多波束与侧扫声呐高质量测量信息获取与叠加

正多波束声呐和侧扫声呐分别是目前获取海底地形与地貌图像最为有效的设备。多波束声呐可以同时获得海底测深地形与分辨率较低的海底图像,侧扫声呐可以获取高分辨率但位置精度较低的海底图像。为了准确获取海底精细的地形地貌信息,本文分别从多波束测深数据处理、多波束声呐图像处理、侧扫声呐图像处理、测深地形与侧扫声呐图像的叠加4个方面开展研究,最终得到     

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。     

Teledyne Benthos TTV-301声学深拖系统在海底微地形地貌调查中的应用

介绍Teledyne Benthos TTV-301声学深拖系统的构成、海上作业模式以及声学数据获取方式,以南海某海域实测声学数据为例,对获取的多波束水深数据、侧扫声呐数据、浅地层剖面数据进行精细处理,获取高质量的水深图像、高分辨率的侧扫声呐图像和高精度的浅地层剖面图像。对同一海底微地形微地貌在不同声学影像上的反射标识进行对比分析,建立声学3D模型,形成海底浅表层的立体探测。实验结果验证了声学深拖系统在海底微地形地貌调查中的有效性与可行性,并可取得理想的效果。     

多波束与侧扫声呐图像的迭代自适应配准方法EI北大核心CSCD

针对目前多波束与侧扫声呐图像配准方法未顾及图像形变细节信息及二者尺度差异,存在局部纹理失真的问题,本文提出了结合小波变换、仿射变换和Demons配准算法的迭代自适应配准方法。利用小波变换提取侧扫声呐图像低频信息并重构图像,先后采用仿射变换和Demons算法将重构图像与多波束图像进行迭代自适应配准,获取配准变换模型,利用该模型对侧扫声呐原图像进行整体配准变换,获得多波束图像地理坐标约束的侧扫声呐图像。实例验证结果表明:该方法能有效实现多波束与侧扫声呐图像配准,获得位置准确且纹理丰富的融合声呐图像。     

定点扫描声呐在海底管道维护治理工程工效评价中的应用

主要介绍了定点扫描声呐系统(MS1000)的扫测原理,以及在海底管道维护治理工程工效评价中的应用。为了解决海底管道隐患治理工程工效检查、评价技术手段不足等问题,提出使用定点扫描声呐技术来提高功效评价客观性和准确性的方法。通过侧扫声呐系统、多波束系统、扫描声呐系统分别对同一区域进行地貌调查,对其扫测图像以及10个特征点的绝对坐标进行对比分析,得出扫描声呐效果最佳的结论。此外,通过对两个工程应用实例的分析,发现定点扫描声呐在海底管道维护治理工程功效评价应用中优势明显,在浑浊水域依然具有高分辨率,尤其适用于渤海胜利油田水域。     

海底底质分类反向散射强度三维概率密度法

反向散射强度随入射角变化信息蕴含海底底质特性,是多波束海底底质分类的重要数据源。目前,多波束海底底质分类主要提取平均反向散射强度随入射角的变化信息或基于声呐图像,没有综合考虑两者的相关信息。本文综合考虑平均反向散射强度随入射角变化信息及其概率密度分布,绘制三维概率密度图,提出了基于反向散射强度三维概率密度图的海底底质分类方法。实例计算结果表明:该方法能直观表达多波束条带覆盖区内不同海底底质类型的数量,有效判断不同海底底质类型的边界,实现海底底质类型的快速识别。     

侧扫声呐系统和网络RTK技术在人工鱼礁探测中的应用

侧扫声呐系统因可连续、全覆盖地获取海底地形和水下目标的声学图谱影像,在海洋测量、海洋工程勘探和水下考古等领域得以广泛应用。本文以大连西沙坨子周边海域的人工鱼礁投礁区为实例,在网络RTK技术的支持下,详细介绍了侧扫声呐系统探测人工鱼礁的方法和过程,并将侧扫测量结果与投礁区投礁前的海底地形侧扫数据进行了对比,同时,与投礁后潜水员下潜投礁区拍摄的影像资料进行了印证。结果表明,该方法获取的侧扫声呐声学图像不仅能直观、形象、准确地对人工鱼礁进行判读和提取,还能确定人工鱼礁的空间位置和掌握人工鱼礁在海底的空间布局,是一种行之有效的人工鱼礁探测方法。     

