超短基线定位的海上应用及精度评估

超短基线定位系统可以为水下调查设备提供精确的定位信息,是当今海洋探测工作必不可少的装备。超短基线定位系统的定位结果包含了多种来源的误差影响,对超短基线定位数据进行有效的处理是保证水下精确定位的前提。本文通过对超短基线基阵进行校准,并对其定位精度进行精度评估,对海上应用采集到的数据进行处理分析,对原始数据中出现的跳点进行剔除、滤波处理,得到较可靠的水下定位结果。     

热液硫化物现场调查中超短基线异常定位数据的快速剔除

热液硫化物现场调查所需的船舶动力定位系统给水下定位数据带来较大的噪声干扰,而调查的现场决策与后续研究均对水下定位数据提出更高的要求.针对现有的Posidonia 6000超短基线水下定位系统,快速有效地剔除受干扰的异常定位数据对热液硫化物调查研究具有积极的意义.本文从超短基线解算过程数据(x,y,z三维分量)入手,根据现场作业水深、滑轮偏角,建立异常定位数据的三维剔除模型;根据三维各自的时间系列分布图,采用合理的数据结构与算法,实现对异常定位数据的交互式剔除.本研究成果能快速有效地剔除异常定位数据,为热液硫化物调查的现场决策和各搭载传感器的后续资料研究提供更准确的水下定位数据.     

超短基线定位系统在深拖探测中的应用

作为水下探测设备的载体,深拖系统可长时间大范围的进行海洋调查,其水下位置的准确与否,将直接关系到探测资料的可用度。该文从深拖水下导航定位的关键技术问题出发,总结了适用于深拖系统的水下定位方法,重点介绍了具备高稳定度、高精度等诸多优点的超短基线声学定位系统。结合实例,阐述了超短基线定位工作原理、误差分析及数据处理方法,在拖曳系统匀速直线运动状态下,基于抗差自适应卡尔曼滤波算法对超短基线定位数据进行了处理,滤除了定位数据中的跳点,得到了较平滑且与原始数据相吻合的滤波数据。     

两种水下定位方式的误差对比与分析

利用在富钴结壳海山实测的2条海底摄像测线资料,通过超短基线水下定位数据和LAYBACK方式定位校正结果的分析与对比,结果表明,通过超短基线定位系统的同步测量,可实现对海底摄像拖体的高精度水下定位,而通过LAYBACK校正方式得到的拖体定位数据误差变化范围很大。LAYBACK校正误差受航速和拖缆长度变化的影响程度较小,而受母船航向变化的影响程度要大得多,因此,当利用LAYBACK方法进行水下定位校正的时候,尤其需要注意船向变化对定位精度的影响。     

基于声呐图像的深海采矿车组合定位导航算法

实现高精度的定位导航是深海采矿车完成海底工作任务的基础条件。在采矿车行进过程中,声呐设备生成的图像信息能够反映海底场景的变化,从而体现采矿车本身的运动,由此建立了一种声呐图像里程计,并将其与轮式里程计和USBL测量数据相结合提出了一种深海采矿车组合定位导航算法。首先对多波束前视声呐图像进行预处理,然后使用Canny算法进行特征检测并对特征点云进行配准,再结合声呐成像原理构建了声呐图像里程计运动模型,最后通过轮式里程计运动模型推导预测方程、声呐图像里程计运动模型和USBL测量数据推导更新方程,利用EKF（extended Kalman filter）算法实现基于多传感器融合的定位与姿态估计。海试数据验证了该组合定位算法能实现轮式里程计、声呐里程计和超短基线在速度、位置、艏向角估计、定位速率的精度互补,具有一定的有效性和精确性,该算法为深海采矿车的定位与导航算法研发提供了参考。     

高精度水下定位的一种实现方案

提出了一种运用GPS和超短基线等设备实现潜器水下高精度定位的方案,给出了完整的定位解算数学模型,并进行了误差仿真分析。     

海洋调查中水下目标位置的确定

介绍了海洋调查中测量设备拖曳体(拖鱼)的三种定位方法：舷挂式、LAYBACK方式和超短基线方式;分析了不同定位方法确定水下目标位置的差异,并进行了精度估计。     

水下声学主动定位技术及其在载人潜水器上的应用

水下声学主动定位技术通过声应答的方式实现水下目标定位,主要分为长基线、短基线和超短基线等三种定位系统。它是海洋开发领域中的一个非常重要的组成部分,为水下目标探测、定位跟踪、海底地形勘探和水下遥控作业等各种高精度工作提供技术支持。在探讨以上三种水下声学主动定位技术的同时,并以"蛟龙号"为例,分析其在载人潜水器上的应用。     

