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一種地磁場空間延拓算法的評估方法

閱讀：340發(fā)布：2020-05-15

專利匯可以提供一種地磁場空間延拓算法的評估方法專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 公開了一種地 磁場 空間延拓 算法 的評估方法，包括：建立 地磁場 空間延拓算法的單項評價指標(biāo)的評估標(biāo)準(zhǔn)，所述單項評價指標(biāo)包括延拓 精度 、延拓距離、延拓面積、噪聲影響和延拓計算時間；其中，以地磁場空間延拓算法的延拓結(jié)果對理論數(shù)據(jù)的相對均方誤差作為延拓精度的標(biāo)準(zhǔn)；建立包含各單項評價指標(biāo)的綜合評估標(biāo)準(zhǔn)；根據(jù)地磁場空間延拓算法的延拓結(jié)果，計算綜合得分，對該地磁場空間延拓算法進(jìn)行評級。本發(fā)明的評估方法可為地磁場空間延拓算法提供定量評估依據(jù)，評估方法簡單，對如何選擇延拓算法、如何判斷所選擇的延拓算法是否符合應(yīng)用要求也提供了依據(jù)，并可對地磁場空間延拓算法適應(yīng)性進(jìn)行定量評估。，下面是一種地磁場空間延拓算法的評估方法專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，包括：
（1）建立地磁場空間延拓算法的單項評價指標(biāo)的評估標(biāo)準(zhǔn)，所述單項評價指標(biāo)包括延拓精度、延拓距離、延拓面積、噪聲影響和延拓計算時間；其中，以地磁場空間延拓算法的延拓結(jié)果對理論數(shù)據(jù)的相對均方誤差作為延拓精度的標(biāo)準(zhǔn)；
（2）建立包含各單項評價指標(biāo)的綜合評估標(biāo)準(zhǔn)，綜合評估標(biāo)準(zhǔn)得分公式為：
W=W1×P精度+W2×P距離+W3×P面積+W4×P噪聲+W5×P時間，
其中，W為綜合得分；
P精度、P距離、P面積、P噪聲、P時間分別表示延拓精度的評估標(biāo)準(zhǔn)得分、延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)得分、延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)得分、噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)得分以及延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)得分；
W1、W2、W3、W4、W5分別表示延拓精度的權(quán)系數(shù)值、延拓距離的權(quán)系數(shù)值、延拓面積的權(quán)系數(shù)值、噪聲影響的權(quán)系數(shù)值以及延拓計算的權(quán)系數(shù)值；
（3）根據(jù)地磁場空間延拓算法的延拓結(jié)果，計算綜合得分，對該地磁場空間延拓算法進(jìn)行評級：
若綜合得分為90-100分，則評定該地磁場空間延拓算法為A級；
若綜合得分為80-89分，則評定該地磁場空間延拓算法為B級；
若綜合得分為70-79分，則評定該地磁場空間延拓算法為C級；
若綜合得分為60-69分，則評定該地磁場空間延拓算法為D級；
若綜合得分小于60分，則評定該地磁場空間延拓算法為E級。
2.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，所述相對均方誤差的計算公式為：
其中xcon是延拓計算值，xobs是觀測值或理論值， N為觀測數(shù)據(jù)，ε
為相對均方誤差。
3.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，所述延拓精度的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
（1）對不含噪聲的理論數(shù)據(jù)，延拓精度的評分標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P精度=（1-ε×10）×100，
其中，P精度為延拓精度的評估得分，ε為延拓結(jié)果的相對均方誤差；
（2）對含噪聲的理論數(shù)據(jù)，延拓精度的評分標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P精度=[1-（ε-E0）×10]×100，
其中，P精度為延拓精度的評估得分，ε為延拓結(jié)果的相對均方誤差；E0為理論數(shù)據(jù)噪聲；
（3）對含噪聲的實測數(shù)據(jù)，延拓精度的評分標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P精度=[1-（ε-E觀測）×10]×100，
其中，P精度為延拓精度的評估得分，ε為延拓結(jié)果的相對均方誤差；E觀測為觀測數(shù)據(jù)噪聲。
4.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，所述延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%的情況下，延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P距離=d×10，
其中，P距離為延拓距離的評估得分，d為向下延拓的距離，單位為千米，若d>10km時，P距離=100。
5.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，所述延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)網(wǎng)格間距為500米時，在延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%的情況下，延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P面積=s×0.002，
其中，P面積為延拓面積的評估得分，s為地磁場空間延拓算法能夠處理的最大數(shù)據(jù)面
2
積，單位為平方千米，當(dāng)s>50000km 時，P面積=100。
6.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，所述噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%時，則噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P噪聲=e×20×100，
其中，P噪聲為噪聲影響的評估得分，e為地磁場空間為延拓算法能處理的最大數(shù)據(jù)噪聲，且e<5%。
7.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，所述延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%時，延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
P時間=100，t<1min，
P時間=（100-t），1minP時間=0，t>100min；
其中，P時間為延拓計算時間的評估得分，t為在CPU頻率不高于2.27GHZ，內(nèi)存不大于
2GB的微機上，延拓1024×1024個數(shù)據(jù)點的需要的CPU時間。
8.如權(quán)利要求1所述的地磁場空間延拓算法的評估方法，其特征在于，步驟（2）中，各單項評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)值主觀取值，各單項評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)值的總和為1。

