海洋环境工频磁场量级的快速估计方法_李琳琳
频率域海洋电磁法一维正演响应特征研究
关键 词 ： 海洋 电磁 法 ； 一维正 演 ； 频 率域 响应特 征
中图分类 号 ： Ｐ ６ ３ ｌ － ３
文献 标识 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ６ ７ １ － ４ ７ ９ ２ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ９ — ０ ０ １ ４ ． ０ ７
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｏ ｉ ｆ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｍｏ ｎ ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ
范 围大 、 破坏 性 小 、 实施简单 、 适 应性 强 、 探测 准确 等特 点 ． 然而， 海 洋 电磁理论 是建 立在 水平 发射偶 极 的基 础 上， 由于 自然 因素（ 诸如 海底 洋流作 用 、 海风 等 ） 的影响 ， 海洋 可控源 发射 偶极 可能 不能按 理论 设 想进 行工 怍 ， 造 成测 量数据 与理 想状 态的水平 电偶极 子 的 电磁 响应 有较 大 的偏差 本 文以合理 设置 相 关参数 及分 析各 种 影响 因素 为 目的 ， 利用 所建 立 的相关 一维模 型得 到 的理论 数 据对 影响 因素进 行 了深入 分析 ， 并为 台理 选取 各
ｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｆ ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｎｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｄ Ｓ Ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｄｉ ｐｏ ｌ ｅ ｔ ｒ ａ ｎｓ ｍｉ ｔ ｔ ｅ ｒ ｍａ ｙ ｎｏ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ａ ｓ ｅ ｎｖ ｉ ｓ ａ ｇ ｅ ｄ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｏｒ ｙ， ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｉ ｎｇ ｉ ｎ ａ ｌ ａ ｒ ｇｅ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ － ｔ ｉ ｏｎ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｄ ｅ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ａ ｈ ｏｒ ｉ ｚ ｏ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｄ ｉ ｐ ｏｌ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎｅ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎｓ ｅ ．Ｍ ｅ ａ ｎ — ｗｈ ｉ ｌ ｅ ，ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏｎ ｒｅ ｆ ｑｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｅ ｓ ，ｄ ｅ ｅ ｐ ｓ ｅ ａ ａ ｎ ｄ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕｓ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ ｒ ｅ ｓ ｅ ｒ ｖ ｏ ｉ ｒ ｓ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎｔ ｒ ｅ ｓ ｐｏ ｎ ｓ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ
