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。     

基于STO＿IEU2020的海底地形数据尺度提升方法比较

栅格小于1′的全球海底地形数据通常以卫星测高海洋重力数据构建的1′海底地形数据作为背景场模型,采用数据格网化方法得到。基于此,以STO＿IEU2020模型作为海底地形背景场数据,使用反距离加权法、改进Shepard拟合方法、径向基函数法、Kriging方法4种常规网格化方法以及“移去-恢复”方法,分别构建了试验区域栅格大小为30″和15″海底地形模型,并对试验结果开展了分析评估。试验结果表明,采用改进Shepard拟合方法构建的30″和15″栅格海底地形模型相较其他3种常规海底地形格网化方法检核精度高。进一步基于改进Shepard网格化方法,采用“移去-恢复”方法构建的30″和15″栅格海底地形模型结果显示,“移去-恢复”方法可进一步提升建模精度,据此建议制作多尺度海底地形数据,可重点考虑基于“移去-恢复”的改进Shepard拟合方法。     

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。     

几款全球海底地形模型比较分析

近几十年,随着卫星测高技术和相关数据精密处理技术发展,依托卫星测高技术业已成为快速获取全球海底地形数据的可靠手段,国内外相关组织机构已发布了一系列全球海底地形模型。整理评述了多款全球海底地形的基本情况,以及相互间的内在联系,包括DBDB系列模型、ETOPO系列模型、Sandwell系列模型、GEBCO系列模型、SRTM+系列模型、EARTH地形球谐系数模型、BAT_VGG模型、BAT_WHU2020模型、STO_IEU2020模型等。通过对全球海底地形模型的认识和梳理,以期为下一步全球海底地形模型高效、低成本构建提供方法参考。     

基于海量海底地形数据的存储和可视化研究

针对海量海底地形数据的存储和可视化的技术难点，提出一种基于细节层次模型的处理技术。使用这种技术，可以对海底地形模型进行有效的管理。通过实验证明，使用细节层次模型技术可以对海底地形模型进行高效绘制。     

南沙群岛海底地貌制图研究——以1∶100万郑和群礁幅为例

中国海域辽阔,但公开发表和出版的1∶100万及更大比例尺的海底地貌图尚属空白。在综合研究已有的海底地貌分类系统的基础上,以南沙群岛郑和群礁幅为实验区,尝试建立了该海区1∶100万海洋地貌分类系统,利用历年来南沙群岛海区等深线图(1∶50万)、沉积图(1∶200万)、地质地球物理图集(1∶100万)及各种文献资料和在专家指导的基础上,绘制了该幅的海底地貌图并对该区域的地貌格局进行了分析。实验表明,通过对现有资料的综合进行1∶100万海底地貌制图是可行的。实验发现:1)等深线数据如同陆地上的等高线数据,是进行海底地貌制图的基本和主要数据源;2)海底底质和沉积物数据是进行海底地貌成因类型判别的重要依据;3)海底构造格局对海底地貌格局起着根本的控制作用,因此海底地质地球物理数据也是进行海底地貌制图不可或缺的数据之一。     

南沙群岛海底地貌制图研究——以1：100万郑和群礁幅为例

中国海域辽阔，但公开发表和出版的1：100万及更大比例尺的海底地貌图尚属空白。在综合研究已有的海底地貌分类系统的基础上，以南沙群岛郑和群礁幅为实验区，尝试建立了该海区1：100万海洋地貌分类系统，利用历年来南沙群岛海区等深线图（1：50万）、沉积图（1：200万）、地质地球物理图集（1：100万）及各种文献资料和在专家指导的基础上，绘制了该幅的海底地貌图并对该区域的地貌格局进行了分析。实验表明，通过对现有资料的综合进行1：100万海底地貌制图是可行的。实验发现：1）等深线数据如同陆地上的等高线数据，是进行海底地貌制图的基本和主要数据源；2）海底底质和沉积物数据是进行海底地貌成因类型判别的重要依据；3）海底构造格局对海底地貌格局起着根本的控制作用，因此海底地质地球物理数据也是进行海底地貌制图不可或缺的数据之一。     

