多波束海底地形三维虚拟仿真研究

基于多波束探测获得的高精度海底地形数据,通过对水下地形进行设色纹理渲染生成地形和纹理数据集,以三维建模软件Multigen Creator和Terra Vista为主要工具,采用细节层次LOD(Levels of Detail)技术和虚拟纹理映射技术,建立起视景仿真领域通用的OpenFlight数据格式的三维地形数据库模型。利用交互式三维可视化分析软件Vega Prime可以真实直观地反映海底地形环境,实现了海底地形的三维可视化与漫游,可以更直观地表现和解译水下地形数据。虚拟现实技术为海洋测量数据的三维可视化展示方面提供了新的技术途径,在水下目标分析、航行保障和水下AUV、ROV安全保障中具有良好的应用前景。     

海底地形数据组织与可视化选取技术

海洋测绘数据信息化是构建智慧海洋的基础, 而海底地形数据是海洋测绘数据中的重要内容。为更加便捷和高效地 管理与利用地形数据, 本文结合工程实际需求, 研发了海底地形数据管理平台。首先, 基于海底地形数据的特点, 提出多分 辨率海底地形组织模型, 对不规则区域的海底地形进行多分辨率模型构建, 实现了对多波束实测数据的组织管理; 在此基础 上, 提出了多尺度海底地形分级渲染优化算法与海底地形数据空间截取算法, 利用分级渲染与数据裁剪算法实现对海底地形 数据的可视化表达预览和选取服务; 最后, 以典型的多波束测深数据为例, 基于研发平台完成了数据从存储 、组织管理到可 视化预览选取的一体化管理与服务, 验证了本文算法的可靠性与实用性, 同时可为海底地形数据管理服务提供一定参考。     

数字海底地形分割算法

根据不同海底地形特征,提出了基于多波束测量数据进行海底地形分割的"三态值模型"法,其步骤包括:将地形数据滤波和网格化;利用"3×3"差分算子计算各节点的梯度;利用最大梯度追踪算法检测正负地形与平缓地形的分界线;利用"三态值"算法识别正、负和平缓地形。应用该方法对胶州湾实验海区多波束实测数据处理结果表明,该方法切实可行,能够对数字海底地形准确地进行快速分割。     

基于多波束和ArcGIS的海底地形数据库建立

阐述了利用多波束数据建立基于A rcG IS平台的海底地形空间数据库的过程,并对多波束的数据处理流程、DTM数据层的建立、纹理数据层的建立和空间数据库的结构等海底地形空间数据库建立的步骤和基于空间数据库的地形展示、电子海图的应用等进行了讨论。     

用于海底底质分类的多波束声强数据选取研究

高质量的海底声强图是进行多波束海底底质分类、目标识别的基础。要得到"单纯"反映海底底质信息的声强图,就需要对原始声强数据进行地形改正,消除地形因素的影响。在描述了多波束数据中水深数据不能满足声强数据的改正要求问题的基础上,提出了以水深数据覆盖范围为约束的声强数据选取方法。实例计算结果表明:该方法在能有效地选取高质量的声强数据,提高了基于声强图像的海底底质分类精度。     

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。     

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。     

基于多波束数据的海底地形建模技术

比较了基于多波束数据的几种建模技术，针对多波束数据量大的特点，提出了通过建立空间索引数据块并结合MQS插值方式来构建海底DEM模型。实验结果表明，该技术可实现多波束数据海底地形的建模与实时渲染。     

多波束水体数据对台西南盆地天然气水合物的揭示

在台西南盆地陆坡上进行了多波束测量，获取了海底地形数据和水体数据。对多波束数据进行处理，展示了多波束水体数据形成的声学水柱影像。研究表明：在台西南盆地天然气水合物富集区，多波束水柱影像异常，呈现羽状流特点，揭示了台西南盆地的天然气资源，多波束声呐系统为探测海底天然气水合物提供了精确高效的方法。     

基于FieldⅡ的多波束海底检测性能仿真

基于Field Ⅱ声场仿真工具建立了仿真模型,模拟了平坦以及海底有凸起目标时的海底地形,分别采用常规波束形成器和超波束形成器对模拟的海底回波数据进行处理,结果表明超波束形成器分辨目标的性能更优;应用Monte Carlo方法进行仿真实验,结果表明基于超波束形成器的WMT算法深度估计均值更接近真值、标准差更低,可以有效提升多波束海底检测性能。     

海沙开采工程环境的影响分析预测研究——以绥中县三道砂干开采海沙工程海域使用可行性研究为例

分析了岸滩、海底地形和海岸地貌现代作用过程,用数值模拟方法研究了海沙开采导致的海底地形改变,以及由此引起流场及波浪折射而造成的海岸动力变化,讨论了这种变化对海底和海岸的动态影响。通过计算悬浮泥沙和再释放污染物的浓度变化、扩散和输运途径,预测了环境质量影响范围,以减轻海砂开采活动对周围环境带来的影响。     

青岛奥帆竞赛海域扫测工程的实施

为掌握青岛奥帆基地重点海域海底水深数据、地形地貌及障碍物分布特征,采用多波束测深系统对该区海域进行了全覆盖、高效率的海底地形扫测,经过高精度的数据处理,编绘得到海底地形地貌图,并发现了可疑沉船、暗堤等海底障碍物的分布,保障了奥帆赛事的顺利进行.     

