极地海洋多波束测量测线布设系统设计及实现

针对目前多波束测量缺少专门的测线布设软件问题,考虑极地海域海冰对多波束测量的影响,本文设计并实现了极地海洋多波束测量测线布设系统。首先针对航前与现场作业等场景,设计了系统技术路线、架构和主要功能,特色功能包括建议测线方向计算、测线自动与手动生成、多波束现场处理数据导入和结果可视化评价等。阐述了系统功能实现的关键技术,包括测线自动生成、条幅制作与信息统计等。系统采用Python语言以及第三方开源工具包开发,最后开展不同场景下的应用试验并对结果进行了讨论。试验结果表明,系统可以快速、方便地进行多波束测量测线布设并对布设结果进行评价,能够有效提高多波束测量方案的设计效率,有利于极地海底地形地貌调查工作的开展。     

多波束测量边缘波束测深精度分析与评估

根据多波束测深系统边缘波束采集的异常数据云图,判别分析多波束测深系统的各误差源对边缘波束测深的影响,从理论上探讨声线折射所引起的测深误差与边缘波束角之间的关系,通过多波束测深工程实例的精度验证,结果表明:换能器安装的牢固程度和校准精度、测船定位和姿态改正与测深的时间同步性,对边缘波束的测深精度影响较大;声线剖面误差使得中央波束和边缘波束的测深偏浅或偏深,各波束的测深误差曲线呈现"哭脸"状或"笑脸"状,但对于各波束测深的综合精度,中央波束精度相对较高,两侧边缘波束精度相对较低。     

多波束条带测深技术的研究

本文介绍了一种基于海底散射原理的多波束条带测探技术,其特有的高测量效率和宽测量范围使其成为现代海洋探测中一种不可缺少的新方法与新手段。本文介绍了这种测深技术的工作原理,并给出了一次海上试验的测量结果。     

多波束测量船速控制方法研究

新版国际海道测量标准明确规定特等和1a等测量时必须实现全覆盖测量。为此,提出基于全覆盖测量的船速控制方法。研究表明:满足全覆盖的船速与多波束换能器的扇区宽度、纵向波束宽度和声速有关。另外,考虑到海底地形的精确获取是未来海道测量的主要方向,提出了基于海底地形分辨率的船速控制方法。在此基础上,兼顾测线间距选取,进一步提出基于海底地形分辨率的测船船速与测线间距综合优化选取方法。方法兼顾了全覆盖和海底地形分辨率的需求,体现了逐步优化设计的思想,符合测量实际,仿真实验也验证了该方法的有效性。     

多波束测量测线布设优化方法研究

随着多波束测深技术的广泛应用以及人们对高精度海底地形测量的迫切需求,海洋测深已由离散、低精度、低效率向全覆盖、高精度、高效率的方向发展,传统的技术设计已不能满足对海底精细描述的要求。而测线布设作为海区技术设计的一个重要环节,其设计方法仍相对滞后。基于这一现状,在深入分析测线布设对测量成果的影响机制基础上,提出了一种全新的多波束测线布设优化方法,并详细给出流程图。整体研究结果表明:该优化方法是合理可行的,体现了逐步优化设计的思想,更符合实际测量需求。     

多波束测深系统性能对比：新一代地形地貌观测设备

深度测量技术由重锤测某点海深已经完成了由点到线到面的一个发展过程,当前世界上出现的多波束测深系统是测深技术上的一大革新。从60年代美国最早研究多波束刈幅测深技术至今,已经在美、德、挪威、芬兰、法国、原苏联等国家出现了深海10000m的正式产品。     

多波束水深测量规范框架研究

根据海洋测量需求和国外测深规范与数据格式标准发展状况,研究了多波束测深规范与数据格式标准内容框架,对宽幅测量的要求、误差改正和数据处理等技术要点进行了分析。     

MUSIC算法在国产多波束测深仪中的应用研究

针对现有以常规波束形成技术为基础的多波束测深算法中存在空间分辨率不足的问题,将子空间类高分辨算法MUSIC应用到国产多波束测深系统中,探索提高多波束系统空间分辨力的方法。对MUSIC算法原理进行了数学表达式推导和性能分析,并通过计算机仿真、湖上试验数据处理验证了本算法能降低回波到达角度的估计误差,有效地提高了空间方位估计精度,具有实际应用的可行性。     

提高多波束测量有效条幅覆盖宽度的方法研究

随着海洋科技的发展,声学技术在海洋仪器上的应用越来越广泛,多波束测深系统就是声学技术应用的一个范例.多波束测量中有效条幅的覆盖宽度对于调查船只和单位都有重要的意义.在调查中,应尽可能提高有效条幅覆盖宽度.通过多波束系统测深所应用的两大理论(波束形成理论、声纳方程)着手,详细分析了影响多波束测量有效条幅覆盖宽度的船速、海况、发射阵列等因素,提出了提高多波束测量有效条幅覆盖宽度的几点建议.     

