Файл: Автоматизированная система обработки и интерпретации результатов гравиметрических измерений..pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 174

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Ч А С Т Ь П Е Р В А Я

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Г Л А В А

I

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ

ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧИ ОБРАБОТКИ

Наземные гравиметрические измерения проводят в пунктах

наблюдений Pt (х, у, z). Эти пункты

расположены на физической

поверхности Земли, и их совокупность образует сеть наблюдений. Сеть пунктов наблюдении в подавляющем большинстве съемок бывает нерегулярной (пункты наблюдении расположены, вообще говоря, в узлах произвольной сетки).

Физическая поверхность Земли задается прямоугольными коор­ динатами {х, у, z) пунктов наблюдений. Поскольку координаты (х, у, z) измеряют и вычисляют при топографических работах, которые идут параллельно, а иногда и отстают от собственно гравиметри­ ческих измерений, то пунктам наблюдений придают порядковые номера или условные числа (номер профиля и номер пикета). Эти условные числа имеют смысл условной системы координат, н мы в дальнейшем будем обозначать их как ПР, ПК (профиль, пикет).

При относительном способе измерения силы тяжести на каждом

пункте

Pt (х, у, z)

измеряют следующие

величины:

th — местное

время наблюдения

(часы, минуты),

— внутреннюю

температуру

(с точностью до 0,1° С) гравиметра,

N — отсчет по микрометру гра­

виметра

(с точностью 0,001 шкалы,

0 «S N

20). Отсчет N имеет

смысл приращения вертикальной составляющей силы тяжести между

пунктами іѴі и Pt. Он есть функция А7 ,-= / (ПРПК,,

t'\ t°, кнп,

кі°, с) ряда инструментальных параметров прибора, где инструмен­

тальные коэффициенты: кнп — коэффициент сползания

нуль-пункта;

kt° — температурный коэффициент; с — цена деления шкалы микро­

метрического

устройства.

Естественно, значения

{N^}

и

{х, у, z}

отягощены случайными и систематическими погрешностями.

Цель обработки

наземных

гравиметрических

измерений

состоит

в определении на некоторой поверхности т аномальных

 

значений

силы тяжести Aga k-

При

обработке

совокупности

{Ni}

измерений

исключаются

систематические

и,

частично,

случайные

погреш­

ности.

8


Б 1965 г. [52] была сформулирована, задача создания автомати­ зированной системы обработки гравиметрических измерений на ЭВМ и выделен ряд крупных естественных этапов обработки:

1.Первоначальная обработка рейсов (ограниченной последо­ вательности наблюдений).

2.Уравнивание опорных или каркасных сетей.

3.Редуцирование абсолютных значений силы тяжести на некоторую поверхность относимости (введение необходимых по­ правок).

4.Построение в различных редукциях карт изолиний.

5.Различного вида трансформации потенциальных полей.

6.Вычисление функций в нижнем полупространстве (некоррект­ ные задачи).

7.Решение прямой задачи гравиметрии для тел произвольной формы (используется в этапе 3 и самостоятельно).

Традиционный процесс обработки гравиметрических измерений обычно заканчивается этапом построения карт. Но разграничить

круг задач, входящих в обработку и интерпретацию, особенно при использовании ЭВМ, можно лишь довольно условно. Так, например, различные трансформации могут рассматриваться как обработка и как элемент интерпретации, в связи с этим они и включены в си­ стему обработки. Таким образом, несколько расширив понятие обработки, за счет включения этапов 5 и 6, в дальнейшем будем называть систему обработки с элементами интерпретации просто системой обработки.

Поясним физический смысл обработки измерений на каждом из перечисленных выше этапов, хотя каждый из них состоит из целой серии достаточно сложных задач, большинство которых может представлять и самостоятельный интерес. Для общности описания физической сущности процесса введем некоторые опреде­

ления

и

символы, пользуясь понятиями

функционального ана­

лиза

[61, 87, 113].

