CG5重力仪的地震重力测量应用手册.docx
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CG5重力仪的地震重力测量应用手册
CG-5重力仪的地震重力测量应用手册
CG-5重力仪的地震重力
测量应用手册
中国地震局地震研究所
2007.02
引言
CG5相对重力仪是加拿大scintrex公司生产的全自动重力仪,CG5的测量精度优于5microGal,残差长期漂移率(静态)优于0.02mGal/day其主要应用于物探和地震监测等方面。
本手册主要介绍如何使用CG5进行地震重力测量,同时也介绍了仪器的简单操作和如何使用PDA配合CG5完成野外重力测量的数据记录以及外业数据处理,有关其详细操作可参考《CG5简明应用手册》和《重力测量电子记簿系统使用手册》。
CG-5重力仪介绍
主要介绍使用CG-5重力仪的各个组成部分、相关界面和程序。
1.CG-5开箱
图1运输箱内的重力仪
CG-5重力仪放在箱子里以在运输过程中保护仪器,中国地震局地震研究所根据实际情况,为方便仪器的运输,并顾及野外操作的便携性,根据仪器的尺寸加工了配套安装箱。
2.CG-5重力仪及配件
主要包括CG-5重力仪、两块充电Li电池、电池座充及适配器、SCINREX数据传输软件和驱动等。
3.初次操作CG-5
当第一次开启CG-5重力仪或CG-5断电超过48小时后,如果要用仪器进行重力观测,必须对CG-5进行通电加热48小时。
1.接通Autograv电源–使用电源适配器对仪器供电,也可用电池供电。
2.准备周期–当连接了Autograv与电源适配器以后,仪器需要4小时的加热以达到运行温度。
3.稳定时间–连接上电池以后,为了仪器的稳定性,需要等待至少48小时。
4.CG-5重力仪通电
可以通过下面两种方式对CG-5供电:
由15V外部电源供电
由CG-5配置的两个智能电池中的一个或两个供电。
若接通外部电源同时安放了电池,外部电源在对设备供电的同时,亦向需要充电的电池充电。
电池充电完成以后,由于仪器继续由外部电源供电,因而电池保持充电完成状态。
每个电池的充电时间大约4个小时。
该仪器还提供一个免费的标准充电器,以便电池单独充电。
仪器通电
●将外接电源适配器的输入端与供电网连接(100V~240V交流,47~63Hz)。
●将15V直流输出接到CG-5的面板背后两针插座。
安置电池
●从设备一边打开电池仓盖。
●插入电池使之与插头紧密结合。
●将电池仓盖重新盖好。
说明:
电池充电情况可由屏幕下方的小图标显示。
两个充满电的电池可供CG-5在25℃的外界温度下连续工作超过14小时。
电池的容量会随着温度的下降相应的减少,当外界温度低于-20℃时,不推荐使用电池。
当电池的剩余电量低于电池容量10%时。
设备会以间隔15秒的“哔”的提示音予以提示。
此时必须至少更换一块电池或连接外接电源。
若不具备执行上述操作的条件,则应该取出电池以防止电池耗尽。
5.充电器的使用
使用SBS3002对一个或同时对两个电池单独进行充电。
●将电源适配器插头与供电网(100V~240V交流,50-60Hz)连接。
●将电源适配器输出插头插入充电器。
●将一个或两个电池放入充电器。
说明:
可对电池进行充电的温度范围为0℃~45℃。
每个电池需要连续充电大约3小时。
位于充电器前面的指示灯有如下含义:
绿灯闪烁:
充电
绿灯长亮:
充电完成
黄灯长亮:
等待(电池超出温度范围)
红灯闪烁:
电池有问题。
控制面板及键盘区介绍
主要介绍CG-5重力仪的控制面板和键盘,如图2所示。
图2CG-5控制面板和键盘区
1.操作键盘
关闭或开启CG-5。
确认键。
该键具有双重功能,MEASURE用于启动测量功能,CLR用于清除先前以数字(或字符)输入字符。
用于向左、右、上、下任一方向移动光标。
用于访问显示器上的选项,选项会根据当前菜单的变化而改变。
2.显示屏及菜单相关操作
显示屏是一款VGA单色图形显示屏幕。
每个显示界面都有相应的界面名称,数据输入或设置区域,选择选项在屏幕的右边,操作选项在屏幕底部。
图3STATIONDESIGNATION界面
CG-5野外操作
主要介绍CG-5重力仪的测量参数设置、测量及PDA的记录。
1.安置仪器
将三脚架放在测点上(让水准气泡朝向观测员)。