基于近底原位观测的小尺度海底沙波地形小波分解

浅海海床发育着不同尺度的活动性砂体,在大型活动性砂体上常叠加发育着大量小尺度沙波(纹),分析这些小尺度沙波(纹)有助于揭示活动性砂体的成因机制。但它们的尺度较小,常规分析方法往往将其作为高频噪声滤除,难以对该尺度海底沙波(纹)进行分离量化研究。为了解决这个问题,本文设计并实现了一种基于小波分析的小尺度海底沙波地形分解方法,并以台湾浅滩典型区域的高精度近底原位观测数据为例,实现了小尺度海底沙波地形的分解和定量分析,分解出背景地形、小型沙波和沙波纹(波长小于0.6 m)3种地貌类型。本文提出的小尺度海底沙波地形分解量化方法,可广泛应用于浅海高活动性地貌发育演化和海底边界层沉积动力过程研究,对评估海洋工程的稳定性也具有一定的实用价值。     

海底地形图表达方法探讨

为实现海底地形多样化表示与服务,丰富海底地形图表示样式,分析了海底地形图的主要内容,研究了海底地形图可视化表达机制。结合多源海底地貌与底质数据的特点,提出了基于颜色扩展联合图形符号、可灵活组合的海底地形图表示策略,给出了水深注记、等深线、深度区、海底底质这4类主要海底地形要素的具体表达方法。试验表明,设计的可视化表达方法能实现不同类型、不同来源、不同质量差异的多类型海底地形数据的有效表达,为海底地形数据的多样化表达提供参考。     

曹妃甸海底深槽斜坡稳定性分析与评价

海底斜坡稳定性受风暴潮、海底地震等诸多不确定因素影响,易发生失稳破坏,产生较大的海洋地质灾害。简要介绍海底斜坡稳定性分析方法,建立曹妃甸深槽典型斜坡计算模型,确定了模型计算的海底地形参数、地层结构参数、土体物理力学参数等指标,利用GEO-SLOPE斜坡分析软件进行海底斜坡稳定性定量计算,分析了工程建设前自然状态下以及在大规模工程建设后海底斜坡稳定性,并模拟分析了在大风浪和地震等极端条件下斜坡的稳定性,确定了海底斜坡失稳空间特征。首次采用数值计算对曹妃甸海底斜坡稳定性进行定量分析评价,可以为类似近海建设工程提供重要的参考作用。     

渤海辽东湾区海底地形分区特征和成因研究

为了探明辽东湾区海底地形,通过测深系统对辽东湾区海底地形进行了高进度、全覆盖测量,进而根据地形起伏特点对辽东湾区海底地形进行了分区,并分析了影响辽东湾地形发育的主要因素。结果表明:辽东湾区海底地形分为5个子区,地形发育受地质构造、水动力来源和沉积物供应的复合影响。     

海底数字地形模型的空间不确定性分析

分析了格网海底数字地形模型(DTM)对真实海底表达所带来的精度损失,提出了海底DTM的"浅点扩展"原则.试验证明,"浅点扩展"原则能够较好地保证DTM对海底浅点的表达,提高对海底真实地形的表达精度.     

An Analytical Solution for the Run-Out of Submarine Debris Flows

Submarine debris flows have a significant impact on offshore and coastal facilities. The unique characteristics of submarine debris flows involve large mass movements and long travel distances over very gentle slopes. To improve our insight and knowledge of the basic mechanism behind submarine debris flows, an analytical model was derived for the mobility of submarine debris flows. This model takes into account the mass change of debris flows induced by deposition, stagnation pressure, and the topography of the depositional area. One case study on the Palos Verdes debris flow proves its ability to predict the run-out distance of a submarine debris flow to a reasonable level of accuracy. On the gentle slopes, the submarine debris flow progressively loses mass due to deposition, which in turn influences the flow velocity. In addition, the results show that the slope angle and spreading angle of the debris depositional zone play important roles in the sliding process.     

Sediment dynamics on the narrow,canyon-incised and current-swept shelf of the northern KwaZulu-Natal continental shelf,South Africa

Side-scan sonar, multibeam bathymetry, Shipek^TM grab, and high- to moderate-resolution sub-bottom data for the northern KwaZulu-Natal continental shelf reveal further insights into the interactions between sediment dynamics, strong western boundary currents and submarine canyon topography. Unlike previously recognised mechanisms for bedload parting on current-swept shelves, bedload partings here are the result of complex interactions between the western boundary poleward-flowing Agulhas Current and submarine canyon topography. This has resulted in bedforms orientated orthogonally to the canyon axis, with sediments entrained equator-wards into the canyon heads before resuming their dominant southerly migration. It is in these zones of parting where the most prominent bedforms occur; these bedform fields are formed by positive feedback in the boundary layer between an increasingly undulatory Agulhas Current and a seafloor incised by regularly spaced submarine canyons. Bedform morphometrics such as wavelength–height, depth–height and distance from thalweg–height relationships show no distinct patterns, indicating that the bedforms are heavily reworked and appear to be out of equilibrium with the inherent oceanographic conditions.     

Submarine slope processes on a fan delta,Howe Sound,British Columbia

Modern side-scan sonar technology was used to resurvey the site of the Howe Sound submarine slide described by Terzaghi. Chutes, hummocky topography, and subparallel scarps indicative of submarine mass movement are widespread. Submarine slope processes appear to be far more important to the development of this coarsegrained fan delta than suspected.