 

При

первоначальной обработке рейсов

исключаются влияние

на N{

гравитационного притяжения Луны и Солнца и часть погреш­

ностей, обусловленных конструкцией гравиметров и методикой

наблюдений.

В итоге

первоначальной

обработки

получается сово-

купность (по

каждому

рейсу)

данных

ПРПК^,

ПРПК,},

где

L t j приращение силы

тяжести

 

между

Pt

и

Р, пунктами.

Итак, при первоначальной обработке

задано множество функций

вида

{N«\

. . .,

m»,

. . .,

N[r>, NT,

. . ., ЛТЧ,

(1.1)

где Nt — функция Ni (ПРПКг , t\, tty; нижний индекс y ТѴозначает номер наблюдения в определенном пункте Р (ПРПК) с условными координатами ПР, ПК, а верхний — номер рейса по тем же пунктам; функцию N назовем элементом множества.

Затем задан закон, по которому каждому элементу из множе­ ства (1.1) ставится в соответствие единственный вполне определен-

9



нъш элемент

из другого множества элементов

{Ltj}, имеющего

вид

{ ^ ( П Р П К і ,

ПРПК2 ), £ 2 , 8 ( П Р П К 2 ,

ПРПКд), . . .

 

 

. . . .

І Ѵ ь . С П Р П К ^ , ПРПК,,)},

(1.2)

 

->-

 

 

 

где функция L u 2 — приращение измеренной функции между двумя

пунктами Рі

(ПРПК0 и Рг (ПРПКа ).

 

 

Обозначим закон, переводящий одно множество функций в дру­

гое, через

оператор

Bt.

Тогда В

=

L , и оператор Bt

определен

на множестве

{N}

с областью

значений, расположенных во мно­

жестве

{L}.

 

обработки по {Ltj,

 

 

 

Во

втором

этапе

ПРПК,-,

ПРПК/,

. . .} вы­

числяются

абсолютные

значения

силы

тяжести

{gn, ПРПК, . . .} и

одновременно производится перераспределение (уравнивание) случайных погрешностей функции L u , т. е. для получения множества

абсолютных значений силы тяжести gn нужно на множество {L} подействовать оператором В2, т. е. B2L = g„. На этих первых двух этапах осуществляется отбраковка измерении, полученных с боль­ шими (грубыми) погрешностями. В итоге получается совокупность абсолютных значений силы тяжести gH (х, у, z). По принятой тер­

минологии gH

называют

наблюденными

значениями.

 

в том,

что

Физический

смысл

следующего

этапа заключается

по абсолютным

значениям gn

(х,

у, s),

заданным

на

физической

поверхности

Земли т (х, г/, z),

ищется

аномальное

значение

Ag\T

на некоторой поверхности относпмости. Для этого используется широко применяемая в гравиразведке редукция Буге, и при обра­ ботке высокоточных съемок используется решение внешней задачи

Дирихле (задача редуцирования). Следовательно, на множество

{gH }

действует оператор

A ig,, —Aga\x

п

в зависимости

от точности

функ­

ции g„ применяется оператор А2

(1.6).

 

 

 

 

 

 

На следующем этапе по значениям функций Aga (х, у, z)/z

0 нахо­

дятся действием оператора А 3 значения той же функции Aga

(s, s, 0) |2

в узлах квадратной сети с шагом s,

а затем при помощи оператора

А4

функция

Aga

(s,

s)

представляется

в виде изолинпй равных

значе­

ний

U (?г, Сп)

и

их координат, где

п =

0,

1, . . .,

п и С — сечение

изолиний.

Затем

 

по

функциям Aga

(s,

s, 0) | 2 = о

(операторы

Аъ,

Ай,

A'-,, A g) ищутся

функции

Aga

(s, s,

z)|2S-o на

плоскостях

верх­

него полупространства (z < 0 )

и нижнего

полупространства

(z

 

0)

(т. е. решаются внешняя и внутренняя задачи Дирихле), а также

определяются

высшие производные функции Aga(0).

