基于三角网构建海底DEM的抽稀算法

为压缩海量水深数据,实现在高分辨率下快速、完整和准确地表示海底地形,提出了一种基于三角网拓扑结构的数据抽稀方法。该方法利用Delaunay三角网的模型优势,快速寻找与水深点相关的区域。根据水深点对区域贡献度大小决定取舍。实验表明,该方法充分顾及海底地形变化趋势,能有效识别海底地形特征点,并且抽稀速度快、失真小、精度高。     

基于改进TIN的空中三角测量模型较差显示

为在空中三角测量模型较差检测中形象快速标注误差超限点、超限区域,直观揭示误差全局区域联系,给空中三角测量补加连接点提供指引,提高空中三角测量作业效率和精度,结合逐点插入法和数据分块思想改进Delaunay三角网构网算法,提出了一种空中三角测量模型较差平面显示方法,利用Delaunay三角网的优良网拓扑关系显示超限点并推荐误差超限范围。以84景规模实际无控空中三角测量工程对该方法进行验证,结果表明该方法能够快速显示空中三角测量模型较差超限点和区域,指示补点区域,有助于揭示空中三角测量模型较差分布规律,辅助空中三角测量修正。该方法可为空中三角测量模型较差检测实际工程新问题提供高效实践方案。     

Delaunay三角剖分的快速实现

主要探讨了以Delaunay三角剖分的逐点插入法为基础构建不规则三角网的方法,并在程序设计中对该算法进行了改进,极大地提高了Delaunay三角网的构建效率。     

水深测量资料边界智能化提取关键技术研究

首先构建离散水深的Delaunay三角网,快速进行Delaunay三角网中点、边、三角形之间拓扑关系的存储。然后计算相邻离散点的平均距离,使其作为水深边界提取的距离阈值。最后遍历Delaunay三角网,利用边与三角形的拓扑存储结果和距离阈值,提取出离散水深边界。实验证明,该方法具有结构简单、操作便利、内存占用少、计算效率高等特点,能够实现离散水深边界的快速智能化提取。     

一种基于Voronoi多边形的海底底质表示方法

海底底质对舰船航行、锚泊、登陆、铺设海底管线等海上活动具有重要的影响。文中提出了一种基于同质Voronoi多边形的海底底质分布可视化方法。通过构建Delaunay三角网,求取Voronoi多边形顶点,并依次排序顶点,从而生成构成Voronoi图。在Voronoi图的基础上,提出了同底质Voronoi多边形合并的具体算法,并处理与岸线相交的区域。实验表明,文中所提方法对于海底底质分布的可视化表达,比传统方法更为形象、直观。     

海图水深注记自动综合研究

本文通过对Delaunay三角网的利用和对TIN(Triangulated Irregular Network不规则地形三角网)的化简方法实现了对海图中特征水深注记的选取;并在此基础上建立了具有水深注记分区选取、人机交互选取水深注记、菱型网设置、三角网检测等多项功能的海图水深注记自动综合子系统。     

机载LiDAR点云的Delaunay三角网快速生成算法

为了提高机载激光点云的Delaunay三角网生成效率及稳定性,基于分块算法的思想,改进了点云数据的分块方式,利用点云的凸包及重心点进行数据分块,并结合子块中激光点个数阈值进行三角形子块的细分,从而避免了传统子块合并过程中复杂的相邻三角形搜索及优化处理,仅需简单的一步优化即可完成相邻子块的合并,大大提高了算法的效率。经实验证明,该算法简单、高效且稳定性好,尤其对于大数据量的机载LiDAR点云Delaunay三角网生成具有明显的优势。     

利用地貌形态相似性评估外版海图水深质量

为检验评估外版海图水深表达海底地形的准确性,利用外版海图和参照数据的水深分别构建Delaunay三角网,对海底特征地貌形态进行提取,设计了位置、表面积、体积相似度指标,对外版海图和参照数据表达同一处特征地貌的相似程度进行了量化。实验结果表明:所提方法可以有效提取海底地形中的特征地貌,所提相似度指标可以较为合理地反映外版海图和参照数据表达同一处特征地貌的相似程度,可为把握外版海图水深表达海底地貌的准确性、进而定量评估其质量提供参考依据,克服了传统经验方法只能进行定性评估分析的不足。     

