面向地形匹配的多波束测深数据抽稀方法研究

基于多波束测深的地形定位是水下潜器导航技术研究和发展的重点,多波束测深数据的高精度快速重采样是水下地形匹配定位的前提。传统的实时抽稀方法因对多波束测深数据模型的过分简化而效果欠佳。参考Douglas-Peucker算法和点云数据抽稀方法,采用角度-弦高联合准则对多波束每ping数据进行抽稀处理,参考导航地形图对抽稀后的多ping数据基于点云离散度进行二次抽稀处理,从而实现多波束测深数据的高精度快速抽稀处理。典型的数学仿真地形和实测多波束条带数据实验表明:文中提出的抽稀方法数据抽稀率仿真地形在85%以上,实测地形在90%以上,数据抽稀前后点云构成的曲面DEM误差在3%以内,并且算法实时性较好。     

多波束点云滤波算法初步研究及适用性分析

为提高多波束数据处理的准确性和简便性,研究了多波束水深点云处理的策略和关键算法,构建了kd-tree(k-dimensional tree)结构加速点云查找,针对大尺度噪点设计了半径滤波和统计滤波算法,针对小尺度噪点提出了双边滤波算法,并对以上算法的适用性进行了探讨分析。实验结果表明,当设置适合的滤波阈值,半径滤波和统计滤波能高效去除大尺度噪点,且保留地形特征,总误差分别为2.25%和2.76%。在大尺度噪点去除的基础上,改进的双边滤波可以实现地形平滑的同时,保持水深点云的有效数据量。研究成果为多波束点云数据的自动化处理提供了解决方案,对多波束测量工作的效果和效率提升做了有益尝试。     

集成虚拟格网和八叉树的点云数据管理方法

为实现大规模点云的快速组织和检索,提出了基于内外存动态调度的虚拟格网与八叉树相结合的点云数据索引和组织策略。该方法利用虚拟格网对点云进行节点分割和存储,并结合磁盘映射与内外存动态调度技术,将节点进行构八叉树以实现点云数据高效的组织与检索。实验证明,该方法可在计算机内存资源有限的情况下,以较小的内存消耗实现十亿级规模点云的快速组织和检索操作。     

海道测量水位改正通用模式研究

为满足海道测量作业发展实际需求,进行了海道测量水位改正通用模式研究.在单波束测深逐点逐时分区改正基础上提出了适于单、多波束测深的海量数据虚拟单验潮站改正模式,基于时差法、最小二乘拟合法数学模型以及海洋潮汐数值预报模型,研制了适于沿岸、近海水深测量的水位改正软件.     

基于相干原理的多波束测深新算法

为了改善多波束声纳的分辨率,提出了一种基于相干原理的测深新算法,对每一个波束脚印内的信号进行相干处理,获得了大量的海底深度值。在此基础上,采用新算法对仿真数据和某型号多波束测深声纳湖上实验数据进行处理。结果表明,相对于传统多波束测深算法,该算法可显著提高声纳海底测量的分辨率,获得大量的海底深度测量值。     

一种纸质航海图水深注记表示的新方法

针对由多波束测深手段和由单波束测深及其他传统测深手段获得的水深数据长期并存这一实际,在分析现行的纸质航海图水深注记表示方法存在不足的基础上,提出一种基于字符颜色扩展的海图水深注记表示新方法,即以绿色水深注记表示由多波束测深手段获得的水深数据,黑色水深注记表示由单波束测深及其他传统测深手段获得的水深数据。初步分析表明,这是一种简单、易行的方法,可在纸质航海图上有效实现对两类不同来源、具有显著质量差别的水深数据的表示,能更好地满足航海人员通过纸质航海图上的水深注记直观、准确地认知、重建和利用海底地形信息的需要。     

基于经验模态分解削弱多波束残余误差的方法

针对多波束水深数据中存在的系统性残余误差,提出了基于经验模态分解方法来削弱残余误差的方法:首先利用经验模态分解方法对多波束测深数据作一维分解,将非线性、非平稳的多波束测深数据分解成准线性子波,然后构建水深数据趋势项与残余项,利用中央波束趋势项建立整体数据趋势项,最后加以水深数据残余项还原海底地形,削弱残余误差影响。通过实测多波束测深数据验证方法的有效性。     