侧扫声呐条带数据处理及其无缝成图

受测量机理的制约,侧扫声呐拖鱼位置及姿态难以准确获得,这也使得侧扫声呐图像长期用于定性分析,而忽略了其精处理工作。本文针对瀑布图像存在的各种畸变、使用不直观等问题,从侧扫声呐成图机理出发,对侧扫声呐条带数据处理方法开展了系统研究,形成了一套集海底追踪、斜距改正、拖鱼归位计算、地理编码、缝隙填补等技术为一体的综合方法,最终形成了一幅消除了各种畸变、灰度均衡、目标轮廓清晰、具有直观坐标信息的高质量无缝侧扫声呐地貌图像。     

声学深拖系统在海底冷泉调查中的应用

结合冷泉区天然气羽状流气柱的特征和已有的探测成果,文中使用新型的声学深拖在疑似冷泉点附近开展试验性调查。利用搭载在深拖上的高分辨率侧扫声呐和Chirp型浅地层剖面仪及多波束系统获取冷泉点附近的侧扫声呐数据、海底浅部地层剖面数据及多波束水体数据。3个疑似冷泉在侧扫声呐图像上呈现明显的亮斑,多波束水体数据可探测冷泉并确定冷泉位置,在浅地层剖面数据上可见清晰的声学反射空白带,指示天然气水合物的运移通道,同时在冷泉点3附近还发现一个新的冷泉异常点。研究结果表明,采用深拖作业,结合多种声学技术手段,可对冷泉目标物进行立体声学探测,为冷泉的快速勘查与识别定位提供科学可靠的技术依据,验证先前调查手段和分析方法的正确性。     

三峡库区水下地形多波束扫测

本文介绍多波束测深系统在三峡库区水下地形测绘上的应用,探讨在库区水下地形扫测中多波束测深系统可采取的扫测方法。积累经验,为长江河床演变测量提供科学依据。     

智能巡航综合调查平台的开发应用

针对有人调查船在浅水区或地形环境复杂的海域无法开展有效调查,以及无法在敏感海域开展隐蔽性调查的缺点,本文提出了利用水面及水下目标检测、自主安全避障、海洋复杂环境感知等技术,研究开发了无人水面载体系统,通过集成导航定位系统、多波束测深系统、单波束测深系统、浅地层剖面仪、侧扫声呐和ADCP系统等调查设备,构建了智能巡航综合调查平台。实际应用结果表明:该智能平台可在复杂环境和敏感海域快速、高效、安全地开展综合调查。     

侧扫声呐图像海底线自动提取方法研究

针对现有方法在侧扫声呐水柱区图像受发射脉冲、海面回波、尾流及大面积悬浮物等干扰情况下海底线无法自动准确检测和提取,造成斜距改正后目标图像严重畸变和错位等问题,基于侧扫声呐成像机理以及图像特点,提出了海底线最后峰值检测法和基于海底变化渐进性和海底线对称性的海底线修复方法。结合Kalman滤波以及上述方法的特点和适用对象,提出了一种海底线自适应综合检测和提取的方法,并给出了完整的数据处理流程。该方法应用于烟台水域,消除了海况差、悬浮物遮挡等问题的影响,实现了复杂海洋噪声影响下海底线的自动跟踪。与外部测深数据比较,取得了均方根为±0.17 m的跟踪精度。     