海图上点群状特征的识别与量测

点群状（包括图斑群）目标在GIS数据中有大量的实例，由于它不同于单个独立的点状要素，在海图自动综合中如何对其分布特性进行识别并加以定量描述，是进行点群综合过程中的关键问题。主要介绍如何利用Delaunay三角网与Voronoi图两种模型对点群状目标分布特性进行描述，并通过对Delaunay三角网与Voronoi图的“蚕食”以及引入图像处理概念将密度问题转化为图像处理问题的方法，直接或间接对点群状目标进行识别与量测。     

海底地形水深三角网重采样技术研究

主要进行海底地形水深三角网重网格化技术研究,通过调整水深数据密度来解决水深点过采样或不足采样的问题,最终实现对水深三角网模型的曲面重构优化。实验证明,本方法在保留海底地形地貌特征的基础上明显改善了水深三角网的质量。     

基于标准差准则的海底三维地形模型构建

针对现有三角剖分需要投影到平面,局部优化时属性丢失的问题,本文采用一种顾及水深属性的三角剖分准则——标准差准则进行三角剖分,并且讨论了标准差的含义、标准差的计算以及标准差准则的描述.根据标准差准则,实现了一种基于标准差差则的海底三维地形模型构建方法.实验结果表明该方法提高了三角剖分的合理性,模型重建的细节与精确程度更高...     

基于A~*算法的海底地形等深线模型构建方法研究

介绍了DEM原理和构建方法,利用现有矢量海图中的水深要素及海岸线岛屿要素,对生成电子海图海底规则网格数据进行研究。计算机辅助虚拟三维海底地形,运用线性八叉树场景进行分解寻求其规律性,用A*算法最好最优地勾绘出等深线,从而建立海底地形等深线模型,为实现电子海图海底三维可视化奠定了基础。最后对算法进行分析与完善。     

成层海床波浪响应的状态空间解及其应用

针对成层海床的波浪响应问题,采用Laplace-Fourier变换和状态空间法求解控制方程,得到表征该问题基本状态量之间的传递矩阵。利用矩阵递推规律、边界条件及逆变换技术实现成层海床波浪响应的计算。以北海和密西西比三角洲的波浪和海床特征为参数进行算例分析,结果表明该方法具有较高的效率和精度。结合北海的工况指出在砂质海床的表面铺设一层砾石土可以增强海床的抗液化能力,起到保护海床的作用。     

"数字海底"数据库:海底多源综合数据的集成与管理方法研究

回顾了近几年海底资料信息化的发展概况，在全面分析海底数据特点的基础上，结合先进的数据库管理系统ORACLE以及空间数据引擎SDE，对海底数据的存储组织结构、分布集中式数据库体系、归一化空问库技术以及海底元数据管理结构进行了分析和研究，系统地提出了一套海底综合数据的整合方法，在物理上和逻辑上对其进行有效的集成和表达，统一组织管理这些海底数据资源。同时，应用该海底数据集成与管理方法，建设以渤海工程地质数据为主的渤海范围内的海底综合数据库，实现了来自不同单位、不同专业领域的海量海底数据的整合，满足渤海油田工程地质环境探测和海洋工程建设的实际应用需求。     

Analysis of seabed instability using element free Galerkin method

Wave-induced seabed instability, either momentary liquefaction or shear failure, is an important topic in ocean and coastal engineering. Many factors, such as seabed properties and wave parameters, affect the seabed instability. A non-dimensional parameter is proposed in this paper to evaluate the occurrence of momentary liquefaction. This parameter includes the properties of the soil and the wave. The determination of the wave-induced liquefaction depth is also suggested based on this non-dimensional parameter. As an example, a two-dimensional seabed with finite thickness is numerically treated with the EFGM meshless method developed early for wave-induced seabed responses. Parametric study is carried out to investigate the effect of wavelength, compressibility of pore fluid, permeability and stiffness of porous media, and variable stiffness with depth on the seabed response with three criteria for liquefaction. It is found that this non-dimensional parameter is a good index for identifying the momentary liquefaction qualitatively, and the criterion of liquefaction with seepage force can be used to predict the deepest liquefaction depth.     