海道测量多波束声速改正精确模型研究

在严格推导常梯度声线跟踪法的基础上,提出了基于常梯度声线跟踪法的多波束声速改正精确模型,并初步推证了CARIS软件的声速改正方法。计算结果表明,精确模型计算结果与CARIS 6.1计算结果一致,并通过声线姿态改正算法比较,给出了声线姿态补偿法和直接法的适用角度范围。     

多波束测深系统在航道测量中的关键问题探讨

介绍了多波束测深系统与GPS RTK技术集成的工作原理及优势,并以秦皇岛港航道疏浚前后多波束扫海测量为例,论述该作业模式中的几个关键问题,即在声速改正和参数校准的前提下,RTK三维水深测量省去传统水深测量中繁琐的水位测量,能够自动消除波浪起伏和动态吃水变化的误差影响。航道疏浚结果表明,在近海海域该方法可以取代有验潮的常规水深测量,既能指导疏浚施工,又能方便检查疏浚结果,为今后的相关工作提供参考。     

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。     

多波束测深数据处理及管理系统设计与开发

在简要介绍多波束测深技术发展概况基础上,详细论述了我部自主研发的多波束测深数据处理及管理应用系统的组成及功能,系统功能测试情况以及系统开发过程中取得的主要技术创新点,对该系统投入应用前的优化和完善工作提出了建议。     

传统多波束系统与具有相干特点的多波束系统的研究

传统多波束系统和具有相干特点的多波束系统(以下简称相干多波束系统)在波束的形成原理上分别运用了束控法和相干法两种不同的方法。相干法在波束的形成原理上已经没有了传统的“波束”的概念,它在获取数据量上的绝对优势使相干多波束系统在数据密度、准确度以及分辨率上较之传统多波束系统都有较大的提高。这些特性使得相干多波束系统在测深方面尤其是浅水测深上将发挥越来越大的作用。     

多波束测深中声速剖面的横向加密方法

针对声速剖面在横向空间上的低密度、分布不均匀导致水深测量误差的问题,提出了一种容易实现且有效的思路,采用分层取样、空间插值的方法,在后处理过程中人为地增加声速剖面的数量,使其密度足够大、分布更均匀,达到改善声速改正的效果和提高多波束测深精度的目的。     

1PPS时间同步对多波束测深质量的影响

时间同步误差是多波束测量的一个重要误差源.因此,在进行多波束海底地形测量时,一般都利用GPS的1PPS信号来实现精确的时间同步.介绍了1PPS信号,分析了多波束测深系统的时间同步原理,以及在没有1PPS同步的情况下,后处理时应注意的事项.最后对野外资料采集提出了相应的建议.     

多波束测深残余折射处理技术的对比研究

针对多波束条幅存在的残余声线折射影响,加拿大Caris HIPS多波束资料处理软件除了支持声速剖面改正外,还提供了一个折射改正工具。该折射改正工具简单易用,效果所见即所得,能够快速消除声线折射产生的假地形。通过实测数据对这两种改正方法的结果进行了比较。     

基于多波束数据的网格水深模型内插方法精度分析

以多波束水深数据作为源数据,分析了网格水深建模中的数据内插,介绍了网格水深建模所用的常用内插方法,并从水深建模的精度和效率出发,计算分析了网格水深建模过程中内插方法的应用效果。实验结果表明:在当前网格水深建模常用的内插方法中,加权平均法是较适合多波束水深源数据内插网格水深模型点的方法,双线性曲面法是较适合网格水深模型点推估模型表面任意点水深的方法。     

基于变异函数的多波束抽稀间距确定方法

在格网化抽稀方法中,抽稀间距的选取直接影响多波束测深数据抽稀结果和构建海底地形的表征能力。为了合理确定多波束测深数据抽稀间距,将地质统计学中的变异函数理论引入到多波束测深数据抽稀中,由水深变异函数估计海底DEM的精度,得出海底DEM精度与抽稀间距的关系。通过仿真计算表明:如果给定海底DEM的精度,再依据计算得到的拟合水深变异函数参数值,即可确定多波束测深数据抽稀网格间距的大小,该法适用于多波束测深数据抽稀的应用中。     

不确定度在多波束测深数据质量评估中的应用

在海道测量中,由于无法对测量数据进行多余和重复观测,因而不能精确测定各种误差,同时也几乎没有测量成果质量的控制指标,这正是多波束测深数据质量评估所面临的现实且急需解决的难题。基于国际海道测量规范S-44(5th)的要求,研究了不确定度在多波束数测深数据质量评估中的应用。通过实例分析可知,测量结果的可用性在很大程度上取决于其不确定度的大小,不确定度越小,说明测量结果质量越高,越具有可靠性。因此,将不确定度充分合理地应用于多波束测深数据处理和评估是一种最为理想的途径。