海洋磁场监测服务的数据处理与可视化技术
海洋磁场监测服务的数据处理与可视化技术海洋磁场监测是一项重要的海洋科学研究领域，旨在监测和研究海洋中的磁场变化。
磁场监测数据的处理和可视化技术对于深入了解海洋环境和磁场变化的原因非常关键。
本文将探讨海洋磁场监测服务的数据处理与可视化技术，为广大海洋科学家提供有益的参考。
首先，在海洋磁场监测中，数据处理是不可或缺的一步。
数据处理的目标是清洗和整理原始数据，确保数据的准确性和可靠性。
在进行数据处理时，需要进行数据校正、数据插值、数据平滑和数据过滤等步骤，以消除数据中的噪声和异常值。
此外，还需要进行数据融合，将不同传感器获取的数据进行整合和校准，以获得更加准确和全面的信息。
数据处理还包括数据的归一化和归类，便于后续的统计分析和建模。
随后，可视化技术在海洋磁场监测中起着重要的作用。
通过可视化技术，可以将处理后的数据以图表、图像和动画等形式呈现出来，使海洋科学家更加直观地理解数据的特征和趋势。
常用的可视化技术包括线图、散点图、柱状图、热力图和地图等。
线图可以直观地展示时间序列数据的变化趋势，散点图用于显示不同变量之间的相关关系，柱状图适用于对比不同区域或区域内的数据，热力图可以显示空间分布的密度和热点，地图可以展示海洋磁场的分布和变化。
为了改善海洋磁场监测数据处理与可视化的效果，可以运用一些先进的技术和工具。
数据处理方面，可以采用计算机辅助的方法，如人工智能和机器学习算法，以加速数据处理过程并提高处理效果。
同时，可以利用并行计算和分布式计算等技术，提高处理大规模数据的能力。
在可视化方面，可以使用交互式可视化技术，使用户能够自由探索数据，并根据需要进行放大、缩小和旋转等操作。
此外，还可以利用虚拟现实和增强现实技术，将海洋磁场数据可视化为三维场景，增强用户对数据的理解和感知。
除了数据处理和可视化技术，海洋磁场监测服务还可以与其他相关领域进行整合，提供更加全面和多样化的数据处理和可视化服务。
例如，可以将海洋磁场数据与其他海洋观测数据（如海洋温度、盐度、流速等）进行集成，以获得更加综合和全面的海洋环境数据。
基于Neumann谱和PM谱的海浪感应磁场能量分布计算
基于OpenSceneGraph 的海洋环境三维可视化系统研究李新放, 刘海行, 周林, 贾贞, 宋转玲(国家海洋局第一海洋研究所, 山东青岛266061)摘要: 为了研究虚拟现实技术在海洋环境三维可视化中的应用, 对大气、海底地形、风浪流等数据产品进行了分析整理, 运用场景裁剪、level of details(LOD)细节层次、场景动态调度等关键技术方法, 结合VisualPlanetBuilder (VPB)、ARCGIS 多种数据处理工具, 在VC++和OSG2.8.7 的可视化开发环境上,构建了一个三维、动态、实时、可交互的海洋环境可视化模拟仿真系统。
这个系统可以为海洋科学研究和工程建设提供一个更加便捷、直观的可视化平台。
关键词: 虚拟现实; 海洋环境; 可视化中图分类号: P76 文献标识码: A 文章编号: 1000-3096(2012)01-0054-05在全球陆地资源日益紧张和环境不断恶化的今天, 世界各国纷纷将目光转向海洋, 开发海洋资源,发展海洋经济成为沿海国家国民经济的重要支柱,伴随着在海洋开发过程中人们日益多样化的海量信息需求, 原有的二维纸质海图、电子海图提供的海洋环境信息已经日渐不能满足实际生产研究的需要。
快速、高效的数据模型, 流畅、逼真的三维场景渲染方式, 日益成为海洋环境信息表达的一种趋势。
在海洋环境的三维可视化研究中, 海洋因其环境的复杂性和数据的难以获取, 较之陆地更加难以模拟。
目前, 国外在海洋环境三维可视化的研究和应用方面较为成熟, Flavio 等[1]对实时三维地形可视化中数据分析应用进行了研究, Wynne 等[2]对分等级不规则三角网的三维高程表示进行了研究, Kofler 等[3]对地形模型的大场景贴图进行了研究。
经过长期应用和推广, 形成了一系列可视化商业软件, 如Google Earth 、Skyline、Cadsoft 的Env is ioneer 和MaK Technologies 的Army Command 2010 等软件。
基于ARMA模型的海洋磁力测量数据小波去噪方法研究
基于ARMA模型的海洋磁力测量数据小波去噪方法研究罗兵
【期刊名称】《经纬天地》
【年(卷),期】2024()1
【摘要】海洋磁力测量是指通过安置在海底质子旋进磁力仪来直接测量地磁场,这样在海洋表面和海底同时测量,就可以得到地磁场的垂直梯度。