右手抓住手柄,左手放在左上角的圆孔,将其对准三脚架的左上角的腿,移动CG5,将右上角的凸角对准三脚架的凹槽,则CG5的近下面板恰好落在三脚架近腿上,如图4(a)、(b)所示。
(a)三脚架的安放(b)仪器安放在三脚架上
图4仪器的安置
2.开机
按ON/OFF键即可。
注意:
如果仪器时间信息(年、月、日、小时、分)显示不正确,需要将仪器的时间重新设置。
通过SETUP键进入CLOCK菜单选项,如图5所示。
图5“CLOCK”菜单界面
3.初始化测量参数
按SETUP键,进入SETUP菜单,包括Survey,Autograv,Options,Clock,Dump,Memory,Service,如图6所示。
图6按SETUP键进入的CG-5主界面
通过上-下-左-右键,首先选择Survey选项,按F5(OK)进入该菜单,如图7所示。
图7SURVEYHEADER界面
按PARAMS,进入测站指示系统(STATIONDESIGNATIONSYSTEM),如图8所示,通常选择(XYm或者XYft)。
图8STATIONDESIGNATIONSYSTEM界面
按F5返回SURVEYHEADER,通过切换FUNCT/EDIT(F3),输入SurveyID(通常以仪器编号,如G204)、Customer(客户,如CEA)和Operator(操作员,如XING),输入GRIDREFERENCE的内容,包括Latitude,Longitude,Azimuth,Elevation,UTMZone,GMTDiff。
其中经纬输入后,在下个点测量的时候就不需要再编辑了,UTMZone在物探中要选择50,GMTDiff需要输入-8用于对记录时间进行转换,我们地震测量系统对此没有特殊要求,尽管不进行固体潮改正,最好还是输入该选项。
编辑完毕,切换功能键,OK退出。
表1SURVEYHEADER菜单的示例设置
Surveyid
customer
operator
latitude
longitude
azimuth
elevation
UTMZone
GMTDiff
207
cea
30.5N
114.4E
0
0
50
-8
进入Autograv选项,进行设置,包括TideCorrection,Cont.Tilt.Corr,AutoReject,TerrainCorr,SeismicFilter,SaveRawData等,如图9所示。
需要说明的是,仪器格值因子G.Cal1在开箱后,使用出厂默认设置值,待仪器在基线场标定后,用标定的新格值因子替换出厂设置。
图9AUTOGRAVPARAMETERSETUP界面
表2AUTOGRAVPARAMETERSETUP菜单的示例设置
TideCorrect.(固体潮改正)
NO
Cont.Tilt.Corr.(连续倾斜改正)
YES
AutoReject.(自动拒绝)
YES
TerrainCorr.(地形改正)
NO
SeismicFilter.(震动滤波)
YES
SaveRawData.(保存原始数据)
YES
Gref.(漂移常量)
0
G.Cal1.(格值因子)
8071.998
TiltX.Sens.(X轴倾斜灵敏度)
589.3
TiltY.Sens.(Y轴倾斜灵敏度)
643.5
TiltX.Offs.(X轴倾斜偏移)
28.1
TiltY.Offs.(Y轴倾斜偏移)
49.2
Tempco.()
-0.154
Drift.()
0
编辑完毕,切换功能键后,按OK保存退出。
进入Options选项,设置ReadTime,cycletime,#ofcycles等内容,如图10所示。
图10DEFINEOPTIONS界面
表3DEFINETHEOPTIONS菜单设置示例
Readtime(读数时间)
40
Cycletime(循环周期时间)
60
#ofcycles(重复次数)
3
Startdelay(测量时间延迟)
10
Lineseparation(线间隔)
0
Stationseparation(站间隔)
0
Autostationinc(测站号自动增加)
NO
Chartscale(图形比例)
1
measurement(测量方式:
数字或图形)
NUMERIC
LCDheater(LCD加热)
OFF
RecordAmb.Temp
(高海拔地区记录温度,代替高程)
NO
编辑完毕,切换功能键后,按OK保存退出。
到目前为止,仪器的测量参数设置完毕!