說明書全文

一種地磁場空間延拓算法的評估方法

技術(shù)領(lǐng)域

[0001] 本發(fā)明涉及地球物理勘探技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種地磁場空間延拓算法的評估方法。

背景技術(shù)

[0002] 隨著科技發(fā)展和應(yīng)用需要的不斷增加，地球物理勘探技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求不斷增加。
[0003] 磁法勘探是地球物理勘探中一種不可替代的重要探測手段，主要有航空、地面、海面和海底磁測。這些磁測技術(shù)所獲得的磁測數(shù)據(jù)是各種磁測數(shù)據(jù)解釋方法及其應(yīng)用效果的基礎(chǔ)。但是由于磁測環(huán)境、磁測成本、磁測時間、以及磁測工作量等方面的限制，不可能按照各種磁測數(shù)據(jù)解釋方法及其應(yīng)用要求進(jìn)行磁測。因此，經(jīng)常在磁測數(shù)據(jù)解釋及應(yīng)用中需要進(jìn)行上下延拓。例如磁測解釋方法需要將航空磁測向下延拓至海面，磁導(dǎo)航、磁探艇等需要將地面或航空磁測數(shù)據(jù)向上延拓或向下向海洋深部延拓，以建立地磁場模型，實現(xiàn)導(dǎo)航探艇目標(biāo)。
[0004] 因此，在磁法勘探中，發(fā)展了大量的位場延拓算法，包括迭代法、等效源法、傅里葉變換法、反演擬合法、泰勒級數(shù)法等，這些方法都有不同的應(yīng)用條件、不同的計算時間、不同的延拓精度和不同的延拓效果，如何評價這些延拓算法的效果是現(xiàn)實應(yīng)用中不可避免的問題，同時，地磁場空間延拓算法評估方法和標(biāo)準(zhǔn)也是實際應(yīng)用中重要環(huán)節(jié)，尤其在磁探測、磁導(dǎo)航等應(yīng)用中，如何選擇延拓算法、如何判斷所選擇的延拓算法是否符合應(yīng)用要求，是當(dāng)前迫切需要進(jìn)行研究的課題。
[0005] 因此，研究地磁場空間延拓算法評估方法和標(biāo)準(zhǔn)，對地磁場空間延拓算法適應(yīng)性進(jìn)行定量評估，有著重要的實際意義。目前國內(nèi)外都很少有這方面的研究和報道，未有地磁場空間延拓算法的評估方法，使得這方面的研究更加需要。

