侯帥

摘要：本文提出一種進(jìn)行異常分離預(yù)處理的方法，剔除數(shù)據(jù)中受局部異常影響較大的數(shù)據(jù)，然后使用趨勢(shì)分析進(jìn)行擬合求得區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：趨勢(shì)分析；區(qū)域異常；局部異常

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）19-0205-02

異常分離的過程中，目前的方法都會(huì)用到整個(gè)測(cè)區(qū)的數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中的局部場(chǎng)與區(qū)域場(chǎng)會(huì)相互干擾，從而影響分離結(jié)果，特別是局部場(chǎng)幅值大，變化劇烈時(shí)，會(huì)導(dǎo)致分離程度不高。因此，在進(jìn)行異常分離的過程中，如果能夠去除受局部場(chǎng)影響較大的測(cè)點(diǎn)，得到的分離結(jié)果會(huì)更加可靠。本文提出了一種改進(jìn)的預(yù)處理方法，在使用垂向一階導(dǎo)數(shù)的基礎(chǔ)上，計(jì)算垂向一階導(dǎo)數(shù)的歸一化法線和垂直向上的內(nèi)積，使用內(nèi)積結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，刪除不滿足條件的數(shù)據(jù)，使用剩余的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行異常分離。

一、篩選預(yù)處理原理

先對(duì)原始異常求垂向一階導(dǎo)數(shù)，根據(jù)垂向?qū)?shù)中局部異常邊緣所在的法線方向相比其他位置的法線方向偏離垂直向上方向更遠(yuǎn)，可以用來圈定局部異常，首先需要計(jì)算垂向?qū)?shù)的法線向量。

如圖要計(jì)算點(diǎn)v0的法線向量，假設(shè)網(wǎng)格水平方向間距為Δx，垂直方向間距為Δy，x和y為v0所在的測(cè)點(diǎn)位置，z0為v0點(diǎn)的幅值，則v0的坐標(biāo)為（x，y，z0），同樣求出v1，v2，v3，v4的坐標(biāo)。有了所有的坐標(biāo)之后，就可以計(jì)算向量v0v1=v1-v0和v0v2=v2-v0，則v0在右上網(wǎng)格的法線為n1=v0v1×v0v2。同樣的先分別計(jì)算出向量v0v3，v0v4，然后求得v0在其他三個(gè)網(wǎng)格的法線n2，n3，n4，最后v0在所有網(wǎng)格的法線相加歸一化就可以得到v0的法線向量n。計(jì)算出垂向?qū)?shù)的法線之后，則法線偏離垂直向上方向的大小可以由p=n·up計(jì)算得到，其中up=（0，0，1）1。

求得法線的偏離結(jié)果后設(shè)置一個(gè)閾值，比閾值小的位置認(rèn)為是異常的邊緣位置，然后將其設(shè)置一個(gè)標(biāo)記。接下來通過檢測(cè)被標(biāo)記包圍的區(qū)塊的大小，區(qū)塊較長(zhǎng)的認(rèn)為是區(qū)域異常，比較小的認(rèn)為是局部異常。最終只刪除局部異常的中心和邊緣的數(shù)據(jù)，從而完成篩選。接下來使用趨勢(shì)分析法來擬合篩選后的數(shù)據(jù)就可以分離得到區(qū)域場(chǎng)和局部場(chǎng)。

二、理論模型試驗(yàn)

本章設(shè)置了包含一個(gè)直立長(zhǎng)方體和一個(gè)球體的組合模型來研究篩選預(yù)處理的效果。球體的半徑是100m，球心坐標(biāo)（300，300，200）m，剩余密度1x103kg/m3。長(zhǎng)方體的長(zhǎng)為3000m，寬為3000m，高為400m，中心坐標(biāo)（0，0，700）m，剩余密度1×103kg/m3。測(cè)區(qū)網(wǎng)格大小2000m×2000m，網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)201×201。長(zhǎng)方體代表區(qū)域場(chǎng)，球體代表局部場(chǎng)。

上圖為正演計(jì)算得到的重力異常圖。然后對(duì)疊加重力異常進(jìn)行篩選預(yù)處理，垂向?qū)?shù)法線偏移的閾值設(shè)置為0.6，剩余區(qū)塊長(zhǎng)度閾值設(shè)置為10。并使用趨勢(shì)分析法分別對(duì)沒有進(jìn)行篩選的異常數(shù)據(jù)和經(jīng)過篩選處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，趨勢(shì)分析的階次為4階。

從篩選后的異常值中可以看出，局部異常所在位置的數(shù)據(jù)被完整的刪除了。相比較于趨勢(shì)分析區(qū)域場(chǎng)，篩選趨勢(shì)分析區(qū)域場(chǎng)的幅值范圍與理論區(qū)域場(chǎng)的幅值范圍更加接近，說明新的預(yù)處理方法可以提高趨勢(shì)分析的區(qū)域場(chǎng)效果。同樣的篩選趨勢(shì)分析局部場(chǎng)的幅值范圍也和理論局部場(chǎng)的幅值更接近，負(fù)虛假異常的幅值也更小。

三、結(jié)論

本文提出了一個(gè)新的用于異常分離預(yù)處理的方法，該方法使用異常的垂向?qū)?shù)法線作為依據(jù)，并設(shè)置閾值來剔除原始異常中受到局部異常影響的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后使用趨勢(shì)分析法擬合區(qū)域場(chǎng)，降低局部異常數(shù)據(jù)的影響，提高了分離的效果。并使用模型進(jìn)行了驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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