多波束测深海底数字地形模型的建立

针对多波束测深数据集,采用改进的距离反比权重算法和多细节层次模型技术来建立海底数字地形模型（DTM）。结果表明：本方法具有较高的精度和效率,可以满足不同分辨率要求的DTM应用。     

多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现

以潮汐、潮流和海浪数值的计算技术和数字海底地形模型的构造方法为基础,应用层次细节模型和三维渲染技术,完成了近岸海洋环境保障的多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现,为今后此领域的研究提供了理论和经验基础。     

数字海底地形产品生产技术研究

分析和总结近些年来在数字海底地形模型构建及应用领域的研究成果,结合实际生产应用中遇到的问题,对数字海底地形产品生产技术流程进行了深入探讨。详细论述了数字海底地形产品生产中涉及的关键技术,从作业工序上给出了不同技术处理阶段的解决方案。     

几款全球海底地形模型比较分析

近几十年,随着卫星测高技术和相关数据精密处理技术发展,依托卫星测高技术业已成为快速获取全球海底地形数据的可靠手段,国内外相关组织机构已发布了一系列全球海底地形模型。整理评述了多款全球海底地形的基本情况,以及相互间的内在联系,包括DBDB系列模型、ETOPO系列模型、Sandwell系列模型、GEBCO系列模型、SRTM+系列模型、EARTH地形球谐系数模型、BAT_VGG模型、BAT_WHU2020模型、STO_IEU2020模型等。通过对全球海底地形模型的认识和梳理,以期为下一步全球海底地形模型高效、低成本构建提供方法参考。     

基于STO＿IEU2020的海底地形数据尺度提升方法比较

栅格小于1′的全球海底地形数据通常以卫星测高海洋重力数据构建的1′海底地形数据作为背景场模型,采用数据格网化方法得到。基于此,以STO＿IEU2020模型作为海底地形背景场数据,使用反距离加权法、改进Shepard拟合方法、径向基函数法、Kriging方法4种常规网格化方法以及“移去-恢复”方法,分别构建了试验区域栅格大小为30″和15″海底地形模型,并对试验结果开展了分析评估。试验结果表明,采用改进Shepard拟合方法构建的30″和15″栅格海底地形模型相较其他3种常规海底地形格网化方法检核精度高。进一步基于改进Shepard网格化方法,采用“移去-恢复”方法构建的30″和15″栅格海底地形模型结果显示,“移去-恢复”方法可进一步提升建模精度,据此建议制作多尺度海底地形数据,可重点考虑基于“移去-恢复”的改进Shepard拟合方法。     

基于伯恩斯坦多项式的海底地形模型内插方法研究

分析了现有海底地形模型的构建方法,提出了一种基于伯恩斯坦多项式内插海底地形模型的算法。首先录入等深线数据,分别求出等深线与规则格网在X和Y方向上的交点并排序,然后计算每一行和列上交点序列的单调区间以及区间内的容许点列,最后利用伯恩斯坦多项式插值得出每一个格网点的深度值。实验证明,利用伯恩斯坦保单调插值函数构建的海底地形模型,很好地保证了等深线数据所反映的原始海底地形形态。     

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.     

基于标准差准则的海底三维地形模型构建

针对现有三角剖分需要投影到平面,局部优化时属性丢失的问题,本文采用一种顾及水深属性的三角剖分准则——标准差准则进行三角剖分,并且讨论了标准差的含义、标准差的计算以及标准差准则的描述.根据标准差准则,实现了一种基于标准差差则的海底三维地形模型构建方法.实验结果表明该方法提高了三角剖分的合理性,模型重建的细节与精确程度更高...     