發(fā)明內(nèi)容

[0006] 本發(fā)明提供了一種地磁場空間延拓算法的評估方法，為地磁場空間延拓算法提供了定量評估依據(jù)，且評估方法簡單。
[0007] 一種地磁場空間延拓算法的評估方法，包括：
[0008] （1）建立地磁場空間延拓算法的單項評價指標(biāo)的評估標(biāo)準(zhǔn)，所述單項評價指標(biāo)包括延拓精度、延拓距離、延拓面積、噪聲影響和延拓計算時間；其中，以地磁場空間延拓算法的延拓結(jié)果對理論數(shù)據(jù)的相對均方誤差作為延拓精度的標(biāo)準(zhǔn)；
[0009] （2）建立包含各單項評價指標(biāo)的綜合評估標(biāo)準(zhǔn)，綜合評估標(biāo)準(zhǔn)得分公式為：
[0010] W=W1×P精度+W2×P距離+W3×P面積+W4×P噪聲+W5×P時間，
[0011] 其中，W為綜合得分；
[0012] P精度、P距離、P面積、P噪聲、P時間分別表示延拓精度的評估標(biāo)準(zhǔn)得分、延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)得分、延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)得分、噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)得分以及延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)得分；
[0013] W1、W2、W3、W4、W5分別表示延拓精度的權(quán)系數(shù)值、延拓距離的權(quán)系數(shù)值、延拓面積的權(quán)系數(shù)值、噪聲影響的權(quán)系數(shù)值以及延拓計算的權(quán)系數(shù)值；
[0014] （3）根據(jù)地磁場空間延拓算法的延拓結(jié)果，計算綜合得分，對該地磁場空間延拓算法進(jìn)行評級：
[0015] 若綜合得分為90-100分，則評定該地磁場空間延拓算法為A級；
[0016] 若綜合得分為80-89分，則評定該地磁場空間延拓算法為B級；
[0017] 若綜合得分為70-79分，則評定該地磁場空間延拓算法為C級；
[0018] 若綜合得分為60-69分，則評定該地磁場空間延拓算法為D級；
[0019] 若綜合得分小于60分，則評定該地磁場空間延拓算法為E級。
[0020] 所述相對均方誤差的計算公式為：
[0021]
[0022] 其中xcon是延拓計算值，xobs是觀測值或理論值， N為觀測數(shù)據(jù)，ε為相對均方誤差。
[0023] 上述公式中，i是求和指標(biāo)，是數(shù)學(xué)上的統(tǒng)一表達(dá)。
[0024] 所述延拓精度的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
[0025] （1）對不含噪聲的理論數(shù)據(jù)，延拓精度的評分標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0026] P精度=（1-ε×10）×100，
[0027] 其中，P精度為延拓精度的評估得分，ε為延拓結(jié)果的相對均方誤差；
[0028] （2）對含噪聲的理論數(shù)據(jù)，延拓精度的評分標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0029] P精度=[1-（ε-E0）×10]×100，
[0030] 其中，P精度為延拓精度的評估得分，ε為延拓結(jié)果的相對均方誤差；E0為理論數(shù)據(jù)噪聲；
[0031] （3）對含噪聲的實測數(shù)據(jù)，延拓精度的評分標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0032] P精度=[1-（ε-E觀測）×10]×100，
[0033] 其中，P精度為延拓精度的評估得分，ε為延拓結(jié)果的相對均方誤差；E觀測為觀測數(shù)據(jù)噪聲。
[0034] 所述延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
[0035] 對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%的情況下，延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0036] P距離=d×10，
[0037] 其中，P距離為延拓距離的評估得分，d為向下延拓的距離，單位為千米，若d>10km時，P距離=100。
[0038] 所述延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
[0039] 對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)網(wǎng)格間距為500米時，在延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%的情況下，延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0040] P面積=s×0.002，
[0041] 其中，P面積為延拓面積的評估得分，s為地磁場空間延拓算法能夠處理的最大數(shù)據(jù)2
面積，單位為平方千米，當(dāng)s>50000km 時，P面積=100。
[0042] 所述噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
[0043] 當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%時，則噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0044] P噪聲=e×20×100，
[0045] 其中，P噪聲為噪聲影響的評估得分，e為地磁場空間為延拓算法能處理的最大數(shù)據(jù)噪聲，且e<5%。
[0046] 所述延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)為：
[0047] 對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%時，延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0048] P時間=100，t<1min,
[0049] P時間=（100-t），1min
[0050] P時間=0，t>100min；
[0051] 其中，P時間為延拓計算時間的評估得分，t為在CPU頻率不高于2.27GHZ，內(nèi)存不大于2GB的微機上，延拓1024×1024個數(shù)據(jù)點的需要的CPU時間。
[0052] 本領(lǐng)域人員可以理解，對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差不小于5%時，通常該地磁場空間延拓算法不可用。
[0053] 步驟（2）中，各單項評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)值主觀取值，各單項評價指標(biāo)的權(quán)系數(shù)值的總和為1。
[0054] 本發(fā)明提供了一種地磁場空間延拓算法的評估方法，對某一特定地區(qū)、某一觀測誤差的實測數(shù)據(jù)，對某種延拓算法，同時考慮延拓精度、延拓距離、延拓網(wǎng)格數(shù)據(jù)面積、噪聲影響以及延拓計算時間等進(jìn)行綜合評估。
[0055] 在磁探測、磁導(dǎo)航等應(yīng)用中，本發(fā)明的評估方法可為地磁場空間延拓算法提供定量評估依據(jù)，評估方法簡單，對如何選擇延拓算法、如何判斷所選擇的延拓算法是否符合應(yīng)用要求也提供了依據(jù)，并可對地磁場空間延拓算法適應(yīng)性進(jìn)行定量評估，有著重要的實用意義。

