城市建筑群的重力场定量校正方法研究

"How to calibrate the complex disturbing gravity field generated by the buildings in the modern city?" It is an important scientific problem that is urgently needed to solve the high precision gravity method in the city. With the rapid progress of airborne geo mapping technology, it is possible to quickly acquire the geometric characteristics of building space and build a mathematical-physical model of gravity field. Based on this, the project will realize quantitative calculation and stripping correction of various buildings' gravity interference fields in cities by 3D computer modeling, 3D gravity forward modeling and heterogeneous parallel computing.Finally, through the software integration of the related core algorithm programs and the effectiveness test in the urban center of Chengdu City ,this project will make the high-precision gravity method to become a practical, reliable and effective geophysical exploration technology, and then with the advantage of the gravity method itself in cost, efficiency and construction convenience, it can play an active role in the strategic demand of “underground space exploration and safety utilization” in large and mega cities in China.

“如何对现代城市中建筑群产生的复杂干扰重力场进行定量校正？”是当前城市高精度重力法急需解决的一个重要科学问题。随着目前航空对地测绘技术的长足进步，使得快速获取建筑物空间几何特征并以此来构建其重力场数学物理模型的设想成为了可能。基于此，本项目拟通过三维物理建模、三维重力正演和异构并行计算等较成熟的计算机技术来实现对城市中各类建筑物重力场的定量计算和剥离校正。最后，通过对核心算法研究成果的软件集成以及在成都市中心城区开展的方法有效性试验工作，使高精度重力法成为一项能够有效支撑当前城市地质综合调查工作的实用化技术，进而借助重力方法本身在成本、效率以及施工便利上的优势，在我国当前大型、特大型城市的“地下空间探测与安全利用”战略需求中发挥积极作用。

城市中地上各种林立的高楼及其地下复杂分布的地铁、管网等存在着叠加的“类地形”重力场干扰，使得高精度重力法在城市工况区开展工作时无法满足“微伽级”测量精度的基本要求，如何有效且干净地剥离掉各种人造建筑群的重力场干扰是当前城市重力勘探领域中一个急需解决的关键问题。为此，本项目提出了组合使用“卫星遥感+三维建模+三维正演”的方法来高精度地计算出每个建筑体子单元在重力测点位置的重力场值并予以剔除，解决了其中的城市建筑群的三维建模、单元网格剖分、高性能并行计算等算法问题，通过算法集成和软件开发初步形成了一套可用于城市重力外业勘探使用的数据处理软件，为今后在城市中开展面积性的微重力勘探工作提供了技术保障，在未来我国大中型城市的地质安全体检与风险评估工作中提供了技术支撑。项目共发表相关期刊论文7篇，申报软件著作权3项，发表国际会议论文1篇。此外，在项目资助下发展了山区剧烈起伏地形下的高精度重力地形改正模块，在1:25万甘洛县幅区域重力测量、贵州1:5万丫他幅区域重力测量、彝良地热勘探等工区进行了应用，成功将山区重力地形改正的计算精度提高了一个数量级，取得了较好的关键矿产、清洁能源的勘探效果。