需要注意的是:
测量参数设置好后,在下个点或者下次野外作业的时候,不需要做任何改动。
仪器野外操作前,Service选项里的Calibration一定要OFF,否则进行仪器的各项校正。
4.测量
按MEASURE/CLR键,进入测量模式,如图11所示。
切换功能/编辑键盘,输入Station号(即测点号,比如3053),线号可以设置为0,高程可以随意输入而没有任何影响。
图11STATIONDESIGNATION界面
按F5(LEVEL)进行仪器调平,如图12所示。
通过屏幕显示调整螺母,调整X、Y轴。
当X、Y都在
范围内,屏幕出现笑脸图标。
图12LEVELING界面
按下F5(READGRAV),延迟10秒后,仪器开始测量读数,如图13(a)、(b)所示,其中3773.222mGal为秒读数,表格1、2、3、4、5为前几组40S采样处理结果,包括时间信息。
图下方给出时间、温度、误差、标准差、倾斜改正等信息。
(a)数字模式(b)图形模式
图13数据采集界面
5.使用PDA建立工程
重力测量电子记簿系统由中国地震局地震研究所组织研制,该系统以中国地震局“局管共用”陆地重力仪的观测为基础进行编制。
系统可用于陆地重力仪的各种观测记录:
进行数据采集、限差检核、数据的实时预处理;电子记录的观测数据可转换成相关文本格式和用于存档的表格化的文件输出,取代传统的人工纸介质记簿工作。
该系统采用C++语言开发,
基于WinCE操作系统的PDA都可适用。
其具体操作可以参见《重力测量电子记簿系统使用手册》。
使用光笔单击开始→程序→重力测量电子记簿系统开始启动系统,如图14所示,进入菜单,如图15所示。
图14地震重力测量电子记簿系统启动界面图15主菜单界面
首先点“工程选项”对工程进行设置,如图16所示。
对于不同的测量单位分配不同的机构代码,作为文件前缀设置,机构代码详见附表1。
如第一形变观测中心输入的文件前缀为GC1,本使用手册使用的数据采用实验观测结果,机构代码使用A。
图16工程选项界面
点“建立工程”创建一个工程文件名,用于系统存放各项电子记录,如图17所示。
校准工程创建时间,确定后系统将根据年、月、日、创建顺序(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9)自动建立一个工程文件名,如:
2005年7月23日创建的第一个工程文件名为:
A0507230;创建的第二个工程文件名为:
A0507231。
图17创建工程界面
点“确定”,创建的工程文件。
输入相应信息,如图18所示。
图18工程信息录入界面
说明:
仪器号首字符以G或D(均为大写)开头,观测者、记录者,内温必须全部填入,内温范围必须是30℃―60℃。
输入仪器号时,系统会打开目录GravitationMeasure\Configure\ApparatusInfo\Info.lis文件,与其中的每台仪器比较,如仪器号相同,则自动更新当前对话框本序号的观测者、记录者、内温。
如Info.lis文件不存在或输入的仪器号与Info.lis文件中的各条记录均不匹配,则系统将本条记录存入Info.lis文件,以备下次输入同名仪器号后直接填写观测者、记录者、内温;如欲更换观测者、记录者,直接修改Info.lis文件。
点击“确定”后系统如发现目录GravitationMeasure\Configure\GZTable\中的仪器号.TAB(格值表)文件不存在则提示,如图19所示。
图19格值表文件不存在提示界面
6.使用PDA记录重力测量数据
用光笔打开建立的工程,点主菜单“重力测量”(见图15),电子记录包括两个窗口,一个是主窗口,一个是“其它”窗口,如图20(a)、(b)。
主窗口输入各个仪器号、点号后,点名会根据点名信息表自动pointlist.lst自动添件进去。
点“其它”进入“其它”窗口,输入信息后,确定退出。
(a)(b)
图20数据记录窗口
说明:
输入读数前,先要输入其它“其它”窗口对话框中的内容,包括外温、运载、天气、气压。
当CG-5重力仪采集数据40S后,通过几秒钟的处理后,将处理结果显示在表格1(最下面处,如图13(a)),此时,观测员将数据结果报给PDA数据记录员,记录员选择仪器号后,输入观测结果处理值,点“Tab”后保存该次数据结果,以同样的方法,保存第二组处理结果。
在第三组读数完毕后,数据结果不显示在表格里,观测员按下F5(FINALDATA)浏览原始数据,将最后一组处理结果(2339252)报给记录员,如图21所示。