具體實施方式

[0056] 下面結(jié)合具體實施方式進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。
[0057] （1）計算地磁場空間延拓算法的均方相對誤差
[0058] 根據(jù)空間某一區(qū)域內(nèi)已知的地磁異常場分布，計算空間其它區(qū)域內(nèi)的地磁異常場分布的算法稱為地磁場空間延拓算法。
[0059] 使用地磁場延拓算法計算得到的某一區(qū)域的地磁場與該區(qū)域真實的地磁場（或者理論地磁場）的相對均方誤差，將其用于延拓場的精度評估指標(biāo)，即將相對均方誤差作為延拓精度的標(biāo)準(zhǔn)，相對均方誤差的計算公式為：
[0060]
[0061] 其中，xcon是延拓計算值，xobs是觀測值或理論值， N為觀測數(shù)據(jù)，ε為相對均方誤差。
[0062] （2）延拓精度的評估標(biāo)準(zhǔn)
[0063] A）對不含噪聲的理論數(shù)據(jù)
[0064] 對不含噪聲的理論數(shù)據(jù)，以延拓結(jié)果（地磁場延拓算法計算的結(jié)果）對理論數(shù)據(jù)的相對均方誤差（ε）作為延拓精度的標(biāo)準(zhǔn)，延拓精度評分標(biāo)準(zhǔn)得分公式如下：
[0065] P（分值）=（1-ε×10）×100（分） （2）
[0066] 例如：某地磁場延拓算法最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε為0.7%，則按上式（2），其擬合精度或延拓精度得分為：
[0067] P=（1-ε×10）×100（分）=（1-0.7%×10）×100=93（分）
[0068] 再如，若某地磁場延拓算法最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε為0.0%，則按上式（2），該地磁場延拓算法的延拓精度得100分即滿分。
[0069] 若某地磁場延拓算法最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε為5%，則按上式（2），該地磁場延拓算法的延拓精度則得50分。
[0070] B）對含噪聲的理論數(shù)據(jù)
[0071] 對含噪聲的理論數(shù)據(jù)，仍以延拓結(jié)果對理論數(shù)據(jù)的相對均方誤差（ε）作為評估標(biāo)準(zhǔn)，但考慮數(shù)據(jù)噪聲，設(shè)E0為理論數(shù)據(jù)噪聲，得分公式如下：
[0072] P（分值）=[1-（ε-E0）×10]×100（分） （3）
[0073] 例如：某地磁場延拓算法最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε為5.3%，理論數(shù)據(jù)噪聲E0為5.0%，則按上式，其擬合精度或延拓精度得分為：
[0074] P=[1-（ε-E0）×10]×100=[1-（5.3%-5%）×10]×100=97（分）
[0075] 注：若用（3）計算出負(fù)分值，表明該地磁場延拓算法在延拓時，做了不合理的延拓，以此例子為例，數(shù)據(jù)噪聲E0為5.0%，若最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε小于5.0%，比如3.8%，這顯然不合理，在用（3）計算時得-12分。表明延拓過頭，應(yīng)該重新延拓。
[0076] C）對含噪聲的實測數(shù)據(jù)
[0077] 對含噪聲的實測數(shù)據(jù)，評估的前提條件是在實測數(shù)據(jù)測區(qū)某延拓高度對應(yīng)區(qū)域面積上也獲得了觀測值，在此情形下，實測數(shù)據(jù)一般都含噪聲，對其延拓精度的評估類似于含噪聲的理論數(shù)據(jù)延拓的評估。設(shè)E觀測為觀測數(shù)據(jù)噪聲，最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε，得分公式如下：
[0078] P（分值）=[1-（ε-E觀測）×10]×100（分） （4）
[0079] 例如：某某地磁場延拓算法最終延拓結(jié)果的相對均方誤差ε為8.5%，實測數(shù)據(jù)噪聲E觀測為8.0%，則按上式，其擬合精度或延拓精度得分為：
[0080] P=[1-（ε-E0）×10]×100=[1-（8.5%-8%）×10]×100=95（分）
[0081] 注：實測數(shù)據(jù)一般沒有得到延拓高度上相應(yīng)區(qū)域上的確切值（觀測值），在此情形下，對實測數(shù)據(jù)無法做到定量評估。
