深远海海域多波束水深测量声速剖面获取方法研究

声速是影响多波束勘测精度的重要的外部因素,它决定着声线跟踪的精度,并最终影响到测深精度。由于停船投放CTD时间成本比较高,探索经济高效的远海走航式多波束水深测量,特别是航渡测量期间的声速剖面获取方法成为现场测量人员急需解决的问题。在对HYCOM/WOA13数据与现场CTD数据进行了数据偏差分布、相关性等比对,验证HYCOM/WOA13数据适用性的基础上,提出了基于HYCOM模式数据、WOA13同化数据及单点历史CTD数据与现场XCTD/XBT多源组合的远海走航式多波束水深测量声速剖面获取方法。对比表明,该多源组合的声速剖面能较好反映施测位置的声速剖面情况,该方法对提高远海水深测量的精度和经济效益具有一定的借鉴意义。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

海底地形测量成果的质量检核评估(二):深远海海域声速剖面的获取

声速改正是海底地形探测资料处理的关键技术环节之一,而声速剖面的质量则将从源头上影响声速改正的精度。针对当前深远海海域海底地形探测中在何时、何地布放何种声速仪器获取声速剖面性价比更高的技术难题,提出将海底地形和温盐场作为在深度方向和时空间布放声剖站的设计依据,开展了基于WOA13温盐场提高XBT计算声速剖面精度试验。结果表明,基于已有的海底地形和温盐场可提高深远海海域声速剖面站布设的性价比。     

远海多波束水深测量中声速剖面获取方法研究

声速剖面正确与否直接影响多波束测深系统测量结果的精度和可靠性,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须努力获取正确的声速剖面数据,来对测深数据进行声速校正。为进一步解决如何高效、准确地获取深远海声速剖面问题,在介绍几种声速剖面获取方法及特点基础上,重点对比了几种方法在远海多波束水深测量中获取的声速剖面数据,并给出了声剖数据的质量检查方法和声剖获取的一般要求,可为同类测量工作提供参考。     

EOF重构声速剖面对深水多波束的声速改正分析

声速误差是多波束水深地形测量主要误差源之一,通常采用现场声速剖面测量的方式加以改正,但在深远海多波束水深地形测量时,现场获取全深度的声速剖面并非易事。针对这一问题,利用东南印度洋海洋调查工作中采集到的17个站位的CTD数据,将所有站位声速剖面拓展到全深度,采用经验正交函数分析法(Empirical Orthogonal Functions,EOF)构建调查区声速剖面场,可获得声速剖面场内任意一点的声速值。然后通过EOF重构声速剖面场获得的声速值对测区内多波束水深地形数据进行改正,并与实测声速剖面对多波束水深地形数据的改正结果进行对比,结果表明,5000 m水深范围内2种声速改正结果相差很小,EOF重构法对深水多波束的声速改正满足水深测量的要求。     

投弃式温盐深测量仪在海底地形测量中的应用

介绍了投弃式温盐深测量仪(XCTD)的原理和特点,利用它获得的声速剖面数据与声速剖面仪测量的声速剖面数据进行了精度对比,论述了在特殊环境下,利用多波束测深系统进行海底地形测量时,使用XCTD进行声速剖面测量的优势,解决了测量船停车才能进行声速剖面测量的弊端,显著提高了多波束测深系统作业的效率。     

联合XBT和WOA13模型盐度信息的深水走航声速准确确定

在走航式海洋调查测量中通过投放XBT仪器来获取海水声速剖面,存在由于缺乏实测盐度信息导致的缺陷,其对深水海域的海水声速测量影响尤甚,并进一步影响到海洋水深测量精度。对国际WOA13模型进行了解析及适用性评估,提出了联合XBT和WOA13模型中盐度信息的深水走航声速准确确定方法。实例结果表明,该模型可有效弥补XBT无实测盐度支持及自身探测深度不足的固有缺陷。多个声剖站的全深度声速推算值与实测值间的互差仅有-0.2~0.35 m/s。     

声速剖面改正对多波束测深的影响

声波在水中的传播受水的温度、盐度、深度以及时间等因素的影响,并且受水介质的运动而经常发生复杂变化。不同的声速结构将直接影响波束射线的空间路径,因此声速剖面的改正直接影响着多波束测深的精度。通过实测的几种变形的海底地形,阐明了声速剖面改正对多波束测深精度的影响,以及如何在测量过程中和数据后处理中避免、消除声速剖面改正带来的测深误差,提出了切实可行的方法。     

陆缘深水区声速剖面EOF延拓方法研究

针对陆缘深水区多波束测量声速剖面数据采集困难的问题,提出一种深海声速剖面EOF延拓方法,以测区少量全水深声速剖面采样数据为依据,采用EOF算法对未进行全水深采样的声速剖面进行声速全水深延拓。实例计算结果表明:采用该方法延拓得到的全水深声速剖面与实测的声速剖面具有较好的一致性,用延拓后的声速剖面进行声线追踪后得到的水深数据能够满足多波束水深测量精度要求。     