深水多波束测深系统现状及展望

多波束测深系统在与航迹垂直的平面内一次能够给出几十个甚至上百个深度,获得一条一定宽度的全覆盖水深条带,大大提高了海底地形探测效率。本文首先介绍了多波束测深的基本原理和系统组成,然后系统介绍了L3 ELAC Nautik、Teledyne(原ATLAS)和Kongsberg等公司的深水多波束测深系统,并以中科院声学所深水多波束系统为例,分析了国内发展情况,最后展望了深水多波束测深系统的发展趋势是更高的测深分辨率、更高的测深精度、更大的覆盖范围、更强的水体探测和更便捷的探测成图。     

海上风电多源勘测数据三维一体化管理系统设计及实现

多源异构的海上风电勘测数据是海上风电场建设和后期运行维护的重要基础数据。基于GIS技术对海上风电勘测数据一体化管理系统进行了设计,实现了风电场多波束、侧扫声纳、管线路由的三维可视化表达。该系统通过三维一体化风电场勘测数据管理,可以有效辅助风电设计工作和运行维护工作,也可为同类海洋勘测数据管理系统的设计与开发提供一些参考。     

侧扫声呐识别沉船影像的迁移学习卷积神经网络法

侧扫声呐海底沉船图像识别是水下障碍物核查和失事船只搜救中的一项重要工作.针对传统侧扫声呐图像人工判读存在效率低、耗时长、资源消耗大及主观不确定性强和过分依赖经验等问题,本文尝试引入卷积神经网络的方法,同时考虑到侧扫声呐沉船图像属于小样本数据集,提出一种基于迁移学习的卷积神经网络侧扫声呐沉船图像自动识别方法.通过归一化处...     

多波束测深全覆盖测量分辨率研究

根据国际海道测量规范,采用多波束测深手段的特等和1 a等全覆盖测量,可归纳为多波束测深全覆盖测量。多波束测深全覆盖测量对海底目标物具有不同的探测标准。本文在推导多波束测深分辨率模型的基础上对多波束测深全覆盖测量分辨率进行研究。根据全覆盖的原则,推导了多波束测深全覆盖测量的最大航速。通过算例分析,分别给出了纵向与横向分辨率的分布,并对测深扇面的宽度和航速控制提出建议。     

扫海利器——合成孔径声呐系统

常规的侧扫声呐系统可用于探明海底地貌及水下障碍物,但受设备硬件及海洋环境的影响,一般多应用于近岸浅海区域,且常规侧扫声呐系统扫测量程短(通常100 ～ 400 m左右),在深海则显得有点"力不从心",不适合大范围、大面积的深海区域扫海作业.     

侧扫声呐数据采集与地貌图像构建

针对水下航行器基于地形匹配实现自主导航时需要在线提取环境地形特征的需求,本文重点研究侧扫声呐实时数据采集与地貌图像构建方法。根据侧扫声呐的工作原理及其JSF文件格式,提取侧扫声呐扫描波束所对应的80数据帧,并完成数据解析;建立声呐扫描声强与灰度级转化模型,并构建环境地貌声学图像;通过海试试验结果与侧扫声呐专用软件所生成的地貌图像对比,验证本文方法的有效性和可行性。     

多波束与侧扫声呐图像区块信息融合方法研究

针对多波束声呐图像和侧扫声呐图像在位置和分辨率上的互补性及实践中对高质量海床地貌图像的需求,提出了基于两套声呐图像信息融合获取高质量海床地貌图像的思想和方法,研究了SURF匹配算法,提出了ISURF改进算法;基于独立和联合评价参数,对4种图像融合算法进行了深入研究,给出了适合声呐图像融合的最优算法及完整的两套图像融合过程,并用试验进行了验证.     

基于SURF的声纳图像配准与融合方法研究

针对侧扫声纳图像分辨率高测深精度低而多波束声纳图像分辨率低测深精度高的特点,提出了一种基于SUFR的声纳图像自动配准与融合方法。该算法检测同一区域内侧扫声纳图像和多波束图像的特征点,通过最近邻匹配获得匹配点后,计算图像间的变换矩阵,利用空间变换完成配准,采用加权融合法实现两者的融合。实验结果表明该算法具有很好的鲁棒性,配准精度达到像素级,可实现两者的高精度自动配准与融合,取得了理想的效果。