基于卡尔曼滤波的自然电场数据时序反演

自然电场法常用于环境与工程等领域的监测作业,但各时刻观测数据往往单独反演解释.为了充分利用时序数据间的关联信息,提高监测数据的反演解释可靠性,提出基于卡尔曼滤波的自然电场监测数据时序反演方法.根据达西定律和阿尔奇公式建立污染物在孔隙介质中的运动扩散的动态地电模型,作为用于构建卡尔曼滤波的状态模型.而卡尔曼滤波的观测模型则通过常规的自然电场法正演获得.在建立状态模型和观测模型的基础上,构建起卡尔曼滤波递归,将地电模型演化信息与自然电场观测数据进行信息融合,实现自然电场监测数据的时序反演.加入噪声的自然电场模拟数据测试表明时序反演算法具有较好的鲁棒性,对噪声不敏感.沙槽物理实验监测数据的计算测试也同样证明时序反演能有效处理监测数据,实现对动态模型的准确重构.

     

便携式近地表频率域电磁法仪器研究现状与发展趋势

本文介绍了便携式近地表FDEM（频率域电磁法）仪器的应用需求、构成原理与特点、研究现状及新技术动态,强调了可靠性在实际应用中的重要性,对仪器研制过程中涉及的硬件、软件与结构三个部分的可靠性问题进行了深入探讨,并分别给出相应的解决措施.分别讨论了以不断进步的嵌入式技术、模拟技术、并行处理技术、无线通信技术及分布式设计技术等为代表的新技术对便携式近地表FDEM仪器性能指标的影响,明确了从集成度、功耗、精度、处理能力等方面提升便携式近地表FDEM仪器的整体性能是未来发展的方向,以期早日使得具有中国自主知识产权的便携式近地表FDEM仪器实现产业化,为新丝绸之路发展做出贡献.采用新设计理念,结合有效的新技术将提高近地表FDEM电磁勘探仪器的综合指标.可以预见,便携式近地表FDEM仪器功耗性能将会堪比现有智能手机功耗性能,勘探深度范围更广,分辨率更高,体积更小,更加便于携带和使用.

     

电磁法观测系统采样时钟不确定度及误差研究

电磁法观测系统中,采样时钟质量直接影响高精度ADC的信噪比,而高精度ADC芯片的信噪比作为电磁法观测系统信号检测非常关键的指标,决定了获取数据的质量.采样时钟的时间抖动是时钟孔径不确定度产生的原因,导致电磁法观测系统中ADC数据转换的信噪比变差,严重影响电磁系统观测质量,为此提出了ADC采样时钟不确定度最大时间抖动的确定方法.该方法通过对ADC采样过程进行时域、频域分析,借助正弦波导数给出采样时钟孔径不确定度引起的采样数据误差数学描述,结合极大值法与ADC信噪比计算方法获取系统信噪比需求范围内的最差时钟孔径不确定度,进而计算出相应采样时钟的最大时间抖动误差.以地球物理仪器中常用的ADC芯片AD7760为例进行了相应的时钟抖动误差计算,确定时钟的孔径不确定度抖动时间.根据信噪比指标确定了时钟孔径不确定度后,采用压控恒温晶振跟踪GPS信号中的秒脉冲的方法,保证时钟抖动误差能够满足AD7760的要求,根据测试表明,在GPS失锁4 h内,时钟输出能够满足技术要求.

     

基于实测重力异常和地形数据确定重力梯度的研究

本文利用澳大利亚北领地West Arnhem Land 地区实测重力异常数据并联合DEM(9")和SRTM3(3")地形高程数据,使用移去-恢复技术和Stokes积分方法计算了该地区两条剖面的重力梯度及其功率谱密度,使用FFT方法解算了整个地区的重力梯度值,结果证明了联合重力异常数据和高分辨率地形高程数据能有效地提高重力梯度的解算精度;功率谱密度的计算结果与国外成熟的重力梯度功率谱密度模型相吻合,表明高于0.3 Hz频率范围的功率谱密度可看做噪声,为重力梯度数据处理中噪声的辨别和剔除提供了借鉴,另外对重力梯度辅助导航基准图的构建以及重力梯度测量系统的标定提供了有益的探索.     

曹妃甸滨海区浅层地下水腐蚀性评价

浅层地下水对地下建筑具有一定的腐蚀性,影响建筑物安全,沿海地区尤为严重.随着曹妃甸新区城市建设的加快,浅层地下水和土对工程的腐蚀性及对工程结构设计的影响也越来越受到关注.本文对曹妃甸滨海区的地下水腐蚀性数据进行了统计分析,并对地下水的侵蚀性进行了评价,得出曹妃甸滨海区域地下水腐蚀性的规律.浅层地下水对混凝土结构具有弱-强的腐蚀性,自北向南逐渐加重;对混凝土结构中的钢筋普遍具有腐蚀性,对钢结构具有弱-中等腐蚀性,总体向南加重.此研究可以为区内的城市规划和工程建设提供借鉴.     

