海洋测深中凸形海底测量数据失真与改正

在海洋测深中,由于回声测深仪波束角效应的影响,对凸形海底的测量会带来较大的失真.在数学意义上推证了波束角效应在凸形海底地形的作用规律与海底地形是否连续可导有关,结合测深仪的测量机制和海底底质对声波反射特点,在物理意义上分析了实际测量中波束角效应的影响为近似"双曲线增伪效应".针对波束角效应改正中出现的定位点错位问题,提出了凸形海底地形波束角效应改正模型的补充原则,能够较好地处理改正后定位点错位的问题.     

基于正交小波变换的海底地形复杂程度分类方法研究

给出了量化的海底地形复杂程度分类指标,并利用正交小波变换所具有的良好的图像识别与分类特点建立了包含18种典型海底的特征海底分类库,同时给出了海底地形复杂程度分类算法.通过分类算法将计划测量海区海底与特征海底分类库中的海底进行分类匹配,确定了计划测量海区海底的海底地形复杂程度.实例验证了该方法的有效性和适用性.     

机载LiDAR测深中海底地形坡度的影响及改正EI北大核心CSCD

机载LiDAR测深ALB(Airborne LiDAR Bathymetry)是测量沿海地区地形图和水深图的最有效的技术之一,其通常是利用ALB海面和海底反射回波的峰值位置来计算水深值。然而,当绿色(532 nm)激光光束到达海底时,光斑范围内的具有坡度的海底地形会导致海底反射回波波形展宽、峰值位置偏移等现象,从而产生海底位置的不确定性,进而直接影响海底地形测量的准确性。为了减小这种影响,本文提出了一种机载LiDAR测深的海底地形坡度影响改正方法。通过考虑ALB激光光斑内海底地形的连续性,基于ALB激光光斑范围内局部地形参数模型FTPM(Footprint-scale Topography Parameters Model)构建ALB海底反射回波模型,通过定量分析不同水深、不同海底地形坡度所引起的海底反射回波峰值位置变化,以确定海底地形坡度对ALB测深的影响规律,进而构建ALB测深误差方程针对性地改正海底地形坡度引起的测深误差。本文采用中国南海甘泉岛附近海域所测ALB和多波束测深数据对所提方法进行了验证。结果表明,海底地形坡度影响改正后,平均绝对误差MAE(Mean Absolute Error)和中误差RMSE(Root Mean Square Error)分别减小到9.4 cm和12.3 cm,较改正前分别降低了35.6%和33.5%,对ALB测深数据处理具有参考意义。     

海底地形测量技术现状及发展趋势

简要回顾了海底地形测量技术的发展历史;详细介绍了船基声呐、机载激光、海岸带一体化测量海底地形技术及3种反演海底地形技术,呈现了海底地形的立体、高效、高精度、高分辨率获取现状。并展望了海底地形测量发展趋势,认为研制超宽覆盖、高精度、高分辨率、轻便型多波束测深系统和研究声速影响改正模型、测深数据滤波方法及海底地形表达是未来声呐测深领域的核心工作,无人船测量将会成为一种重要的作业模式,机载激光雷达测深、基于声呐图像的海底地形恢复及深拖测量发展潜力巨大。     

海底地形及其变化可视模型的研究

本文介绍了黄海海底辐射沙洲与潮汐通道的可视模型以及建模的方法。根据该海区３年的测量数据，通过分形内插，生成连续多年时／空水深数据序列。然后建立一组反映海底地形及其变化的数学模型。在此基础上，通过可视化处理，形成该区１９６８至２０００年海底地形及其变化的多种可视模型。     

利用重力梯度测量探测海底障碍地形的模拟研究

提出了基于重力梯度测量对海底障碍地形探测的方法,并以一锥形海底地形为例计算其在各个方向上引力的大小,从目前重力梯度仪的测量精度来看完全满足探测的要求。验证了本方法的可行性。     