但处理海洋磁力测量数据时不仅需要消耗大量时间,并且分块处理拼图还会导致精确度较低。
为了实现对海洋地质层参数的准确测量,提出基于ARMA模型的海洋磁力测量数据小波去噪方法。
构建海洋磁力测量数据的小波降噪和滤波检测模型,通过对海洋磁力测量数据的类型化分类识别,进行多波束的信息分割,实现对海洋磁力测量数据的自动滤波降噪,使得输出数据更清晰、自然。
测试结果表明,使用ARMA模型后,输出数据的信噪比较之前提升了33.6632 dB,海洋磁力测量数据去噪效果好。
通过ARMA 模型对海洋磁力数据进行去噪,有助于达到更精确的海洋磁力测量数据,为研究地磁场及其变化、海洋地质构造、矿产预测和国防建设提供了重要支持。
【总页数】5页(P1-5)
【作者】罗兵
【作者单位】江西核工业测绘院集团有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】P229
【相关文献】
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3.海洋磁力测量中异常数据探测方法研究
4.基于小波分析的海洋磁力测量数据调差方法
5.基于交叉证认的海洋磁力测量数据小波去噪研究
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深远海磁力日变观测系统设计及应用
第４３卷 第６期２０２１年１１月物探化探计算技术ＣＯＭＰＵＴＩＮＧＴＥＣＨＮＩＱＵＥＳＦＯＲＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬＡＮＤＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮＶｏｌ．４３ Ｎｏ．６Ｎｏｖ．２０２１收稿日期：２０２０ １１ ２３基金项目：中国地质调查局项目（ＤＤ２０１９１００３）第一作者：杜润林（１９８７－），男，博士，工程师，主要从事海洋重磁数据处理解释等，Ｅ ｍａｌｉ：２７７４９１６８７＠ｑｑ．ｃｏｍ。
文章编号：１００１ １７４９（２０２１）０６ ０７７５ ０６深远海磁力日变观测系统设计及应用杜润林１，孙建伟１，陈晓红２，刘李伟１，２，李攀峰１（１．青岛海洋地质研究所青岛 ２６６０７１；２．中国石油大学（华东） ２５７０６１）摘 要：磁力日变是影响海洋磁力测量精度的最主要因素，深远海区域因远离陆地难以设立磁场日变观测站获取磁力日变资料。
这里设计一套适宜在深远海区域进行磁力日变观测的潜标系统，有效提升了远海区域磁力日变观测数据的质量，且引入的精准定位技术显著降低了回收风险。
应用该系统在西太平洋海域获得了３２ｄ连续、平稳的实测地磁日变数据。
对磁力数据进行了日变校正，得到平差后的磁力异常均方根误差符合规范要求，验证了该潜标系统所获取数据的可靠性与准确性，为深远海地磁日变资料的获取提供借鉴。
关键词：潜标系统；磁力日变；深远海中图分类号：Ｐ６３１．４ 文献标志码：Ａ 犇犗犐：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１ １７４９．２０２１．０６．１２０ 引言在海洋磁力测量中，磁力日变影响是海洋磁力测量的最主要误差源。
但在深远海区域进行磁力测量时，工区远离陆地，无法架设陆地磁力日变站，因此现阶段，国内已陆续有相关单位开始直接在测区或测区附近布放潜标式海底磁力日变站，并取得了一定成功经验［１－３］。
在已有工作的基础上，对潜标式海底磁力日变站的设计和布放进行了改进，每套潜标系统至少布设两个磁力日变站，确保日变数据的完整性，并在关键部位进行加固，提高整套系统的安全性。
一种海洋环境地磁场三分量的测量方法
文章编号:1009-3486(2005)06-0080-04一种海洋环境地磁场三分量的测量方法3闫 辉,肖昌汉(海军工程大学电气与信息工程学院,湖北武汉430033)摘 要:提出了一种利用安装在舰船上的三分量磁传感器进行地磁场测量的方法.从理论上解决了在任意舰船姿态下,消除测量中舰船磁场干扰的问题.为测量船在海上测量地磁场的三分量奠定了理论基础.根据我国舰船普遍安装的导航设备的精度,进行了计算机仿真.从仿真结果看,其误差不超过50nT ,能够满足舰载消磁系统对三分量磁场的精度要求.