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    最小结构磁化率成像反演方法在水下目标探测中的应用

    胡正旺 吕邦来 杜劲松 孙石达 陈超

    胡正旺, 吕邦来, 杜劲松, 孙石达, 陈超, 2021. 最小结构磁化率成像反演方法在水下目标探测中的应用. 地球科学, 46(9): 3376-3384. doi: 10.3799/dqkx.2020.339
    引用本文: 胡正旺, 吕邦来, 杜劲松, 孙石达, 陈超, 2021. 最小结构磁化率成像反演方法在水下目标探测中的应用. 地球科学, 46(9): 3376-3384. doi: 10.3799/dqkx.2020.339
    Hu Zhengwang, Lü Banglai, Du Jinsong, Sun Shida, Chen Chao, 2021. Application of Susceptibility Imaging Method by Minimum-Structure Inversion to Underwater Target Detection. Earth Science, 46(9): 3376-3384. doi: 10.3799/dqkx.2020.339
    Citation: Hu Zhengwang, Lü Banglai, Du Jinsong, Sun Shida, Chen Chao, 2021. Application of Susceptibility Imaging Method by Minimum-Structure Inversion to Underwater Target Detection. Earth Science, 46(9): 3376-3384. doi: 10.3799/dqkx.2020.339

    最小结构磁化率成像反演方法在水下目标探测中的应用

    doi: 10.3799/dqkx.2020.339
    基金项目: 

    国家自然科学基金项目 42174090

    国家自然科学基金项目 41804067

    国家自然科学基金项目 41604060

    详细信息
      作者简介:

      胡正旺(1979-), 男, 博士, 讲师, 硕士研究生导师, 主要从事区域地球物理学方面的教学与研究.ORCID: 0000-0003-2932-9320.E-mail: hzw@cug.edu.cn

      通讯作者:

      吕邦来, E-mail: 376324342@qq.com

    • 中图分类号: P318

    Application of Susceptibility Imaging Method by Minimum-Structure Inversion to Underwater Target Detection

    • 摘要: 磁测技术对发现和确定水下目标十分有效,已被广泛用于探测水下沉船、水下掩埋管线、电缆和其他(电)磁性物体.然而,水下目标往往具有较强的剩磁与退磁特点,影响了定性解释结果和定量计算精度.为了更精准地确定和刻画水下目标的位置与形状,以磁异常模量数据为基础,采用最小结构模型进行磁化率成像反演;在模型试验中采用了L1范数和L2范数分别进行反演,并且对两者结果进行了对比分析,结果显示L1范数反演结果具有更为规则与清晰的边界,而L2范数反演结果则相对更为平滑.因此,对于常见水下目标磁测,L1范数反演更适合.以港珠澳大桥沉管隧道磁测数据为例,基于磁异常模量的最小结构模型反演了水下沉管的埋设状态,其平面位置、宽度和埋深具有较好的精准度.因此,本方法能够基于磁测数据更加精细地计算水下掩埋目标的位置和规模,具有较强的实际应用价值.

       

    • 图  1  正演磁异常(a)与下延35 m之后的磁异常(b)

      Fig.  1.  Synthetic magnetic anomaly (a) and its downward continuation by 35 m

      图  2  下延35 m之后的磁异常模量

      Fig.  2.  Synthetic magnetic magnitude transform Ta after downward continuation of 35 m

      图  3  单一长方体模量Ta异常反演结果

      Fig.  3.  Recovered susceptibility model from the synthetic magnetic magnitude transform Ta caused by the single cuboid

      图  4  港珠澳大桥岛隧工程位置示意

      Fig.  4.  Location sketch map of the island-tunnel project for the Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

      图  5  磁力测线位置分布(a)与磁异常(b)

      Fig.  5.  Distribution of the magnetic survey lines (a) and the magnetic anomaly map (b)

      图  6  磁异常模量Ta及反演剖面位置

      Fig.  6.  Magnetic magnitude transform Ta and the horizontal locations of the profiles for inversion

      图  7  两条测线对应观测ΔT磁异常及磁异常模量反演得到的磁化率成像结果

      Fig.  7.  Profiles of the ΔT magnetic anomaly and the cross-sections of the inversed susceptibility

      表  1  单一长方体模型参数

      Table  1.   Parameters of single cuboid model

      (长,宽,高)(m) 中心埋深(m) 磁化倾角(°) 磁化偏角(°) 磁化率(SI)
      (40, 8, 10) 50 40 25 1.2
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      表  2  反演过程相关设置参数及估算的管线几何参数

      Table  2.   Parameters used in the inversion and the estimated geometric parameters of the pipelines

      剖面 反演参数 结果几何参数
      坐标范围(m, m) 网格数(个, 个) 网格间距(m, m) 位置-深度(m, m) 高度-宽度(m, m)
      AA′ (0, 660) (166, 50) (4, 2) (303, 32) (12, 25)
      BB′ (0, 660) (166, 50) (4, 2) (304, 33) (10, 26)
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      表  3  反演结果与实际情况对比

      Table  3.   Comparison between the inversed results and the actual values

      数据来源 AA′ BB′
      中心点位置 中心点埋深 高度 宽度 中心点位置 中心点埋深 高度 宽度
      反演结果 303 32 20 28 304 35 19 29
      实际情况 302 34 8 22.5 306 34 8 22.5
      注:数据单位,m.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2020-11-04
    • 网络出版日期:  2021-10-14
    • 刊出日期:  2021-10-14

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