一种改进的基于TIN的多波束测深数据抽稀算法

多波束测深数据具有海量性与冗余性特征,海量的多波束数据不利于海底DEM构建与海图生产。因此,对于离散的多波束测深数据,行之有效的抽稀算法在多波束测深数据处理与应用中尤为重要。文中分析了常用的数据抽稀算法在数据处理速度以及特征地形保留方面的缺陷,提出一种通过改进基于TIN的数据处理流程的抽稀算法,并对比分析了抽稀前后海底地形特征。实验结果表明,改进的抽稀算法在数据量增大时依然可以保持较高的抽稀速度,能有效地提高数据抽稀的效率,准确保留海底地形特征。     

SeaBeam2100多波束系统的声速误差分析

声速是多波束测深系统进行水深测量的重要参数。以SeaBeam2100多波束系统为例,结合实测资料,以MB-system多波束处理软件为辅助,对声速数据进行了分析,并深入探讨了声速剖面对SeaBeam2100多波束系统测深精度所产生的影响。研究表明,声速(尤其是表层声速)对所测水深的精确度起着关键作用。合理的声速剖面是获得高精度多波束测深资料的基本保证。     

海量多波束数据抽稀方法的比对分析

针对构建海底DEM高效率、高精确度的要求,对比分析了海量多波束水深数据的抽稀方法。利用格网分块结构高效组织海量多波束水深数据,分别采用三种数学模型内插网格节点水深值,实现了不同网格尺度下的数据抽稀。实验证明:所提分块索引策略能提高多波束数据抽稀效率;距离加权内插模型能有效提高海底DEM模型的准确度。     

多波束测深质量评价方法分析

利用Caris多波束处理软件、Global Mapper图形处理和Surfer处理软件中三角网网格化的方法来处理多波束水深数据,从整个测量范围来做水深准确度检验,由传统的水深数据处理线统计发展到面统计,能更有效的评价多波束资料的质量,提高质量控制的水平。     

海底管道检测与三维点云重建算法

随着海底油气管道的铺设规模越来越大,为防止管道油气泄漏而导致人员伤亡和财产损失,海底管道的日常巡检尤为重要。提出一种基于多波束点云的海底管道检测与三维重建算法,利用高频多波束声纳对水下管道进行成像,对声纳图像采用经典边缘检测算法检测管道边缘,得到相应的点云数据,将点云数据拼接成一组完整的空间点云集合,对点云集合进行三维重建。通过水池试验结果证明,提出的算法流程能够有效地实现水下管道的检测与三维重建,具有较好的工程应用前景。     

一体化姿态传感器支持下多波束测深系统偏差处理

根据一体化姿态传感器的特点和多波束水深点计算的实际需要,重点讨论了多波束探头安装偏差的处理,提出了把综合偏差输入姿态传感器,利用其偏差校准处理功能,实现多波束探头坐标系的横摇、纵摇和航向的直接输出,简化数据处理提高作业效率的设想;给出了姿态传感器安装偏差与多波束探头安装偏差进行合并获得综合偏差的方法。     

多波束测量声速剖面采样间隔优化选取

针对多波束测量声速剖面采样间隔合理选取问题,首先介绍了常声速分层声线跟踪法与常梯度分层声线跟踪法基本原理及实现方式,其次基于两种声线跟踪方法分析了声速剖面采样间隔对多波束测深的影响规律,并利用三次样条插值法对声速剖面进行了层化处理以获取不同采样间隔声剖数据,最后结合限差要求,对采样间隔进行了优化选取,实验结果表明,常声速分层声线跟踪法较常梯度分层声线跟踪法对声剖采样间隔更为敏感,在给定限差范围内合理确定采样间隔,既能保证测量的精度又能提高算法运行效率,分析结果对多波束测深数据采集质量的实时监控和实时声线跟踪具有一定指导作用。     

基于CUBE算法的多波束测深数据自动处理研究

对CUBE算法自动处理多波束测深数据的模型建立、格网节点的多重估计和最优估值选取准则进行了详细介绍,深入分析了多重估计的实用性,并通过实测数据对该算法进行实现.利用了抗差Kalman滤波改进CUBE算法.通过模拟数据对改进的CUBE算法进行实验,验证了算法改进的必要性.     

浅水多波束测深资料处理关键技术探讨

为提高浅水多波束测深资料处理成果质量,基于澳门海域浅水多波束测深资料,提出应用POS/MV大地高数据计算实时潮汐数据,探讨了浅水多波束测深资料声速校正方法。结果表明,经过潮汐改正和声速改正后资料处理成果质量明显提高,解决了浅水多波束测深资料处理中的难题,本方法可为浅水多波束测深资料处理提供重要指导。