关键词:地磁场;测量船;消磁系统中图分类号:T M 154.3 文献标识码:AA method of measuring three component geomagnetic field on oceanYAN H ui,XIAO Chang han(College of Electrical and Information Engineering,Naval Univ.of Engineering,Wuhan 430033,China)Abstract:A m ethod is presented to measure the three component geom ag netic field w ith a magnetic sensor equipped on a ship.It theor etically so lves the pro blem of how to eliminate the disturbance of the ship s magnetic field in any moving condition,and constructs the theor etical base for surveying ships to measure the three co mponent geom ag netic field at sea.A sim ulation is do ne according to the precision of the navig ation systems that are equipped on ships in o ur countr y.T he result of the simu lation can reach 50nT in precisio n,w hich can m eet the requir ed pr ecision of the degaussing sy stem on ship.Key words:magnetic field;surveying ship;degaussing sy stem测地磁消舰磁 是舰载消磁系统所采用的消磁方法,但对有些舰船来讲,安装磁传感器难度较大.如果能够预先测量出舰船航行海域的地磁场值并建立数据库,那么舰船在航行的过程中就可以根据当地的地磁场值进行消磁系统的电流调整,从而改善舰载消磁系统的控制方法.目前,地磁场数据的获得主要是通过建立地磁模式组的方法.国际地磁学与高空大气物理学协会(IAGA)的一个专门小组每5年公布一次国际地磁参考场(IGRF),我国则每10年出版一次中国地磁图[1].这2种地磁场模型的建立,其数据大都来自陆地上的地磁台站,而海洋上特定地点的地球磁场还受当地的地理构造等诸多因素的影响而具有特殊性.这就导致了全球地磁场模型和局部地磁场模型都不能及时准确地描述海洋地磁场.因此,用于舰载消磁系统的电流调整时造成的误差比较大.为了更准确地获得海洋上特定地点的地磁场值,可以在海上进行实地测量.目前,在海上进行的磁场测量主要是获得磁场总量[2],但在舰载消磁系统进行跨纬度调整等应用中,需要的却是三分量的地磁场[3].磁场的三分量值可以利用安装在舰船桅杆上的三分量磁传感器来测量,但这样测得的磁场值并不是地磁场值,而是一个包含了舰船本身磁场和传感器自身干扰的复杂的磁 第17卷 第6期 2005年12月 海军工程大学学报JO U RN A L OF NA V A L U NI VERSIT Y O F EN GIN EERIN G Vo l.17 No.6 Dec.20053收稿日期:2005 06 10;修订日期:2005 07 12作者简介:闫 辉(1978 ),男,硕士生.场值,并且受舰船姿态的影响,其值也是变化的.如何从这样一个复杂的三分量磁场值中分离出地球磁场,是能否进行海上地球磁场测量要解决的关键问题.作者从理论上提出了任意舰船姿态下分离地磁场三分量的方法.1 磁传感器数学模型分析对于装在测量船上的磁传感器来说,其接收到的磁场值[4]为:h=(E+K)A H dZ d+h p(1)式中:E为单位矩阵;K为感应磁化系数矩阵;H d、Z d分别为地磁场水平分量和垂直分量;A为任意姿态下测量船坐标系与地磁坐标系的转换矩阵;向量h p为各种固定干扰量的合成.矩阵A各元素表达式分别为:a11=cos co s ;a12=cos sin ;a13=sin ;a21=-sin sin cos -cos sin ;a22=-sin sin sin +cos cos ;a23=cos sin ;a31=-sin co s cos +sin sin ;a32=-sin cos sin -sin cos ;a33=cos cos .