一种提高深远海全深度声速剖面重构精度的方法

开展多波束水深测量应同步进行声速剖面探测.因海上作业条件恶劣、作业时间受限及设备性能局限等影响,在深远海海域常获取不到全深度的实测声速剖面.尽管利用温盐场模型可将声速剖面直接延拓至实地水深的最大深度,但这种气候态平均声速剖面与实际的声速剖面间存在不可控的系统性偏差,会给声速改正及水深测量成果带来质量隐患.给出了一种提高...     

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。     

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。     

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。     

全球海域最优声速计算模型的综合选定(二):精度分析及实际应用

基于经核实的多个常用声速计算模型开展了精度比对,提出了全球海域最优声速模型选定的基本要求,证明了Del Grosso、Chen-Millero、C.C.Leroy2008及Coppens式适用性更强。优化了现行海道测量规范中由水文资料计算声速改正数的方法,设计并开发了适用于全球海域水深测量的声速剖面计算及改正新软件。     

多波束水深测量马修斯法辅助声速剖面改正

马修斯法是单波束水深测量声速改正的常用方法,为了提高多波束水深测量声速改正精度,利用马修斯方法的参数,在该方法基础上推导出新的改正公式,并将之运用在多波束水深测量中的声速剖面重构;实验表明,该方法略优于水文内插法;与纯数学拟合外延方法相比,具有明显优势;运用该方法可以得到效果更好的海底三维图,提高多波束水深测量精度和作业效率。     

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。     

WOA18模型在远海地形测量中的运用研究

随着我国远海地形测量的日益频繁,进一步提高测量的效率和精度成为研究的热点。利用WOA18数据,对远海地形测量所涉及海域温盐等海洋要素时空分布规律展开预先分析,由此得到该海域声速垂直和水平分布规律,再利用层内常梯度的声线跟踪方法,对相关海域声速剖面获取频次和线性变化开始深度展开定量研究。结果表明,WOA18数据不但能较好优化远海多波束地形测量声速剖面,还能对声速剖面获取的频次和线性变化开始深度做出较好预测,研究结果对提高远海地形测量的精度和效率具有较高价值。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(二):精度评估

利用西太平洋海域多个站位的XBT、XCTD及CTD实测温盐资料,对WOA2018温盐模型的可靠性进行了评估,开展了全深度声速剖面重构试验。结果表明,当水深分别为761～1 100 m、大于1 101 m和大于1 821 m时,实测资料计算的声速剖面与温盐模型推算的声速剖面互差在-2.0～2.0 m/s、-0.7～0.7 m/s和-0.7～0.45 m/s,而与实测温度和盐度模型推算的声速剖面互差总体上在-0.2～0.2 m/s。基于临界探测深度处温盐实测值对探测深度以外温盐模型施加约束和控制,以提高声速预测值精度有待进一步研究。     

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WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构 全深度声速剖面(三):声速剖面处理

声速剖面是否准确和完整对多波束测深具有重要意义。无论是在作业现场还是在数据后处理阶段进行声速改正均要求首先应对声速剖面进行完善的处理,以确保声速剖面的内符合精度。结合相关涉海部门使用的声速采集设备类型多样化的现实,针对声速剖面处理中存在的多样化格式数据的读取、多个温盐或声速剖面间的比测评估、深度不完整剖面的重构、实测值探测深度处温盐模型值的约束、多样化声速成果数据格式的生成等开展了研究,并开发了相应的软件模块。     

印度洋某测区多波束测量声速改正分析

海水声速是影响多波束测深精度的主要因素之一,声速改正方法是否正确直接关系测量结果的精度和可靠性。为保证多波束测深精度,除需具备符合精度要求的多波束系统及其外围设备外,在测量过程中还必须保证各项校正和改正的精度,而在各项校正和改正过程中最难以控制精度的因素便是声速改正。因此,应在测量前充分了解测区的声速变化情况,掌握海区声速变化特征,确定合理的声速剖面测量间隔和布设方位。文中阐述了海水声速特性,分析了印度洋某测区温度、盐度、声速变化规律,对多波束测深进行了正确的声速改正。     

基于多波束数据的声速误差自动改正方法

讨论了声速误差对多波束测深值的影响,在此基础上,建立了自动搜索等效声速剖面的改正方法。该方法利用多波束实测数据搜索等效声速剖面,取代实测声速剖面,可削弱声速误差的影响。实例计算表明,利用多波束实测数据建立的声速剖面自动改正方法,能够有效地消除声速误差的影响,并且在处理过程中不需要人工干预,较大地提高了改正效率。     

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。     

水深测量中的声速改正问题研究

海域水文资料的不断丰富和声速仪的广泛使用,推动了水深声速改正精度的提高。结合黄骅港水深测量数据,针对声速剖面测量与声速改正以及声速、器差、指标差等要素间的内在联系及相互影响予以系统阐述。     

改进型经验正交函数海洋声速剖面预报方法

鉴于深海温跃层以下往往声速值缺乏,声速剖面不完整的原因,提出一种声速剖面的预报方法:在传统经验正交函数预报法基础上,首先改进协方差矩阵的求解方法,将原始数据的空间信息和时间信息有效地融合到协方差矩阵中,通过由大量实测数据统计得出的时间函数的经验公式,得到合成剖面,将二者结合,把不完整剖面垂直向下延拓到海底,较为有效地解决了传统方法求解协方差矩阵和时间函数较粗糙的问题,给出了完整的海洋声速剖面的准确预报.实测数据检验结果表明,改进方法的预报精度比传统方法有了很大提高.     

基于高分辨率浅剖与钻孔信息对比的金州湾海底声速的统计特征

声波在海底沉积物中的传播速度是一个重要参数,弄清海底沉积物中声速的变化规律具有极其重要的意义。以渤海金州湾海域为例,在进行畸变校正的基础上,基于高分辨率浅地层剖面与钻孔数据的对比分析,实现了全新世沉积层和基岩界面以上沉积层声速的准确反演,并采用统计学方法分析讨论了研究区内的声速特征和变化规律,结果表明,全新世沉积层平均声速的95%置信区间为1 449.60～1 655.72 m/s,平均值为1 560.34 m/s;基岩界面以上沉积层平均声速的95%置信区间为1 657.96～1 970.80 m/s,平均值为1 765.63 m/s;研究区内海底地层的声速与埋藏深度之间呈现明显的正线性相关关系,声速梯度为4.18 s?1。     

海底沉积物的基本地声结构与地声模型

为准确建立海底地声模型,本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量,分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系,得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构;对比钻探测量,分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系,得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明,地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合,通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较,可以建立各种海底地声模型;基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型,但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等,借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。     

联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(一):需求论证及技术方案

海洋环境中温盐度剖面在时间和空间上复杂多变,造成海水中声波传播的速度剖面也具有同样特点。对海洋测绘领域中获取全深度声速剖面的技术难点、制约精度因素和影响结果进行了分析,设计了利用历史温盐信息并结合不同类型设备观测的温盐资料重构全深度声速剖面的技术方案,提出了对工作深度临界点处的温盐模型值应施加约束和控制,以提高声速预测值的精度。     

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。