水下声学定位和导航技术

本文介绍了短基线、超短基线和长基线的声学定位原理和特性。文章还对声学导航、水下跟踪。水下声学定位的应用、海洋工程用的导航技术、海洋勘探以及海洋地球物理调查等问题进行了讨论。     

用海洋GPS进行水下运动载体的三维定位

用单个装载超短基线的海洋GPS进行水下运动载体的三维定位,和三个智能型浮标进行水下运动载体的三维定位相比,定位精度相当,隐蔽性更好,造价更低,更具实用价值。本文对单个装载超短基线的海洋GPS进行水下运动载体三维定位的原理和精度进行了较为详细的讨论,并得到了一些有益的结论,以供同行参考。     

济州岛南部海域海底声呐图像分析与声学底质分类

东海北部外陆架靠近济州岛南部海域,是黄海槽向冲绳海槽延伸的部分,属于黑潮分支黄海暖流的通道入口,分布着脊槽相间的海底底形,对其海底声呐图像的处理分析及声学底质分类的分析研究,有助于了解该通道海底底形表层纹理特征及沉积物分布规律。基于在济州岛南部海域获取的多波束声呐数据,应用图像处理技术和方法,对数据进行了处理,获得了海底声呐影像图,并对其表层纹理特征进行了描述和分析;同时,基于多波束反向散射强度数据,结合19组海底地质取样数据,建立研究区海底反向散射强度与沉积物粒度特征之间的统计关系模型,并以改进的学习向量量化神经网络方法,实现对海底粉砂质砂、黏土质砂以及砂-粉砂-黏土3种底质类型的快速自动分类识别。     

Model for the Processing and Estimation of Dual Frequency Echo Sounder Observations in Detailed Bathymetries

The dataset acquired by an echo sounder generally comprises outliers and erroneous measurements which must be automatically processed. The main aim of this research is the development and validation of an algorithm which permits detecting outliers, estimating their real value from data acquired with a multifrequency echo sounder, and verifying the measure according to the desired accuracy. The process considers the nature of the seabed and improves the density and number of lectures without globally compromising the precision, but enhancing it in areas with anomalous measurements. Twenty-nine percent of this type of measurements, which would have been otherwise rejected, have been estimated.     

CUBE算法及其在多波束数据处理中的应用

阐述了一种基于表面生成的多波束数据处理方法——CUBE(Combined Uncertainty and Bathymetry Estimator)算法,用该方法可以对观测区域网格节点"真实"水深及相关误差进行估计。与从测量水深中选择出"最佳"数据的手工交互方式的多波束数据编辑手段不同,CUBE算法具有很强的抗差性和较高的效率,适合于实时多波束数据处理。对南海某测区多波束数据处理结果表明,在没有人工干预的情况下,利用CUBE算法去噪生成的海底DTM图与手工编辑生成的相当吻合。CUBE算法和手工编辑方法综合对比得出,CUBE算法能够很好地保留水深地形细节,在计算效率、误差评估、实时处理等方面比手工编辑方法具有较大的优势。     

基于D-P算法和最优路径的海山地理实体边界划定方法

海底地理实体的划定与命名是当前国际海洋权益领域的热点研究问题之一。然而,由于海底地理实体边界的量化界定技术缺乏,导致其界线确定不可避免地存在人为性,为此,本文提出了一种基于D-P算法和最优路径的海底地理实体边界划定方法。将高分辨率水深模型转换为二维水深矩阵,从横向与纵向进行剖面分析,采用极值点简化和D-P算法进行二次简化的方法,通过坡度变化定位和基部高程定位等基本条件综合判断,从而实现了单体海山的山体与其基部的自动划分;在此基础上,采用路径寻优的方法实现了连体型海山的自动分割。该方法在南海海底地理实体划定中进行了验证,取得了良好的应用效果。     