Наконец,

на

последнем

этапе по заданному распределению плотности

о [х,

у,

z)

и

известной

поверхности тела

/ (х, у, z)

определяются

функ­

ции

Ѵг

(х, у,

z) \х

на некоторой произвольной

заданной

поверх­

ности

т

(в частном

случае т представляет плоскость).

 

 

 

Следовательно, можно записать каждый этап обработки, неза­

висимо

от используемых численных

методов,

в

виде оператора:

 

 

 

 

 

B^N^L,

 

 

 

 

(1.3)

10

*


 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2L

= ga,

 

 

 

 

 

 

(1.4)

 

 

 

 

 

 

 

 

Aën=&g*\v

 

 

 

 

 

 

 

(1.5)

 

 

 

 

 

 

 

g» =

Az&ga\«.x,y,za),

 

 

 

 

 

(1.6)

где

ga — потенциальная

функция — абсолютное

значение

силы

тяжести,

называемое

наблюденным;

 

Aga |T

— аномальное

значение

силы тяжести; Aga|-t (Х,

у, z„) аномальное

значение силы

тяжести,

приведенное к плоскости z0 > max z,-.

 

 

 

 

 

 

 

 

Обозначим

àga\T

=

U,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A3U

= U(s,

s),

 

 

 

 

 

(1.7)

 

 

 

 

 

 

 

 

AJ7 = U(n,

 

Cn),

 

 

 

 

 

(1.8.)

 

 

 

 

 

 

 

4 № * )

 

=

 

 

 

 

ff'U=o,

 

 

(1.9)

 

 

 

 

 

 

 

A t / ( 5 , s )

=

£ / ( z ) | 2 < 0 ,

 

 

 

 

(1.10)

 

 

 

 

 

 

 

.4,£/(S ,5 ) =

£/'(z)|2 >o,

 

 

 

 

( I . H )

 

 

 

 

 

 

 

4 № * )

 

=

 

 

 

ВД|г>о.

 

 

(1.12)

 

 

 

 

 

Л/(s,

 

z)a

 

= Vz(x,

y, z ) | z s 0 ,

 

 

 

(1.13)

где

£7 (s, s) — значение

Aga

в

узлах

регулярной

сетки с

шагом s\

С/' — производные

потенциальной

функции

по

координатам

(х,

г/, z); £/(z) I z * о

значение функции

в верхнем z <

0 и нпжпем z > О

полупространствах

(операторами

4 ,

и 4 8

записывается некоррект­

ная

задача); / (х, у,

z) — функция, описывающая

поверхность

ано­

мального

тела и

 

а — заданное

распределение плотности

внутри

него. (Оператор Ад

задан на множестве вещественных

чисел).

 

 

Действуя на исходные функции операторами Ви

В2,

Аи

. . .,

Ад,

получаем

множества

искомых

 

функций.

 

 

 

 

 

 

 

 

Множества

7,} и

{Ьц}

образуют

некоторые

функциональные

пространства

ÜN

и П^.

 

Пространства

IIN

и

не являются

линей­

ными, так как для элементов А^- и Ьц

не выполняются все аксиомы.

В частности, для элементов Nl

 

и Ьц не выполняется третья аксиома,

которая

утверждает

[113],

что

в

линейном

пространстве

Е

для

элементов хіл

х2,

• • • существует

элемент

0

такой, что х

+

0

х

для

любого X Ç Е. В действительности для элементов

Nt

и Ьц вне-

сение элемента 0 меняет

значения N(

 

ц Ьц. Пространства

IIN

и n L

содержат такие множества элементов, для которых каждой точке

пространства соответствует несколько

элементов. Следовательно,

за меру близости двух элементов, определенных в пространствах IIN

и I J l , необходимо брать

статистические

оценки [83, 115]:

 

 

 

_

- ^ с р ) 2

(1.14)

 

 

 

•1

 

Y

 

 

 

u

 

 

 

r

 

 

 

 

2 (bfc-bcp)2

(1.15)

Р ( А , ьг)

= \ ѵ

*=і

:

 

п