其中: 、 、 分别为测量船的纵倾角、横摇角和磁航向角[5].矩阵K可以具体表示为:K=k xx k xy k xz k yx k yy k yz k z x k zy k z z分析(1)式可以知道,要测量的量有H d、Z d和 (实际上要测量的是磁偏角,只要测量出磁航向角 后,就可以与导航设备提供的航向角做差求出磁偏角),向量h是可以从磁传感器直接读得的, 和 可以从导航设备获得,矩阵K与向量h p则是由舰船和磁传感器的特性决定的不变量.因此,为了分离H d、Z d和 首先应该测量出感应磁化系数矩阵K和固定干扰向量h p.2 求解K矩阵和固定干扰当舰船的姿态角 、 和 取某些特殊值时,矩阵A将呈现出某些特殊的形式.因此,我们可以在已知H d、Z d和磁偏角 的某地对测量船进行几个特殊航向的舰船磁场的测量,以获得矩阵K.第1步:分别进行没有纵摇和横摇的磁北和磁南航向的航行,获得h n和h s,再将它们相减.得到:h n-h s=(E+K)22H dZ d(2)第2步:分别进行没有纵摇和横摇的磁西和磁东航向的航行,获得h w和h e,再将它们相减.得到:h w-h e=(E+K)02-20H dZ d(3)第3步:进行磁航向角 =90 、纵摇角 =0和横摇角分别为+ 和- 的航行,获得h+和h-,再将它们相减.得到:h+-h-=(E+K)000002sin2sin 00H dZ d(4)第4步:综合(2)~(4)式可得:[h n-h s h w-h e h+-h-]=(E+K)2H d000-2H d2Z d sin002H d sin81第6期 闫 辉等:一种海洋环境地磁场三分量的测量方法K =[h n -h s h w -h e h +-h -]2H d000-2H d 2Z d sin 002H d sin -1-E 将第1步中得到的hn 和h s 相加可得到:h n +h s =(E +K )0 0 2H d0Z d+2h ph p =12(h n +h s )-(E +K )0Z d 3 海上任意地点H d 、Z d 和 的求解3.1 A 矩阵的变换形式对于任意的舰船姿态,都同时包含了舰船的横摇、纵摇和航向3种状态信息,但是为了分析问题的方便,可以把这种姿态看作是舰船从没有纵摇和横摇角,并且处于正北磁航向状态的时刻,顺序经历了航向、纵摇和横摇的改变的3个独立阶段后形成的.亦即舰船在第一时刻只发生航向的改变,产生磁航向角 (见图1(a ));然后再经历一次纵向摇摆,产生纵摇角 (见图1(b ));最后经历一次横向摇摆,产生横摇角 (见图1(c )).经历这3个过程以后,舰船的姿态就确定了.图1 舰船姿态的变换过程图因此,可以将A 矩阵写成3个矩阵A 1、A 2、A 3相乘的形式,即A =A 1A 2A 3,其中:A 1=1000cos sin 0-sin cos;A 2=cos 0sin 010-sin 0co s ;A 3=co ssin 0-sin cos 00013.2 磁场三分量的获得对于任意航向上、任意测量船姿态下,磁传感器处获得的磁场值为:h =(E +K )A 1A 2A 3H d0Z d +h p(5)对于具体某一条测量船来说,其K 矩阵和固定干扰h p 一旦测出就是一个不变量[6],而磁场h 值又是可以从三分量磁传感器直接读得的,因此在这里只有H d 、Z d 、 是未知量.故将(5)式作如下变形:A 3H d0Z d =A -12A -11(E +K )-1(h -h p )(6)很容易看出(6)式右侧各参数都是已知的,不妨设T =A -12A -11(E +K )-1(h -h p ),其中向量T 的物理意义是舰船不存在纵横摇时、任意航向下地磁场在舰船坐标系上的投影.这样就可以将(6)式写成: 82 海 军 工 程 大 学 学 报 第17卷cos sin 0-sin cos 0001H d0Z d=T 从而分别得到H d =T 2x +T 2y ; Z d =T z ; =-tan-1T yT x 4 解算地磁场三分量的计算机仿真假设感应磁化系数矩阵K 和固定干扰向量h p 已经获得,并设某地的地磁场水平分量H d 为30 T ,垂直分量Z d 为40 T ,磁偏角 为5 .根据舰船普遍安装的平台罗经在机动航行中所能达到的水平精度和航向精度[7],在仿真过程中对导航信号加随机误差,然后利用上述理论推导来计算地磁场的三分量.从仿真结果看,其水平与垂直分量的误差不超过50nT ,磁偏角误差不超过0.3 (见图2).