[发明专利]基于地形地貌和构造特征的海底地理实体划定与分类方法

权利要求书

1.基于地形地貌和构造特征的海底地理实体划定与分类方法，其特征在于，包括数据预处理、地理实体界限划定、特征提取与分类三大步骤；首先，通过数据预处理得到海底地形地貌模型、重力垂直梯度模型、磁异常模型；将得到的海底地形地貌模型，通过水深范围截取、坡度求取与截取、模型叠加与分析、剖面设计与计算、极值点定位与连线完成基于地形地貌的界限划定，得到基于地形地貌的界限；将得到的重力垂直梯度模型和磁异常模型，通过界限范围圈定、模型截取、剖面设计与计算、双极值点定位、加权求值与连线完成基于构造特征的界限划定，得到基于构造特征的界限；最后，基于得到的基于地形地貌的界限和基于构造特征的界限，通过地理实体界限综合、地形地貌模型提取、形态特征参数计算、实体类型与级别判定，得到海底地理实体的全要素信息表；

所述的数据预处理包括地形地貌数据预处理、构造特征数据预处理；所述的地形地貌数据预处理依次包括输入多波束测深点集，地形地貌建模，得到海底地形地貌模型；所述的构造特征数据预处理包括两部分：一部分依次是输入自由空间重力异常模型，垂直方向求梯度，得到重力垂直梯度模型；另一部分依次是输入磁异常测量点集，磁异常建模，得到磁异常模型；

所述的地形地貌数据预处理包括下列步骤：

步骤1-1：输入多波束测深点集

多波束测深数据点集，其中，mb和s分别代表多波束和测深点，、、分别为多波束测深点的二维平面位置坐标和深度值，和均为自然数，为测深点总数，转入步骤1-2；

步骤1-2：地形地貌建模

基于多波束测深数据点集，采用张力样条插值算法，得到海底地形地貌模型，其中，和geomor分别代表模型和地形地貌，为的第i行、第j列的节点，、、分别为的第i行、第j列的二维平面位置坐标和该位置的深度值，和为该模型的最大行号和列号，i、j、和为自然数；

所述的构造特征数据预处理中的输入自由空间力异常模型，垂直方向求梯度，得到重力垂直梯度模型包括下列步骤：

步骤2-1：输入自由空间重力异常模型

自由空间重力异常模型，其中，代表自由空间重力异常，为的第i行、第j列的节点，、、分别为的第i行、第j列的二维平面位置坐标和该位置的自由空间重力异常值，和为该模型的最大行号和列号，i、j、和为自然数，转入步骤2-2；

步骤2-2：垂直方向求梯度

基于自由空间重力异常模型，得到重力垂直梯度模型，其中，代表重力垂直梯度，为的第i行、第j列的节点，、、分别为的第i行、第j列的二维平面位置坐标和该位置的重力垂直梯度值；其中，GVG_ij采用公式（1）得到，

公式（1）：；

所述的构造特征数据预处理中的输入磁异常测量点集，磁异常建模，得到磁异常模型包括下列步骤：

步骤3-1：输入磁异常测量点集

磁异常测量点集，其中，代表磁异常，、、分别为磁异常测量点的二维平面位置坐标和该位置的磁异常值，和均为自然数，为磁异常测量点总数，转入步骤3-2；

步骤3-2：磁异常建模

基于磁异常测量点集，采用反距离加权平均插值算法，得到磁异常模型，其中，为的第i行、第j列的节点，、、分别为磁异常模型的第i行、第j列的二维平面位置坐标和该位置的磁异常值，和为该模型的最大行号和列号，i、j、和为自然数；

所述的基于地形地貌的界限划定包括下列步骤：

步骤4-1：水深范围截取

按照海底地理实体界限的大致水深范围，对海底地形地貌模型按水深范围进行数据截取并输出，获得截取后的海底地形地貌模型，其中，、、分别为的第i行、第j列的节点的二维平面位置坐标和该位置的深度值，和为该模型的最大行号和列号，i、j、和均为自然数，转入步骤4-2；

步骤4-2：坡度求取与截取

a）基于水深截取后的海底地形地貌模型，得到坡度模型，其中，代表坡度，、、分别为的第i行、第j列的二维平面位置坐标和该位置的坡度；其中， 采用公式（2）得到，

公式（2）：,、、、分别为与的节点东侧、西侧、北侧、南侧相邻的节点的深度值；

b）按照海底地理实体界限的坡度范围，对坡度模型进行数据截取并输出，获得截取后的坡度模型；i、j、和均为自然数，转入步骤4-3；

步骤4-3：模型叠加与分析

以海底地形地貌模型作为下覆面，以截取后的坡度模型作为上覆面，采用二维平面坐标配准的方法将两者叠加，用三维可视化分析法开展分析，判断界限是否在两个模型上显著可划定；若是，则转入步骤4-4；若否，则转入步骤5-1；

步骤4-4：剖面设计与计算

a）剖面设计：垂直截取后的坡度模型的长轴走向，等距设计条贯穿海底地形地貌模型的海底地形地貌剖面集合,其中，为第i条海底地形地貌剖面，代表海底地形地貌剖面，、、、分别为的第j个剖面点的二维平面位置坐标、剖面点采用间距和水深值，、分别为剖面总数和剖面点总数，i、j、、均为自然数；

b）剖面计算：基于海底地形地貌剖面集合，得到坡度剖面集合，其中，代表坡度剖面，、、分别为第i条坡度剖面的第j个剖面点的二维平面位置坐标和坡度值，采用公式（3）得到，转入步骤4-5；