水下地形测量误差分析及对策

水下地形测量的精度主要来自平面精度和水深测量精度，本文分析回声测深仪测深误差来源主要为声速改正、时间测定、波束角影响引起的水深测量误差，深度基准面确定、潮位站水尺零点的测定、潮位观测、潮位改正引起的水面高程传递误差及测量船身摇摆引起的测深误差；差分GPS平面定位、系统延时、船体摇摆引起的定位误差，并提出克服对策。     

全球海底地形精细建模进展与发展趋势

精细的海底地形模型在海底板块构造运动、水下载体航行保障、海洋资源勘探等方面具有重要作用。回顾国内外海底地形探测技术和模型构建的发展,讨论当前全球海底地形精细建模的研究现状和面临的主要挑战,总结今后全球海底地形精细建模的发展趋势,认为基于卫星测高技术的海洋重力场反演仍是未来全球海底地形精细建模的主要技术手段,并且新体制测高卫星如双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)二维海面高测量任务将为进一步提升海洋重力场以及海底地形模型精度提供数据源,结合地形复杂度优化海底地形反演理论方法有望带来理论创新,探索人工智能技术用于海底地形精细建模值得关注。     

小尺度地幔对流与海底地形抬升

根据建立的垂直于大洋中脊的二维热对流有限元数值模型，采用常粘性以及与温度相关的粘性两种粘性结构对小尺度地幔对流对海底地形的影响进行了重新研究。该模型的主要特点是采用开放边界条件，从而可以避免原有封闭模型因回流问题而产生的复杂效应。数据结果显示，在常粘性模型中，小尺度地幔对流可造成海底地形抬升；但对与温度相关的粘性模型，小尺度对流对地形几乎不产生影响。     

水下地形测量误差分析及对策

水下地形测量的精度主要来自平面精度和水深测量精度,本文分析回声测深仪测深误差来源主要为声速改正、时间测定、波束角影响引起的水深测量误差,深度基准面确定、潮位站水尺零点的测定、潮位观测、潮位改正引起的水面高程传递误差及测量船身摇摆引起的测深误差;差分GPS平面定位、系统延时、船体摇摆引起的定位误差,并提出克服对策。     

海底入射角对多波束反向散射强度的影响及其改正

综合考虑测船姿态、声线弯曲和海底地形对入射角的影响,推导了计算多波束海底入射角的实用模型。根据Lambert法则,改正海底入射角对反向散射强度的影响。实例计算结果表明,所述模型能精确地计算波束在海底的入射角,有效地改正其对反向散射强度的影响。     

Douglas-Peucker算法在多波束测深数据抽稀中的应用

讨论了Douglas-Poiker算法的数学原理,仿真实现了同一抽稀阈值、不同变化海底以及不同抽稀阈值条件下,基于ping的Douglas-Poiker法的多波束测深数据抽稀。通过对抽稀结果的分析,得出了该方法在多波束测深数据抽稀应用中的有效性和适用性。     

基于海底底质回波特征的多波束声呐图像角度响应影响消除

角度响应（angular response,AR）对回波强度影响较大,而目前的改正算法尚不完善,给多波束声呐回波强度的应用带来了较大困难。为此,提出了一种利用底质回波强度特征的AR聚类改正方法。首先,借助多波束声呐回波强度数据实施非监督底质分类;然后,研究每类底质的AR特征,形成每种底质的AR曲线簇;最后,结合每种底质的AR曲线簇,从观测的回波强度序列中减去对应底质的AR值,并将其归一化到平均强度,最终实现了回波强度中AR影响的消除。将该方法应用于实际回波处理中,取得了高质量的多波束声呐图像。     

互相关函数法在海底微地形测量中的应用研究

根据主动式水下测距原理,采用超声波换能器向模拟海底微地形发射超声波。由于超声回波信号与参考信号具有强互相关的特性,求出两者的互相关系数以及最大互相关系数对应的采样点位置,从而获得超声波传播时间。通过试验研究表明,采用互相关方法应用于海底微地形测量具有较高的测量精度,能够满足水下微地形高程测量的需要。     