[0082] （3）延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)
[0083] 對無噪聲數(shù)據(jù)，在延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%的情況下，設(shè)向下延拓的距離為d（單位：km），則延拓距離的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0084] P距離=d×10（d>10km時，P距離=100）
[0085] 對無噪聲數(shù)據(jù)，若誤差不小于5%，一般來說，這種算法一般不能使用。
[0086] （4）延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)
[0087] 對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)網(wǎng)格間距為500米時，在延拓結(jié)果的相對均方誤差小于5%的情況下，設(shè)在普通微機上（CPU頻率不高于2.27GHZ，內(nèi)存不大于2GB）延拓算法能夠處理的最2
大數(shù)據(jù)面積為s（單位：km），則延拓面積的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0088] P面積=s×0.002（s>50000km2時，P面積=100）
[0089] （5）噪聲影響的評估標(biāo)準(zhǔn)
[0090] 當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差位于5%以下時，設(shè)延拓算法能處理的最大數(shù)據(jù)噪聲為e（單位：%），則噪聲對延拓影響的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0091] P噪聲=e×20×100（e<5%）
[0092] （6）延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)
[0093] 對無噪聲數(shù)據(jù)，當(dāng)延拓結(jié)果的相對均方誤差位于5%以下、設(shè)在普通微機上（CPU頻率不高于2.27GHZ，內(nèi)存不大于2GB），延拓1024×1024個數(shù)據(jù)點的需要的CPU時間為t（單位：分鐘），則延拓計算時間的評估標(biāo)準(zhǔn)公式為：
[0094] P時間=100，t<1，
[0095] P時間=（100-t），1
[0096] P時間=0，t>100。
[0097] （7）綜合評價標(biāo)準(zhǔn)
[0098] 對某一特定地區(qū)、某一觀測誤差的實測數(shù)據(jù)，對某種延拓算法，同時考慮延拓精度、延拓距離、延拓面積、噪聲影響以及延拓計算時間等進(jìn)行綜合評估，其評估標(biāo)準(zhǔn)如下：
[0099] 總分W=W1×P精度+W2×P距離+W3×P面積+W4×P噪聲+W5×P時間 （5）
[0100] 其中，P精度、P距離、P面積、P噪聲、P時間分別表示延拓精度、延拓距離、延拓面積、延拓參數(shù)以及延拓計算時間各單項評估標(biāo)準(zhǔn)所得分，W1、W2、W3、W4、W5分別表示各單項對應(yīng)的權(quán)系數(shù)值，采用百分比單位（%），其值可根據(jù)實際應(yīng)用或?qū)嶋H情況或?qū)嶋H要求主觀取值，且W1+W2+W3+W4+W5=1。
[0101] 例如，對某一特定地區(qū)實測數(shù)據(jù)的延拓結(jié)果按各單項評估標(biāo)準(zhǔn)所得分為93、95、92、81、82，各權(quán)系數(shù)W1、W2、W3、W4、W5分別給為50%、20%、10%、10%、10%，則該方法延拓綜合得分為：
[0102] 總分W=W1×P精度+W2×P距離+W3×P面積+W4×P參數(shù)+W5×P時間
[0103] =50%×93+20%×95+10%×92+10%×81+10%×82=89分
[0104] （8）地磁場空間延拓算法綜合評估等級劃分標(biāo)準(zhǔn)
[0105] 按以上評估標(biāo)準(zhǔn)公式（5），采用加權(quán)打分評定等級標(biāo)準(zhǔn)，共分6個等級。規(guī)定
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