公式（3）：，为第i条坡度剖面的第j个剖面点的坡度值，、分别为第i条海底地形地貌剖面的第j、j+1个剖面点的水深值；

步骤4-5：极值点定位与连线

搜索定位坡度剖面集合中每一条剖面的最大坡度值并输出对应的二维平面位置坐标，获得坡度极值点坐标集，其中，、为第i条坡度剖面的最大坡度值所对应剖面点的二维平面位置坐标；将坡度极值点坐标集依次首尾相连得到基于地形地貌的界限；

所述的基于构造特征的界限划定包括下列步骤：

步骤5-1：界限范围圈定

使用三维可视化分析法，综合分析水深截取后的海底地形地貌模型、重力垂直梯度模型和磁异常模型，圈定界限可能出现的范围，其中，代表界限可能出现的范围，、为界限可能出现范围的点的二维平面位置坐标，和均为自然数，为界限可能出现的范围组成的点的总数，转入步骤5-2；

步骤5-2：模型截取

基于界限可能出现的范围，对重力垂直梯度模型和磁异常模型按范围进行数据截取并输出，获得范围截取后的重力垂直梯度模型和磁异常模型=，i、j、和均为自然数，转入步骤5-3；

步骤5-3：剖面设计与计算

a）剖面设计：垂直界限可能出现的范围的长轴走向，等距设计条贯穿该区的重力垂直梯度剖面集合和磁异常剖面集合,其中，和分别代表重力垂直梯度剖面和磁异常剖面，和分别为第i条重力垂直梯度剖面和第i条磁异常剖面，、、、为第i条重力垂直梯度剖面的第j个剖面点的二维平面位置坐标、剖面点采用间距和重力垂直梯度值，、、、为第i条磁异常剖面的第j个剖面点的二维平面位置坐标、剖面点采用间距和磁异常值，、分别为剖面总数和剖面点总数，i、j、、均为自然数；

b）磁异常坡度计算：基于磁异常剖面，得到磁异常坡度剖面集合，其中，和均代表磁异常坡度，、、分别为第i条磁异常坡度剖面的第j个剖面点的二维平面位置坐标和磁异常坡度值， 采用公式（4）得到，转入步骤5-4；

公式（4）：,为第i条磁异常坡度剖面的第j个剖面点的磁异常坡度值，、分别为第i条磁异常剖面的第j、j+1个剖面点的磁异常值，为剖面点采用间距；

步骤5-4：双极值点定位

a）重力垂直梯度极小值定位：搜索并定位重力垂直梯度剖面集合中每一条剖面的重力垂直梯度的极小值并输出对应的二维平面坐标，获得重力垂直梯度极小值点对应的坐标集，其中，、为第i条剖面的重力垂直梯度极小值所对应点的二维平面坐标；

b）磁异常坡度极大值定位：搜索并定位磁异常坡度剖面集合中每一条剖面的坡度极大值并输出对应的二维平面坐标，获得磁异常坡度极大值点对应的坐标集，其中，、为第i条剖面的磁异常坡度极大值所对应点的平面坐标；转入步骤5-5；

步骤5-5：加权求值与连线

设置重力梯度信息权值为和磁异常坡度信息权值为，使用公式（5），求取重力垂直梯度极小值点对应的坐标集和磁异常坡度极大值点对应的坐标集加权平均后的点坐标集,其中，代表构造特征，为加权平均点坐标集第i个点的二维平面坐标和；将极值点坐标集依次首尾相连，得到基于构造特征的界限；其中，和采用公式（5）得到，

公式（5）：；

所述的特征提取与分类包括下列步骤：

步骤6-1：地理实体界限综合

对从步骤4-5得到的基于地形地貌的界限和从步骤5-5得到的基于构造特征的界限进行求和，得到海底地理实体的最终界限，转入步骤6-2；

步骤6-2：地形地貌模型提取

基于海底地理实体的最终界限，将海底地形地貌模型按范围进行数据截取并输出，获得范围截取后的海底地形地貌模型，其中，、、分别为范围截取后的海底地形地貌模型的第i行、第j列的二维平面位置坐标和该位置的深度值，和为该模型的最大行号和列号，i、j、和为自然数，转入步骤6-3；

步骤6-3：形态特征参数计算

基于范围截取后的海底地形地貌模型，使用地理信息软件计算该海底地理实体的海底地形地貌特征参数组，其中，代表中心点，、、、、、、分别为该海底地理实体中心点的二维平面位置坐标、规模大小、最大水深、最小水深、总起伏度、平均坡度，转入步骤6-4；

步骤6-4：实体类型与级别判定

基于得到的海底地形地貌特征参数组，按照海底地理实体的定义和分级，判定该海底地理实体的类型（）和等级（），转入步骤6-5；

步骤6-5：全要素信息表构建

基于海底地理实体的最终界限、海底地形地貌特征参数组、海底地理实体的类型（）和等级（），构建该海底地理实体的全要素信息表。