图2 地磁场三分量曲线5 结 论采用该方法进行磁场的三分量测量,一旦舰船的感应磁化系数矩阵K 和固定干扰向量h p 测量出以后,海洋环境磁场的三分量的测量变得非常方便.只要保证同步采集舰船姿态信号、航向信号和舰船磁场的三分量值,地磁场的三分量值就可以通过计算机软件直接计算来完成,其结果能够满足舰载消磁系统对三分量地磁场的精度要求.如果对结果数据进行进一步处理,测量精度有望获得更进一步的提高.参考文献:[1] 徐文耀.我国地磁观测研究的发展[J].北京:地球物理学报,1997,40(增刊):217-230.[2] M acmillan S,Q uinn J M .T he Der ivat ion of Wor ld M agnetic M odel 2000[M ].Edinbur gh:Br itish Geo log ical Survey,2000.[3] 张国友.舰船消磁系统原理与设备[M ].武汉:海军工程学院,1999.[4] 肖昌汉.舰船磁性防护系统及其抗干扰调整方法[D].武汉:华中理工大学,1998.[5] 肖昌汉,卢庆芳,王智勇,等.舰船任意姿态下消磁系统电流变化关系[J].海军工程大学学报,2002,14(1):14-18.[6] 肖昌汉,王军民,楼晓良.舰船消磁系统抗干扰调整新方法[J].水中兵器,1999,(1):51-56[7] 李 安,胡柏青.平台罗经[M ].武汉:海军工程大学,2003. 83 第6期 闫 辉等:一种海洋环境地磁场三分量的测量方法。
海洋重磁测量野外工作方法
海洋重磁测量野外工作方法
海洋重磁测量野外工作方法
海洋重磁测量是将磁化强度和磁偏角作为观测参量，进行海洋地磁环境探测的一种技术。
它可以有效地探测海底磁环境，可以用来识别海洋构造物质及其结构模式。
由于它有可靠性， endurable性和较高的分辨率，因此在全球海域的研究中得到了广泛的应用。
在野外海洋重磁测量的工作方法如下：
1）海底磁场测量：野外海洋重磁测量所使用的观测装置包括：管式测量电缆，海底磁力计，数据采集系统，便携式电源和计算机等。
在确定测量位置时，测量距离两侧都应有长至少100米的安全距离，以防止干扰。
然后连接电缆，管式设备中可能带有磁滞性体，测量精度受到影响。
为了避免这种情况，电缆可以提前进行笔直摆放，使其调整到熟悉的磁
气场。
2）数据处理：在野外海洋重磁测量中，可以根据所采集的数据进行建模处理，以获得测
量目标海洋地磁场的信息。
模型中考虑各个地磁参量，如外地磁偏角、外地磁强度、内地
磁偏角和内地磁强度等，进行磁感航线形状分析、多次观测解算以及地磁场模拟计算等处理，最终得到测量结果。
3）成果验证：在海洋重磁测量过程中，为了验证测量的结果的可靠性，可以使用快速处
理技术，以便迅速获得工程成果，进行有效的验证。
通过以上三个步骤，便可以完成海洋重磁测量的野外工作。
我们能够从中获取有效的数据，获得海洋地磁应用领域的重要研究结果。
为此，这种野外海洋重磁测量技术将非常实用，广泛应用于全球海域的研究工作。
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装备环境工程第8卷第3期收稿日期：2010-09-28基金项目：国防技术基础资助项目（H082009A001）作者简介：李琳琳（1987—），女，硕士研究生，研究方向为海洋环境物理场分析。
海洋环境工频磁场量级的快速估计方法李琳琳，吕俊军（大连测控技术研究所，辽宁大连116013）摘要：海洋环境中工频电磁场是舰船水下电磁场测量的重要干扰源之一。
对工频电磁场进行测量时由于水下布放难度较大，对测试海域进行多点测量并不现实。
通过对工频电磁场海水中透射基本理论的分析，提出了一种工频磁场的快速估计方法，实测验证了方法的有效性。
关键词：工频电磁波；透射距离；快速估计中图分类号：TN011+.6文献标识码：A文章编号：1672－9242（2011）03－0094-03Rapid Estimation Method of Power Frequency Magnetic Field in Ocean EnvironmentLI Lin-lin ，LV Jun-jun（Dalian Scientific Test and Control Technology Institute ，Dalian 116013，China ）Abstract ：The power frequency electromagnetic component is a significant disturbance when we take measurement