模型参数...     

基于MODIS卫星遥感数据的大气气溶胶光学厚度优选反演方法

通过地面大气气溶胶的测定,可以反映大气浑浊度,进而在某种程度上确定区域的气候效应,其中关键技术是大气气溶胶光学厚度的反演.目前使用的卫星遥感气溶胶光学厚度反演算法中,扩展暗像元法精度较低而V5.2法适用范围较窄.提出了一种优选反演法,通过引入中红外通道表观反射率来选择扩展暗像元法或V5.2法.其中,在V5.2法中添加了Walthall双向反射分布订正.实验对比了相关方法反演的气溶胶光学厚度数据,结果表明所提方法可以弥补扩展暗像元法和V5.2算法各自的不足.     

基于激光测距的双机器人管道测绘方法

为解决传统天然气管道测绘设备只能测绘直管道且测绘距离近的问题,提出基于激光测距的双机器人管道测绘方法.管道分为水平直管道段、90°水平弯管道段、上/下坡管道段和复合管道.方法中两机器人从管道入口处开始交替匀速前进,直至离开管道,通过解算机器人获取的距离数据,得到每段运动中管道段的三维模型,最后进行拼接,完成对整条管道的测绘.实验结果表明,本方法实现了对不同管道的测绘,并有效提升了管道测绘的距离,2000m距离误差在4m内,误差率约为0.178%.     

利用重力卫星数据恢复地球质量迁移方法的研究

利用卫星重力数据反演地球质量迁移一直是地球物理研究领域的重要课题。主要讨论了基于重力场球谐函数反演地球表面质量变化的基本理论,推导了反演模型的基本理论公式。利用GRACE月重力场数据对反演模型公式进行了试算;并将试算结果与CPC和GLDAS模型数据进行了比较。比较结果表明:该反演模型能很好地反映某区域水储量变化,具有较好的适用性和精确性。     

基于Cryosat2与船载重力测量数据反演我国近海海域重力异常

基于Cryosat-2三年半的卫星测高GDR(geophysical data records)数据,使用海面高梯度,依据最小二乘配置方法得到了南海部分海域垂线偏差格网,结合移去-恢复技术采用逆Vening-Meinesz的球面一维傅里叶变换算法快速计算我国近海海域测高重力异常CASM_GRA.与船载重力测量数据融合后,重力场精度在2.75~5.38mgal之间,平均偏差在-0.21~0.45mgal之间.与DTU13重力场模型相比,平均值最大改进为12.98mgal,标准差最大降幅近3.40mgal.与Sandwell V23.1模型相比,平均值最大改进为13.58 mgal,标准差最大降幅为1.09mgal.     

GRACE时变重力信号反演方法研究的进展和展望

为了解决GRACE时变重力研究全球或区域质量迁移中信号失真问题,学者们多采用信号反演方法,以恢复地表真实质量迁移信息．时变重力信号反演是卫星时变重力研究中最核心的关键技术之一．然而,目前反演方法众多,如单一尺度因子法、变尺度因子法、Forward Modeling、频率域反演方法、空间域最小二乘反演法等,它们之间的共性、差异性及适用性尚不十分清晰,是有待解决的重要科学与技术问题．为此总结了常用的GRACE重力信号反演方法研究的进展与现状,讨论了目前存在的问题,对比了不同反演方法的优缺点、应用领域差异,提供了反演方法选择的思路,并展望了未来重力卫星发展趋势,为卫星时变重力应用研究提供科学参考和依据．     

卫星激光测距系统中激光指向偏差测量的图像处理方法研究

卫星激光测距系统中激光指向子系统与卫星观测子系统同步运行,从而保证激光束与卫星在同一视场,但不能保证激光束精确指向卫星.针对这一问题,需要使用图像处理技术,计算出激光束的光尖与卫星参考位置的偏差,从而调节激光束的发射角,使激光精确指向卫星.通过采用圆形平均滤波法进行图像预处理,提出矢量边界扫描法,在检测出激光图像边缘信息后,利用直线拟合获得了激光束的射入方向,最后计算出偏差.该方法应用于实际系统取得了较好的效果.     

直接通过卫星云图反演降水量的一个简单方法

本文利用数学建模思想,结合中国大陆地区的一个实例,给出了借助卫星云图直接推测降水量分布的一个简单方法。通过消除底图干扰,对一天内各时次的原始卫星云图进行叠加求平均等处理后,进行灰度线性变换和灰度级—彩色变换,分别得出表示降水分布的灰度图和彩图。将反演结果与地面观测资料进行比较,发现此方法比较适合中国北方和青藏高原地区,而在南方效果较差。     

基于重力卫星数据的华北平原地下水储量变化分析

采用GRACE卫星数据反演2002～2017年间华北平原地下水储量变化,并对该地区地下水储量变化进行时间序列分析,获取长期变化趋势.结果表明:华北地区地下水储量变化整体均呈现出下降的趋势,下降幅度最大的地方为黄河中下游地区,且山东中部和河南北部表现为加速下降的趋势,而京津冀地区的地下水储量的下降趋势得到了明显的减缓.     

重力异常界面反演的Gauss-Newton方法及其隐式迭代实现

首先根据重力异常积分公式及重力异常实测数据将确定异常源的密度界面问题归结为求非线性泛函极小化的变分问题,并在Ｈｉｌｂｅｒｔ空间中应用Ｇａｕｓｓ－Ｎｅｗｔｏｎ迭代方法进行求解．在实际计算中采用有限维试验函数空间对模型进行离散,每次迭代的增量由隐式迭代方法给出,以增强求解的稳定性     

基于WGS84正常重力公式的重力外部校正方法

以WGS84参考椭球为基准,建立地球表面正常重力公式。利用该公式可以直接计算地球表面每个测点的正常重力场,从而计算出测点所在位置的重力异常,避免重力外部校正过程中存在的高程起算面误差、重力正常椭球与参考椭球不一致引起的纬度误差、中间层密度不合理及地形校正破坏区域地质构造格架等问题。对实测重力数据的试算结果表明,利用建立的正常重力公式所计算的重力异常较之布格重力异常对构造的反映更加清晰,更能够发现细小的断层及岩体。     

基于Tikhonov 正则化微分形式的重力2D密度反演方法及其在鄱阳盆地的应用

详细讨论了用于计算重力密度分布的2D密度模型方法。该方法将已知地质地球物理数据作为先验信息以相对和绝对约束的形式引入反演方程中,从而在很大程度上减少了反演的多解性。首次利用洪吉诺夫正则化方法的微分形式处理重力数据的反问题,解决了方程解的病态性的同时进一步提高了反演结果的精度。将该反演方法应用于鄱阳湖盆地的剖面重力数据反演中,根据反演结果及重震综合解释结果将该盆地划分为三个构造分区。