基于GEBCO的海底热液区地形复杂度分析方法研究

海底热液区地形复杂度是热液活动场的重要指标数据,获取地形复杂度指标数据,为系统研究全球海底热液区分布特征具有重要意义。阐述了地形复杂度和GEBCO数据的基本应用情况,介绍了基于数字地形模型数据进行地形复杂度计算的基本方法,提出了海底热液区地形复杂度计算的窗口序列分析法和基本步骤,实例分析了伊豆—小笠原海底热液活动亚带的地形复杂度情况。     

基于地形单元分区的BP神经网络反演海底地形

海底地形和海洋重力场在一定波段频率域上存在相关性,传统海底地形反演方法主要考虑海底地形与重力数据之间的线性关系,而忽略非线性项作用对反演结果的影响。基于此,提出了基于海底地形单元分区的BP神经网络反演方法,改善海底地形反演精度。选取东印度洋北部东经90°海岭附近海域(83°E～92°E,10°S～10°N)为实验区,利用船测水深、卫星测高重力等数据,根据地形特征将实验区分为海盆区和海岭区,使用BP神经网络方法分别进行海底地形反演,构建了实验区1′×1′局部海底地形模型。结果表明,基于地形单元分区的反演结果模型平均相对误差精度可达1.45%,比未分区的反演结果均方根误差降低了42 m,验证了本文方法的有效性和可行性。     

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。     

海量多波束数据抽稀方法的比对分析

针对构建海底DEM高效率、高精确度的要求,对比分析了海量多波束水深数据的抽稀方法。利用格网分块结构高效组织海量多波束水深数据,分别采用三种数学模型内插网格节点水深值,实现了不同网格尺度下的数据抽稀。实验证明:所提分块索引策略能提高多波束数据抽稀效率;距离加权内插模型能有效提高海底DEM模型的准确度。     

The renavigation of Sea Beam bathymetric data between 9° N and 10° N on the East Pacific Rise

We present a gridded Sea Beam bathymetric map of a 5100 km² area between 9° and 10° N on the East Pacific Rise (included as a color separate accompanying this issue). The raw bathymetric data are renavigated using a technique for calculating smooth adjustments to navigation that incorporates absolute constraints from satellite fixes and acoustically-located explosive shots, and relative constraints from the misfit of bathymetric data at ship track crossovers. We describe a back-projection technique for gridding the bathymetric data that incorporates an approximation for the power distribution within a narrow-beam echo sounding system and accounts for the variable uncertainties associated with multi-beam data. The nodal separation of the resulting map is ~ 80 m in both latitude and longitude, and the sampling of grid points within a 60 × 85 km² region is in excess of 99%. A formal analysis of variance is applied to the gridded bathymetric data. For each grid point, the difference between the variance of data from within a track versus data from between tracks provides an upper bound on the magnitude of bathymetric misfits arising from navigational errors. The renavigation results in an 88% reduction in this quantity. We also examine the effects of renavigation on the misfit of magnetic and gravity data at crossovers and compare our results with other bathymetric surveys. A striking feature of the final bathymetric map is the sinuous regional shape of the rise axis. In plan view, the local trend of morphology sometimes varies by up to 15° and the distances separating changes in morphological trend are about 10–20 km. In cross section the slopes of the rise flanks are notably asymmetric and show some correlation with the offset of the axial magmatic system as detected by seismic methods.     

潮汐对多波束测深的影响及改正

讨论了潮汐对多波束测深的影响;通过分析验潮站控制及潮汐场解算的潮汐改正传统模式的特点,设计了该模式的工作流程;比较了传统改正模式与GPS无验潮模式的不同,研究了无验潮模式及陆海图拼接所涉及的垂直基准转换技术。     

Capabilities of the bathymetric Hawk Eye LiDAR for coastal habitat mapping: A case study within a Basque estuary