to the ship underwater electromagnetic field in ocean.During the measurement we found it ′s difficult to place the equipment underwater,so it ′s unpractical to measure the electromagnetic component at arbitrary position in the sea.By analyzing its theory of transmission,this paper presents a rapid estimation method of power frequency magnetic field,and validates its validity by experimentation.Key words ：power frequency electromagnetic wave ；transmission distance ；rapid estimation海洋环境电磁场是水中目标及探测设备的依存背景。
有效的海洋电磁观测可以最大限度地利用海洋环境的合作性，使水中目标及探测设备工作时处于最佳状态。
在0～3kHz 这个频带范围内，海洋环境电磁场中工频电磁场所占比重最大，对该频段内目标的电磁场测试影响较大，因此如何快速估计工频电磁场量级并选择一个其值较小的海域是目前目标水下电磁场测试急需解决的问题。
具体试验中，由于海水中布放难度较大、成本较高，且具体可控性低，故很难对任意海区、任意深度的工频电磁场进行测量。
通过对工频电磁场传播路径的分析，认为在距离工频电磁场源一定距离后，海水中的工频电磁分量主要来自于空气中的电磁波，依据该理论提出了一种工频磁场量级的快速估计方法，为目标水下电磁场测试的前期海域选择提供了一种有效的手段。
1工频电磁波在海水中的透射距离在工程实际中经常用场的透射距离来描述传播特征[1]。
电磁波在海水中传播时，电场产生传导电流，电磁场能量通过电流转化为热能，致使电磁波的能量急剧衰减，频率越高，衰减越快。
一般当电磁波的振幅衰减为原来的1/e 时的传播距离，被称为透射距离。
MHz 级以上的电磁波的透射距离小于25cm，海水对于高频电磁波是很强的屏蔽层。
频率低于10-3Hz 的极低频电磁波，透射距离可达5km，海水便成为可以穿透的。
沿着垂直于波射线平面上任意一处的场强矢量和得知其场强矢量的相位都不发生改变的电磁波被称为平面电磁波。
工频电磁波在海水中传播时满足这一特性。
平面电磁波的特点是仅存在2个相互垂直的矢量 和。
如果其方向沿着坐标x ，y 轴，则有：E=（E x ，0，0），H =（0，H y ，0）平面电磁波在有耗媒质中的传播满足下面的电磁方程组：（1）则有：（2）上述方程解的一般形式为（3）式中：槡 ，ω为电磁波角频率，μ为介质磁导率，σ为介质电导率；H 0为入射波振幅；z 为波阻抗。
最终得到海水中电磁波的透射距离公式为：槡 （4）对于海洋介质，一般认为：σ≈3.32S/m，μ=4π·10-7H/m，根据上述公式，对不同频率下的透射距离进行计算。
从对不同频率的透射距离进行数值计算的结果来看，随着频率的增加，电磁波在海水中的透射距离急剧下降。
f =50Hz 的工频电磁波的传播距离为39m，但这并不是说电磁波在海水中只能传播这么远，上述距离是按幅值衰减为原来的1/e 基础上得到的。
对探测而言，探测距离跟传感器的灵敏度及噪声有很大关系，根据目前传感器的性能，大致可以认为，探测距离可以比上述的透射距离高一个数量级。
2工频电磁场传播路径分析文献[2—3]中提到通过海洋中极低频电磁场测量，发现水下电磁场与水深存在一定函数关系。
文献中研究的电磁场由雷电等自然现象产生，当这些电磁波在地表传播时，由于陆地和海洋的导电性，它们将产生能量损耗。
垂直射入媒质的折射波随传播深度增大，其能量以指数衰减。
通过测量水下极低频电磁场，可以发现由于海水自身导电性，电磁波如预期一样在海水中随深度增加而衰减，但是，当极低频电磁波传播至海底时，其能级有时会增大。
这种现象表明电磁波有可能沿着海底远离海岸一定距离后，向上传播进入海水。
这里可认为传播入海水中的工频电磁波来源于岸上用电设备。
综合上述分析可以认为海水中的电磁场主要通过3个路径进行传播，分别为直接经海水传播、经空气及海底传播后折射入海水中。