珊瑚礁海域遥感水深分层研究

我国部分珊瑚礁海域的水深无法实测,遥感测深是水深数据的重要来源,本文根据珊瑚礁的特点,采用双线性内插来改善珊瑚礁遥感图象的灰度突变,利用等深线与等灰度线的对应关系,建立水深数据和图象灰度的数学模型,对未测珊瑚礁海域进行水深分层。     

一种基于TIN三角网数据的规则格网生成算法

格网地形模型和7TIN地形模型是数字高程模型的两个主要组成部分。结合实际工作，在实现多分辨率地形环境仿真需求下，充分利用已知TIN数据信息，通过划分格网点，判断格网点是否落在TIN三角网内，用三角形三个点高程内插得到格网点高程的方法，实现基于TIN数据生成格网数据。方法简单实用，在三维地形仿真应用中有较好的效果。     

离散点数据自动绘制等深线方法探究

提出用反距离插值法将多波束离散数据点插值成规则格网DEM数据,再根据海图生产规范自动绘制不等间距相对光滑的DEM。将自动绘制的等深线与一般软件生成的等深线、海底地形图成果等深线进行比较分析得出：文中方法绘制的等深线相比以前有较大改善且更符合地形,可作为人工绘制的参考线。     

形态约束的等深线勾绘方法

提出了基于形态约束的格网等深线勾绘算法。 首先用普通格网等深线勾绘算法得到制图区域的初步等深线,据此建立等深线树,识别等深线之间的空间关系,然后从等深线中提取特征点,建立父子等深线特征点之间的地性线,以地性线为间隔、父等深线为参照,基于形态约束勾绘满足集群等深线特性的子等深线。 试验证明该方法相对普通格网等深线勾绘方法效果较好,满足形态约束条件,适用于等深线的自动勾绘。     

KSS32-M型海洋重力仪动态性能分析

采用测网交点差、重复测线和与KSS31-M型海洋重力仪重合测线对比的方法,利用近年来KSS32-M海洋重力仪的实测数据对KSS32-M海洋重力仪测量稳定性和数据可靠性进行分析。利用机动转向法验证重力仪阻尼延迟时间为70 s,基于70 s阻尼延迟时间计算的重力测网的测量准确度为0.65 m Gal,与KSS31-M型海洋重力仪采集的重力剖面对比结果看,重合测线相关性为高度相关,4条重合测线网的交点差绝对值最大为1.66 m Gal,准确度为0.59 m Gal,均达到国家标准要求的近海重力测网交点差均方根小于2 m Gal的技术指标。重复测线的幅值接近,相位吻合,匹配测点异常差的平均值小于0.9,均方根均小于0.8,相关性均在0.98以上。本研究表明KSS32-M型海洋重力仪动态测量性能稳定、测量数据可靠。     

Sensor position estimation and source ranging in a shallow water environment

Underwater acoustic transient signals are generated mechanically at known positions along a wharf. These signals are received by a wide aperture planar array of four underwater acoustic sensors, whose positions relative to the wharf are unknown. A method is described that enables the positions of the sensors to be estimated from accurate differential time-of-arrival measurements (with 0.1 /spl mu/s precision) as the signal wavefronts traverse the array. A comparison of the estimated positions with the nominal positions of the first three sensors, which form a 20-m-wide aperture horizontal line array, reveals a 2-cm displacement of the middle sensor from the line array axis. This slight bowing of the line array results in overranging (bias error of 3%) when the wavefront curvature method is used with the nominal collinear sensor positions to locate a static source of active sonar transmissions at a range of 59.2 m. The use of the spherical intersection method coupled with the estimated sensor positions of the line array provides an order of magnitude improvement in the range estimate (within 0.3% of the actual value). However, systematic ranging errors are observed when the sound propagation medium becomes nonstationary. Next, the differences in the arrival times of the direct path and boundary-reflected path signals at the middle sensor of the wide aperture line array are estimated using the differential phase residue of the analytic signal at the sensor output. These multipath delays are used to estimate the range and depth of the source. Although the average value of the multipath range estimates is within 0.5% of the actual value, the variance of the range estimates is 50 times larger when compared with the results of the spherical intersection and wavefront curvature methods. The multipath delay data are also processed to provide a reliable estimate of the temporal variation in the water depth enabling the tidal variation to be observed.     