Elimination of Wind Wave Effects on Sub-Bottom Profiler Record

With the presence of wind waves, the swaying of survey vessel may effect the quality of sub-bottom profiler records and, therefore, it is necessary to correct the distortions induced by wave action. A major issue is to distinguish wind wave effect and real bedforms such as sand waves. In this paper, a bandstop filter is designed according to the frequency features of wind wave effect to treat the distortion of seabed topography by wind waves. The technique is used to correct the sub-bottom profile in order to eliminate the wave-induced distortions for the sub-bottom profile records from the Yangtze Estuary. This study shows that the undulate seabed record is resulted from wave action, rather than the presence of sand waves, and the filtration technique helps to eliminate the wave effect and recover the real morphology of seabed and the sediment sequence underneath. In addition, a method for data processing is proposed for the case that the record indeed represents a combination of wave effects and real bedforms.     

An analytical solution for wave-induced seabed response in a multi-layered poro-elastic seabed

In this study, a new analytical solution for the wave-induced seabed response in a multi-layered poro-elastic seabed is developed. The seabed is treated as a multi-layered porous medium and characterized by Biot’s theory. The displacements of the solid skeleton and the pore pressure are expressed in terms of two scalar potentials and one vector. Then, the Biot’s dynamic equation can be solved using Fourier transformation and reducing to Helmholtz equations. To obtain the general solutions for the multi-layered poro-elastic seabed in the frequency-wave-number domain, the transmission and reflection matrices (TRM) method is used to form the equivalent stiffness. Using the boundary conditions and continuous conditions, the frequency-wave-number domain solutions are obtained. Finally, the time-space domain solutions for the multi-layered poro-elastic seabed are obtained by means of the inverse Fourier transformation with respect to the horizontal coordinate. Based on the new solution, a parametric study is carried out to examine the effects of soil characteristics (number of layers, permeability and shear modulus) and wave characteristics (water depth and wave steepness) on seabed responses. The results indicate that the seabed response is affected significantly by permeability, shear modulus and relative water depth.     

高阶边界元方法求解规则波在三维局部渗透海床上的传播

基于线性势流理论,利用高阶边界元法研究了规则波在三维局部渗透海床上的传播。根据Darcy渗透定律推导出渗透海床的控制方程,利用渗透海床顶部和海底处法向速度和压强连续条件得到渗透海床顶部满足的边界条件。根据绕射理论,利用满足自由水面条件的格林函数建立了求解渗透海床绕射势的边界积分方程,采用高阶边界元方法求解边界积分方程进而得到自由水面的绕射势和波浪在局部渗透海床上传播过程中幅值的变化情况。通过与已发表的波浪对圆柱形暗礁的时域全绕射结果对比,证明了本文建立的频域方法计算波幅的正确性和有效性。利用这一模型研究了三维矩形渗透海床区域上波浪的传播特性,并分析了入射波波长、海床渗透特性系数等参数对波浪传播的影响。     

变点分析理论在高密度电阻率探杆观测海床界面中的应用

基于团队自主研发的高密度电阻率探杆,将变点分析理论中的局部比较法,引入到高密度电阻率探杆观测数据分析处理中,以实现海床界面位置的自动判别,并应用该套装置与方法在辽东湾东部某海域进行了海底床界面动态变化的原位实时监测。通过将电阻率的判定结果与目前应用普遍的声学方法同步记录的结果进行对比,分析发现:电阻率探杆测量结果与声学侵蚀仪记录结果具有良好的一致性与同步性,局部比较法能够较为理想地从高密度电阻率探杆的观测数据中获取海床界面的动态变化过程。     

黄河水下三角洲海底管道沉降量确定方法研究

提出一种海底管道沉降计算方法——递推法，应用到胜利油田埕岛海域海底管道沉降计算中，并将计算结果与目前常用的日本规范法和极限法进行比较。研究发现在粉土与粉质粘土为主的强度较高的海床上，递推法与日本规范法计算结果比较接近，极限法的最小；在淤泥质土组成的强度较低的海床上，日本规范法的计算值最大，递推法的居中，极限法的最小。逆推法可计算裸置和埋设两种形式的管道沉降量，而另外两者只能计算裸置管道的沉降。文中进一步讨论了引起管道沉降的影响因素，土体强度和压缩性对管道沉降影响较大。且管道埋深越大，沉降也越大。最后分析了黄河水下三角洲埕岛海域4个区的管道沉降量，Ⅰ区争Ⅱ区管道沉降较小，可以忽略，Ⅳ区沉降较大，在淤泥质软土上的管道，可能会完全陷入土中。