航空重力傅里叶基追踪低通滤波方法研究

航空重力测量受到各种各样的高频噪声干扰,因此,低通滤波是提取重力信号的重要环节,其关键在于设计性能优越的低通滤波器.目前航空重力测量中常用FIR（Finite Impulse Response）低通滤波方法存在明显的滤波边缘效应,导致不得不舍弃边缘部分数据.针对这一问题,本文引入一种可以有效抑制边缘效应的新方法——傅里叶基追踪低通滤波方法（Fourier Basis Pursuit Low Pass Filter,FBPLPF）.该方法通过基追踪准则,选择全局优化,采用凸优化中的内点算法,将低频信号挤压在低频上,实现低频信号与高频信号的有效分离,能够有效减少有限时间序列造成的谱污染和谱泄漏.最后利用仿真实验和实测数据对该方法进行了验证,均方根误差（RMS）东西测线为0.7×10^-5 m·s^-2,南北测线为1.4×10^-5 m·s^-2,与FIR低通滤波方法舍弃边缘数据后统计的均方根误差相当.表明该方法可以不舍弃或者舍弃少量边缘数据,提高航空重力数据的利用率.

     

利用重力异常数据构建重力梯度场的方法比较

为实现大范围、高精度基准重力梯度数据库的构建,考虑到重力梯度场对地形质量的敏感效应,一般利用恒密度数字高程模型来求取重力梯度值,从而忽略了地形密度变化以及水准面以下密度异常对重力梯度的影响。根据重力位理论中求解边值问题的数值应用方法,直接利用重力异常数据求取重力梯度场,弥补了密度变化和密度异常在重力梯度上的反映。根据模型算例和实测重力异常数据求取了剖面重力梯度值,结果表明,限于重力数据空间分辨率的影响,利用重力异常数据可恢复中长波段重力梯度场。该方法与地形数据求取重力梯度和卫星重力梯度测量等方法技术相结合,对重力梯度数据库的建设具有实际应用价值。     

基于 GIS 的海岸带环境地质管理信息系统的设计与实现——以河北省曹妃甸地区为例

随着海岸带和近海的快速开发,海洋地理信息系统(MGIS)越来越受重视.本文以河北省曹妃甸地区为例,将海岸带作为研究对象,结合环境地质学理论,综合利用地理信息系统、遥感、数据库、评价模型建模及三维可视化等技术手段,尝试构建了海岸带环境地质管理信息系统(CEGIS).该系统分三个功能模块:数据管理维护子系统、数据分析评价子系统和三维建模子系统,实现了数据的统一管理和应用.     

内蒙古乌兰浩特沙巴尔吐地区上二叠统林西组重新划分

本文作者在内蒙古乌兰浩特北沙巴尔吐一带开展1：5万区调时,根据岩石组合、古生物特征、沉积环境等对出露于该地区扎格斯台一带的一套黑色砂板岩进行了重新厘定。重新厘定后的林西组为一套黑色板岩、粉砂岩夹细砂岩地层组合,具陆相沉积特征。该套地层在原1：20万区调工作中被划归索伦组（P₁s）,原1：25万区调又将其划归哲斯组（P₂zs）,本次将上部陆相碎屑岩部分重新厘定为上二叠统林西组。该地层的重新厘定对本区寻找烃源岩有重要的指导意义。     

西北地区侏罗纪煤的煤岩学特征

我国西北侏罗纪煤储量巨大,煤质优良,多低灰、低硫,被称为“优质煤”。在总结前人研究成果基础上,对其煤岩学特征及其地质控制因素进行了探讨。研究认为,不同地质背景下形成的煤其煤岩学特征表现各异,如新疆的艾维尔沟、阜康等矿区的煤可用于炼焦,神华煤可直接液化,吐哈盆地的煤具有成油潜力。西北中侏罗世煤普遍富含惰质组,贫矿物质最为显著,与我国东部石炭－二叠纪煤以及国外“冈瓦纳煤”均存在较大差异,西北侏罗纪煤煤岩类型独特,是大型内陆型盆地演化的产物,多属低变质烟煤,局部也有中、高变质烟煤和无烟煤,还出现一个褐煤矿点。在煤地质学与煤岩学、煤化学等方面的深入研究,对今后洁净、高效、合理地利用西北侏罗纪优质煤资源十分重要。