基于WOA13数据的赤道大西洋海区温度锋的时空分布特征分析

基于WOA13多年的气候态数据,研究了赤道大西洋海区南北两个温度锋面及其锋强的时空分布特征:北部锋主要存在于夏秋两季,夏季锋强度最大,锋面分布在0~200 m水深;南部锋全年都有存在,春季锋强最大,锋面分布于0~250 m水深。对比两个锋面处的声速剖面,能明显看出在北部锋存在海域,锋强大的夏秋两季与锋强小的冬春两季对声速剖面影响不同,而南部锋在锋面存在深度,声速在各季随深度的变化较一致。     

深远海声速资料对比及校正方法研究

为准确获取深远海海洋声速资料,充分了解深水声速规律,选取了西太地区两个水深超过5000m的S1和S2站位的声速资料为研究对象,以SVP(声速剖面仪)实测资料为参考标准,通过对CTD资料利用Chen-Millero、Del-Grosso以及Wilson的3种经验公式计算的声速与SVP资料进行对比分析,得出Del-Grosso经验公式计算的声速误差最小。为进一步提高声速资料精度,对Del-Grosso公式进行修正,并利用另外3个站位数据进行验证,发现利用校正后的公式计算的声速资料精度明显提升,这为其他深远海区利用CTD或其他温盐深资料获取高精度声速资料提供参考。     

声速剖面EOF表示对多波束水深数据的影响研究

基于实测数据,将测区内声速剖面进行EOF表示,进而采用常梯度分层声线跟踪法对EOF表示的声速剖面和实测声速剖面进行比对,统计有效波束比。比对结果表明:采用EOF表示的声速剖面进行的水深数据改正能够满足多波束水深测量的精度指标要求,论证了采用EOF方法表示多波束勘测水深声速剖面场的有效性。     

多波束测深系统最优声速公式的确定

本文对现有的7种声速经验公式，根据其不同的适用范围，不同的水文环境，计算出各自不同的声速和声速变率，并对这些数据进行统计分析，得出了适合不同水层的最优声速公式，该结论在浅水区被验证是正确的。     

A New Method of Automatic SVP Optimization Based on MOV Algorithm

We applied the maximum offset of sound velocity algorithm to sound velocity profile streamlining and optimization to overcome multibeam survey and data-processing efficiency problems. The impact of sound velocity profile streamlining on sounding data accuracy is evaluated. By automatically optimizing the threshold, the reduction rate of sound velocity profile data can reach over 90% and the standard deviation percentage error of sounding data can be controlled to within 0.1%. The optimized sound velocity profile data improved the operational efficiency of the multi-beam survey and data postprocessing by 3.4 times, indicating that this algorithm has practical value for engineering applications.     

内波对多波束测深影响仿真研究

为了研究内波对多波束测深的影响,通过对内波建模,分别对四个区间的声线跟踪情况进行了研究分析。在此基础上,推导了针对曲线型梯度结构的声线跟踪模型,并根据该模型进行了仿真分析。仿真简单模拟了采用常梯度声线跟踪模型对曲线型梯度结构声速剖面进行声速改正的声线跟踪过程。采用仿真数据绘制了声线跟踪前后的声线示意图,并对归算前后的波束脚印位置进行了比较分析。仿真结果说明内波会给多波束的边缘波束带来大量尖峰状的浅点,而这些浅点难以用传统的声速改正模型消除。推导的针对曲线型梯度结构的声线跟踪模型可为内波的进一步研究提供理论依据,最后对未来的研究进行了展望。     

冲绳海槽中部无井区速度场建立及应用

速度场的建立是冲绳海槽中部深入研究所必需的技术资料。作者选取冲绳海槽中部无井深水区二维地震数据, 以数据处理过程中的叠加速度数据为原始速度, 通过建立双层模型和异常速度识别剔除, 采用Dix 公式方法进行速度转换和沿层速度插值, 建立研究区速度场。从区域速度场问题建立宏观概念, 为冲绳海槽中部提供丰富可靠的速度资料, 变速成图得到的构造图件与地质认识相一致, 实现了由地震资料反映海底构造等地质信息的目的。     

多波束测量声速剖面EOF表示阶次选取研究

经验正交函数(EOF)是描述声速剖面的有效基函数,通常只需要前几阶EOF即可较为精确地表示声速剖面。但使用EOF重构的声速剖面进行多波束测量声速改正时,选取的阶次未必满足多波束测深精度要求。针对此问题,首先介绍了EOF表示声速剖面的原理及流程,然后以北海某区域实测声速剖面数据为例,分析了不同阶次EOF拟合声速剖面误差以及不同阶次EOF拟合声速剖面对多波束测深的影响,最后结合NOAA对多波束测量声速剖面误差造成的水深限差要求确定EOF阶次,实现了在满足多波束测深精度的同时,合理确定EOF阶次的目的。