如果三次读数互差不超过5微伽,按F5(record)保存数据,显示屏将如图11所示,此时按ON/OFF键关闭CG-5,将仪器放回仪器箱里,准备到下一测站进行测量。
同时,记录员将对应仪器的数据进行保存,所有仪器数据在该测站的测量信息输入完毕、保存后,关闭PDA,准备到下一测站进行测量数据记录。
图20AUTOGRAVFINALDATA界面
说明:
如果三次读数超限(5微伽),按F4(CANCEL)不保存数据,重新进行一次测量,显示屏将会如图11所示,按照前面所叙,重新进行三组测量。
同时需要注意的是,如果三次读数超限,PDA将会提示记录员数据超限,记录员点“重读”,重新进行三组测量的记录,直至数据符合要求后,观测员和记录员分别保存数据。
7.关机
按下ON/OFF键关机。
说明:
无论在什么情况,如果仪器死机,同时按下ON/OFF键和F1键,强制关机。
如果出现仪器软件问题,使用冷启动(COLDBOOT)恢复仪器出厂设置,具体方法为按住SETUP键不松开,在按ON/OFF键,屏幕将如图21所示,按下Y键,仪器将会恢复出厂设置,同时测量数据将丢失。
建议在COLDBOOT前将数据转存。
图21COLDBOOT界面
8.下一测站的测量
到达下一个测站时,测量参数不需要做任何改动,安放三脚架和CG-5,开机后,直接按MEASURECLR键,进入STATIONDESIGNATON,输入该点号后,仪器整平并进行测量,最后进行数据的记录(PDA)、保存等工作。
数据转存
主要介绍SCTUTIL程序的安装以及数据转存方法。
1.安装SCTUTIL
在PC机上插入SCTUTILCD-ROM光碟,准备安装。
此安装程序属于自动生效程序,于是您将看到的窗口如图22所示。
然后按照默认安装,一直选择“NEXT”即可安装完毕。
图22自动安装程序向导
2.安装驱动程序
如果只在PC上安装SCTUTIL,PC通过USB数据传输线连接至CG-5后,PC将不认识该硬件,请求安装该硬件驱动。
此时,将SCTUTILCD-ROM光碟放在光驱里,选择自动安装即可完成。
3.通过USB口转存测量数据
按ON/OFF键开启CG-5。
将USB数据传输线连接到PC上。
将USB数据传输线连接到CG-5上。
说明:
如果你第一次使用USB口转储数据。
计算机识别新硬件后会提示您安装USB驱动程序。
启动SCTUTIL程序。
点“开始”—>“所有程序”—>“SCTUTIL”—>“
”图标运行该程序,主程序界面如图23所示。
图23SCTUTIL程序主界面
设置通讯参数。
选择SCTUTIL程序主界面上的“ComParameters”,如图24所示。
说明:
在您进行数据传输或上载CG-5运行软件新版本之前,必须在SCTUTIL程序中设置合适的波特率及正确的数据位。
选择所需的波特率,数据位,停止位和奇偶校验,默认值为19200,8,1和None。
需要特别注意的是,波特率一定要改为9600以适应CG-5传输要求,否则将会引起数据库完整性问题,不能进行数据转换。
端口(Port)通常选择Com1。
流量控制(flowcontrol)t通常选择选择“None”。
(USBInterface)通常按照CG-5默认选择即可。
图24ComParameters窗口界面
原始数据转存。
选择主界面的“Dump”,这是将数据传输至您PC机上所需的最后一步。
如图23所示。
点“STARTDUMP”,程序将根据当前的时间信息(年、月、日、小时、分)生成一个文件名*.raw文件,人机对话选择保存的路径,如图25所示。
将原始数据文件转存到PC机上,保存过程如图26所示。
图25数据转存至PC机的人机对话界面
图26数据传输过程界面
原始数据格式转换。
选择需要转换的文件类型,如图26所示,点“CONVERT”或者“RAWToSGD”均可。
说明:
如果不选择“PrintTextFile”、“KeepLogFile”和“CreateXYZFile”,原始数据*.raw文件将被转换为*.sgd、*.txt和*.smp文件。
具体的数据格式如图27所示。
●*.raw:
原始数据文件,为二进制的数据文件,用户无法打开。
●*.log:
日志文件,为文本文件。
●*.sgd:
ScintrexGeophysicalData格式文件。
这是您需要转储的文件,有许多用途。
它是二进制的数据文件。
●*.txt:
文本文件。
●*.xyz:
不带有头文件信息的文本文件,除头信息没有外,其余与*.txt文件一致。
●*.smp:
包含了未经处理的以6Hz抽样的重力记录、X轴的偏移、Y轴的偏移和内部温度传感器。
图26数据格式
清除内存。
在需要的时候,可以清除CG-5的内存。
按SETUP键,选择”Memory”选项,如图27所示。
按F1(CLEARMEMORY),然后按先后次序按F1、F3、F2和F4即可。
图27MEMORY界面
数据处理
主要介绍使用PDA进行重力联测计算、平差交换文件输出以及使用重力网平差软件进行数据处理。
1.重力联测计算
重力联测计算的主要目的是,当一个工程从建立到完成后,对该工程的测量结果进行联测计算,检查各个仪器的段差结果,包括自差和互差。
在主菜单内点击“数据处理”图标后,将弹出数据处理选项界面,如图28所示,用户选择“重力联测计算”,可以读取.dat文件,或读编辑数据.txt文件。
例如,计算2005年7月23日的第一个测量工程,点开在存储卡\GravitationMeasure\WLDAT\A0507230.dat,将“A0507230.dat”文件添加,如图29所示。
“A0507230.dat”文件打开确定后,输入仪器测量自差限差值、仪器测量段差互差限差值,确定后即可进行计算,如图30(a)。
计算完毕界面显示计算结果和输出文件名存放的路径,如图30(b)。
图28数据处理选项界面
图29添加重力联测工程数据
(a)(b)
图30重力联测计算
说明:
如果选中替换重力点坐标高程,则系统会查找pointlist.lis文件,根据观测记录的点号在pointlist.lis文件中读取相应的经度、纬度、高程等参数用于计算。
对07年2月7号的第一个工程进行重力联测计算,结算结果存放在…\存储卡\GravitationMeasure\Output\A0702070,计算结果见下表。
G204、G217重力联测计算成果表
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
仪器:
LCR-G204零漂值:
-0.01340零漂率:
-0.004254观测日期:
2007年
------------------------------------------------------------------------------
点名日期读数潮汐改正高度改正零漂改正改前段差
------------------------------------------------------------------------------
编号时间毫伽值气压改正预处理值改正后值改后段差
------------------------------------------------------------------------------
庐山基线1#02.073083.0900-0.03280.0143
0004018.113083.09000.00483083.07643083.0764
------------------------------------------------------------------------------
庐山基线6#02.073037.0890-0.03140.01430.0013-46.0020
0004068.293037.08900.00873037.08073037.0820-46.0020
------------------------------------------------------------------------------
庐山基线14#02.072955.4110-0.03010.01430.0030-81.6661
0004148.532955.41100.00562955.40082955.4038-81.6661
------------------------------------------------------------------------------
庐山基线18#02.072911.7320-0.02940.01430.0045-43.6782
0004189.152911.73200.00972911.72662911.7312-43.6782
------------------------------------------------------------------------------
庐山基线2
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