国际海底区域环境保护制度分析与中国实践

为促进国际海底区域资源开发和环境保护的协调可持续发展,提高我国在相关领域的话语权和执行力,文章系统分析国际海底区域环境保护制度的发展特征及其存在的问题,总结我国对国际海底区域环境保护的实践和展望,并提出对策建议。研究结果表明:国际海底区域环境保护制度经历萌芽、成形、发展和充实4个阶段,发展特征主要包括理念的更新、原则的完善以及义务和责任的明确,然而至今在规章环境保护条款、《联合国海洋法公约》非缔约国的环境保护权责和相关利益平衡等方面仍存在问题;我国从参与制定相关制度和开展国内法探索等方面积极实践国际海底区域环境保护;未来应从制定环境保护标准、探索政策环境和平衡各方利益等方面完善国际海底区域环境保护制度,我国应继续参与相关国际法律制度的制定以及完善国内海洋环境保护制度。     

基于ROV的近海底地形测量及其在马努斯盆地热液区的应用

针对重点的特殊深海研究区（如热液冷泉、洋中脊区域）,在船载多波束数据获得研究区大面积地形资料的基础上,有必要选取典型深海小靶区进行高分辨率地形测量为进一步深入研究提供保障。根据船载多波束实测数据选取PACMANUS热液区作为靶区,基于长基线定位,利用“发现”ROV搭载多波束系统进行近海底全覆盖地形测量。结果表明,依托于船动力定位系统及差分GPS,长基线为ROV提供了可靠的高精度定位,使得近海底测量的地形数据分辨率数倍优于船载多波束测得的地形数据的分辨率。高分辨率地形清晰的显示了PACMANUS热液区锥形丘体等特殊微地形,与已发现的热液点和火山区有很好的对应。进一步分析发现,该区域活动的热液区主要发育于坡度大于30°斜坡上的地形突变区,其成因仍需深入研究。利用ROV搭载多波束近底测量是获取深海小靶区高分辨率地形的可靠途径和方法,有利于提高深海海底研究的针对性,将促进我国深海科学研究的发展。     

海床式静力触探在黄河口海底土工程特性研究中的应用

海床式静力触探设备工作效率高,能够实现从垂向上对地层的连续探测,数据分辨率较好。通过对黄河口海域3个静力触探孔和1个地质钻孔的分析,将研究区20m以浅地层自上而下划分为粉土、粉质黏土、粉土夹粉砂或粉砂、粉质黏土、粉土五层,静力触探曲线对粉土层中的硬壳层和粉质黏土层中的贝壳夹层等特殊地质现象有很好的反映。对粉质黏土的静力触探参数与物理力学参数进行相关性分析,得到适合该区域的回归方程。采用基于CPT数据的液化判别法,对研究区表层粉土液化可能性进行评判,通过Seed简化法计算的周期应力比(CSR)与Olsen法计算的周期阻力比(CRR)的大小比较,得出当抗震设防烈度为7度时,研究区表层粉土不会液化,当抗震设防烈度为8度时,粉土层将发生液化,计算最大液化深度3.7m。     

Modelling the distribution of hard seabed using calibrated multibeam acoustic backscatter data in a tropical,macrotidal embayment: Darwin Harbour,Australia

Spatial information on the distribution of seabed substrate types in high use coastal areas is essential to support their effective management and environmental monitoring. For Darwin Harbour, a rapidly developing port in northern Australia, the distribution of hard substrate is poorly documented but known to influence the location and composition of important benthic biological communities (corals, sponges). In this study, we use angular backscatter response curves to model the distribution of hard seabed in the subtidal areas of Darwin Harbour. The angular backscatter response curve data were extracted from multibeam sonar data and analysed against backscatter intensity for sites observed from seabed video to be representative of “hard” seabed. Data from these sites were consolidated into an “average curve”, which became a reference curve that was in turn compared to all other angular backscatter response curves using the Kolmogorov–Smirnov goodness-of-fit. The output was used to generate interpolated spatial predictions of the probability of hard seabed (p-hard) and derived hard seabed parameters for the mapped area of Darwin Harbour. The results agree well with the ground truth data with an overall classification accuracy of 75% and an area under curve measure of 0.79, and with modelled bed shear stress for the Harbour. Limitations of this technique are discussed with attention to discrepancies between the video and acoustic results, such as in areas where sediment forms a veneer over hard substrate.     

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。