利用经验模态分解的侧扫声纳噪声抑制方法

针对海道测量中侧扫声纳声强数据中的噪声问题,分析侧扫声纳海底杂波的统计模型,提出基于ping数据的经验模态分解抑制噪声方法。结果表明,从ping声强数据中减掉周期小于4的模态后,声强数据可较好地服从Gamma分布,并保持声图中的细节信息。     

船姿分析及其对多波束测量的影响

根据船体操纵性和耐波性理论，结合船姿实验数据，分析了姿态参数的外界受动因素。考虑船姿对多波束测量的影响，结合多波束测量原理，分析了不同姿态对坐标的影响，给出了相应的坐标计算和误差影响数学模型，最后姿态测量误差对测深的影响，结合IHO测深规定，计算出了不同姿态测量的精度指标；分析了姿态测量误差对条带拼接的影响，并提出了相应的解决方法。     

利用波形去噪算法的森林最大冠顶高估测研究

针对大光斑激光雷达回波信号噪声影响森林冠顶高估测精度,且回波分析法判定回波位置受限于平坦地区的问题,利用高斯低通滤波和小波去噪两种方法对GLAS波形进行去噪处理,提出了结合均方根倍差法和回波分析法来判定回波位置的有效算法。经小波去噪后信号的信噪比23.360 704,均方根误差为0.000 233 3,经均方根倍差法和回波分析法相结合来判定回波位置估测的冠顶高结果与实测结果相关性系数r值为0.864,效果均优于高斯低通滤波去噪。基于GLAS回波数据实验结果表明:小波去噪较好地实现了对回波信号的去噪处理,均方根倍差法和回波分析法相结合,实现了对坡度相对较大地区的GLAS波形的回波开始位置和地面回波位置的准确判定,对森林冠顶高的精确估算具有重要意义。     

不同函数拟合水体后向散射波形对激光测深精度的影响

为了提高激光测深数据处理结果的精度,在原有的激光测深回波信号拟合方法的基础上,结合信号形成的物理过程,提出使用指数函数模拟激光测深水体后向散射回波成分的方法。利用Wa-LiD（Water LiDAR）工具生成了多组模拟数据集以对比和检验提出的新方法。对于每个可探测回波,海面回波和海底回波均使用高斯函数进行拟合,水体后向散射波形分别使用三角形、四边形、指数函数进行拟合。实验结果显示,指数函数测深误差统计量明显优于三角形和四边形拟合方法,且更适用于拟合不同水质和水深条件下水体后向散射回波信号。同时检验了体积散射函数取180°时数值对测深回波信号探测结果的影响。     

一种特定方向上位移测定的简易方法

在分析测小角法应用于特定方向上位移监测中存在的问题的基础上,提出了一种基于测站观测的方向距离法;通过对影响位移精度的有关因素进行分析,指出了使用该方法在方案精度设计时应注意的问题;针对基准点可能发生变动的实际情况,给出了具体观测和处理方法。     

一种基于LM算法的多波束横摇残差改正方法

针对多波束测深系统由于存在运动残差而产生横摇误差,从而导致数据条带边缘呈现“波浪”状周期性起伏的问题,提出了一种基于列文伯格-马夸尔特（Levenberg-Marquardt,LM）算法的多波束横摇残差改正方法。该方法首先建立水深与横摇残差之间的函数关系式,然后采用非线性最小二乘LM算法并结合剖面趋势线构建思想进行横摇残差提取,最终实现对海底地形的改正。实例计算结果表明,改正后地形过渡更加平滑,趋近真实海底;左、右舷剖面水深标准差降低约50%,而剖面水深均值则几乎不变;对两组横摇序列进行相似性计算,初步判断横摇残差包含延时与杆晃影响。所提方法能够较准确地提取系统横摇残差,改正后海底地形起伏相对标准差明显降低,有效地削弱了运动残差对多波束测深数据的影响。