基于Visvalingam-Whyatt改进算法的线要素化简

线要素化简对空间数据存储、传输和表达具有重要意义。现有方法的化简效率和空间关系维护是一个矛盾体,为提高化简效率的同时解决化简结果中线要素自相交问题,提出基于Visvalingam-Whyatt改进算法的线要素化简方法。以排序列表键值对的形式记录有效面积和节点标识,再利用给定的保留节点数重新构建线要素,在重构过程中逐点进行自相交判断,并通过前插或移除节点的方式解决自相交问题。以1∶100万比例尺的海南岛海岸线为研究对象进行化简实验,结果表明本文所提算法能够解决线要素自相交问题,且具有较高的化简效率。该方法可为其他线要素化简算法提供自相交解决思路。     

基于Stokes公式的扰动重力梯度张量无奇异计算模型

为有效解决Stokes积分奇异性问题,以扰动重力梯度张量的计算为例,采用双二次多项式插值和非奇异变换推导了解决计算点和临近格网点积分奇异的统一公式,分析了数据分辨率对中央区选取范围及积分奇异性的影响。选取某海域8°×8°范围的重力异常数据进行数值实验,结果表明,该方法与传统去奇异方法在一些分量的差异可达数E,使用该方法更有助于提高计算精度。此外,针对不同分辨率的数据,合理选取中央区范围可有效避免计算结果产生舍入误差或奇异。     

A simple method of correction for profile-length water-column height variations in high-resolution,shallow-water seismic data

In high-resolution, shallow-water seismic surveys, correction for water-column height variations caused by tides, weather, and currents is an important part of data processing. In this study, we present a very simple method of correction for profile-length (i.e., long-wavelength) water-column height variations for high-resolution seismic data using a reference bathymetric grid. First, the difference between the depth of the seafloor picked from seismic data and the bathymetry from the bathymetric grid is computed at the locations where the shot points of seismic profiles and the bathymetric grid points are collocated or closest. Then, the results are gridded and smoothed to obtain the profile-length water-column height variations for the survey area. Next, the water-column height variations for each seismic profile are extracted from the smoothed grid and converted to two-way traveltimes. The corrections for the remaining mis-ties at the intersections, computed within a circular region around each tie shot point, are added to the corrections for the water-column height variations. The final, mistie corrected water-column height corrections are loaded to the SEGY trace header of seismic data as a total static. We applied this method to the sparker data acquired from the shallow-water area off the western-central part of Korea where the tidal range is over 7 m. The corrections for water-column height variations range from -10 to 4 m with a median value of about -2 m. Large corrections occur locally between and near the islands probably due to the amplification and shortening in tidal wavelength caused by rapid shoaling toward the islands.     

基于加权最小二乘曲面拟合的规则格网DEM

数字高程模型（DEM）是描述地表起伏形态特征的空间数据模型。DEM完全可以代替传统使用等高线对地形表面的描述，进而满足对等高线数据相同的各种需求。内插是DEM的核心问题，它是DEM各种应用的基础。介绍了加权最小二乘曲面拟合法构建规则格网DEM的理论和方法。试验结果表明：加权最小二乘曲面拟合算法具有插值结果较精确、处理效率较高和模拟地表效果较好等优点。     

用无味变换法求解交会测量及其协方差传播

在交会测量中,交会角的测量误差会使得定位结果具有不确定性,定位坐标的均值和协方差用于表示定位结果及其不确定度。首先对基于一阶Taylor级数展开的前方交会测量及其协方差传播进行研究,分析发现该方法仅具有一阶精度,特别是在测量误差较大的场合,该方法精度较低。然后将无味变换方法用于前方交会测量定位问题,使定位精度、协方差传播精度均提高到二阶以上。最后通过数值仿真验证了无味变换方法在定位精度以及协方差传播精度方面的优势。     

浅海海底控制点水平坐标的简化计算方法

提出了一种在声速剖面未知的条件下计算海底控制点水平坐标的方法,根据流体静力学方程将海底应答器的压力值转化为深度值,并以此深度值作为等效声速剖面法的参考深度,基于等效声速剖面法与船底换能器到海底应答器声波的传播时间计算各历元的测距值,通过圆走航利用距离交会法确定海底控制点水平方向的坐标。松花湖的实验表明,这种方法可以获得较高精度的浅海海底控制点水平方向的坐标。