2.1经空气传播的工频电磁波大气的电导率近似为0，这里可认为电磁波经空图1电磁波在海水中的透射距离Fig.1Electromagnetic wave’s transmission distance in seawater李琳琳等：海洋环境工频磁场量级的快速估计方法··95气传播时没有衰减，只考虑电磁波在折射到海水中后传播所产生的衰减。
根据麦克斯韦方程组，可以推出浅海中某一深度磁场总场与海洋表面总场比值如下[4]：（5）式中：y 为实际测量深度；下标s，e 分别表示海洋和陆地；ηj 为第j 层的本征阻抗，ηj =i ωμj /ξj ；εj 为介电常数；ξj =（-ω2μj εj -i ωμj σj）1/2；D 为测量海区深度。
可见，依据该式，海水中任意深度处的工频磁场大小可通过海面测量进行粗略估计。
2.2经海底传播的工频电磁波一般认为海底沉积物的导电性主要取决于其孔隙度和填充其中的孔隙液，服从阿尔奇（Archie1942）定律[5]：（6）式中：A 为常量；S 为被水填充的空隙比；n 为饱和度指数；Φ为空隙率；σω为空隙水电导率；m 为常数。
对于海水饱和的沉积物，S =1，通过合理选取A =1，Φ=0.5，m =1.5，σω=3.32S/m，计算后σf =1.17S/m。
由于海底沉积物的电导率比海水低1.5倍，而由前面对电磁波透射距离的分析可知，电磁波的透射距离与电导率的平方根成反比，故将其与大气中电导率相比，可以看出，由海底传播后折射入海水中的磁场强度要远小于由大气折射入海水中的磁场强度。
2.3经海水传播的工频电磁波由前述工频电磁波在海水中的透射距离的分析可知，在传播约39m 后，其振幅衰减为初始值的1/e 倍。
可以认为在距离岸边一定距离后，海水中的工频电磁波并不是经海水直接传播过来的。
3海水中工频磁场的快速估计方法及实验验证通过上述分析，对海水中工频电磁场量级进行估计，不考虑经海水及海底传播部分，采用空气中测量，然后换算到海水中某一深度的方式来实现，换算公式为式（5）。
为了对上述理论进行验证，在大连南部海域同时对海面与海水中的工频磁场进行了测量。
测量点距码头727m，测量区域海深36m，测量点处海深35m。
根据上述理论，计算得出海水中测点处与海水表面的工频磁场比值约为0.0299。
图3和图4分别为海水中测点处与海水表面的工频磁场总场幅值的测量结果。
（下转第108页）图2海水中工频电磁波传播路径Fig.2Power frequency electromagnetic wave’s propagation path inseawater图3海水中工频磁场分量Fig.3Power frequency magnetic field component inseawater图4海水表面工频磁场分量Fig.4Power frequency magnetic field component at sea surface工艺技术设计、自动控制设计、电气、电讯、消防等方面提出相关安全防范措施。
根据企业特点建应急组织体系；确定预案分级相应条件；建立应急联络；信息报送及处置机制；与周边企业和园区建立对接及联动，制定报警、通讯联络方式；确定应急监测系统与实施计划，风险污染消除、减缓措施；积极开展培训、演习制度及公众教育；建立环境污染三级防控体系等应急预案。
7结语LNG作为一种清洁高效能源，不仅可以使能源结构趋于合理，缓解供需矛盾，而且对于提高城市品位、改善环境、提高人民生活质量和实现经济可持续发展都将起到十分重要的作用。
LNG是易燃物质,一旦发生泄漏事故，其经济后果和环境后果不堪设想，因此，对于LNG相关项目的环境影响评价，环境风险评价应作为必不可少的评价重点，但在实际工作中，如何根据导则要求对项目进行风险评价是环评工作者的难点。
文中介绍的风险评价实例解决了导则的实际操作问题，给出了适用于LNG相关项目确定最大可信事故、事故源强的方法以及事故后果的预测模式，可供同行进行参考。
参考文献：[1]国家环保局有毒化学品管理办公室，化工部北京化工研究院环保科研所.化学品毒性法规环境数据手册[M].北京：中国环境科学出版社，1992：552－610．[2]王箴.化工辞典[K].北京：化学工业出版社，1993：300—379．[3]于力见.定量风险评价中泄漏概率的确定方法探讨[J].中国安全生产科学技术，2007，3（6）：27—30．（上接第96页）由测量结果得出，海水表面工频磁场总幅值为6.093nT，根据前面计算得出的比值，对应的海水中的工频磁场幅值约为0.182nT，可认为其量值接近0.2nT，而实际测得的海水中工频磁场总场幅值为0.198nT，与理论结果基本吻合。