The bathymetric LiDAR system is an airborne laser that detects sea bottom at high vertical and horizontal resolutions in shallow coastal waters. This study assesses the capabilities of the airborne bathymetric LiDAR sensor (Hawk Eye system) for coastal habitat mapping in the Oka estuary (within the Biosphere Reserve of Urdaibai, SE Bay of Biscay, northern Spain), where water conditions are moderately turbid. Three specific objectives were addressed: 1) to assess the data quality of the Hawk Eye LiDAR, both for terrestrial and subtidal zones, in terms of height measurement density, coverage, and vertical accuracy; 2) to compare bathymetric LiDAR with a ship-borne multibeam echosounder (MBES) for different bottom types and depth ranges; and 3) to test the discrimination potential of LiDAR height and reflectance information, together with multi-spectral imagery (three visible and near infrared bands), for the classification of 22 salt marsh and rocky shore habitats, covering supralittoral, intertidal and subtidal zones. The bathymetric LiDAR Hawk Eye data enabled the generation of a digital elevation model (DEM) of the Oka estuary, at 2 m of horizontal spatial resolution in the terrestrial zone (with a vertical accuracy of 0.15 m) and at 4 m within the subtidal, extending a water depth of 21 m. Data gaps occurred in 14.4% of the area surveyed with the LiDAR (13.69 km²). Comparison of the LiDAR system and the MBES showed no significant mean difference in depth. However, the Root Mean Square error of the former was high (0.84 m), especially concentrated upon rocky (0.55–1.77 m) rather than in sediment bottoms (0.38–0.62 m). The potential of LiDAR topographic variables and reflectance alone for discriminating 15 intertidal and submerged habitats was low (with overall classification accuracy between 52.4 and 65.4%). In particular, reflectance retrieved for this case study has been found to be not particularly useful for classification purposes. The combination of the LiDAR-based DEM and derived topographical features with the near infrared and visible bands has permitted the mapping of 22 supralittoral, intertidal and subtidal habitats of the Oka estuary, with high overall classification accuracies of between 84.5% and 92.1%, using the maximum likelihood algorithm. The airborne bathymetric Hawk Eye LiDAR, although somewhat limited by water turbidity and wave breaking, provides unique height information obscured from topographic LiDAR and acoustic systems, together with an improvement of the habitat mapping reliability in the complex and dynamic coastal fringe.     

机载激光测深精度外部检核方法

给出了单波束测深的原理,分析了单波束观测数据预处理模型,提出了采用单波束测深成果检核机载激光数据质量的技术方法,并以我国自行研制的机载激光测深系统为例,给出了该系统在某海区试验数据的外部检核结果.针对两种测深手段之间明显存在系统性偏差的问题,提出了以单波束测深成果为控制,对机载激光测深数据系统偏差进行校正和补偿的处理方...     

基于改进反距离加权算法的海底DEM建模方法

为了实现海底地形三维可视化,首先需要对海量多波束离散水深数据进行DEM建模处理。其中,基于反距离加权网格化的内插法原理简单、效率较高,生成的DEM模型较为贴近海底实际底面,适用于海底地形数字建模。但本文在实际建模过程中发现传统反距离加权算法在理论上存在缺陷,因此本文引入圆形窗口和夹角权因子对插值算法进行进一步改进。实例表明,改进反距离加权算法可以有效提高海底DEM的建模效率与精度。     

海洋测绘垂直基准的建立与转换

在我国海洋测绘采用的多个基准面的复杂进程中,垂直基准的建立与实现已开始初露端倪并越来越引起大家的重视。就海洋测量垂直基准的现状、垂直基准面间的关系、海岸带地形测量与水深测量基准面转换技术等方面进行探讨,以期实现海岸带地形图和水深图的无缝拼接。     

DGPS在广西沿海海底地形测绘中的应用

DGPS（DifferentialGlobalPositioningSystem）测量技术即差分定位技术,包括实时差分和后处理差分定位技术,正在远海和近海测量中得到广泛应用。后处理差分定位与微波定位及GPS实时差分定位相比,具有作用距离远,不受基准台与船台之问的障碍物影响以及减少基准台等优点。对于近海大比例尺（大于1：1万）测量,可采用实时差分定位的方法,而小于1：1万中小比例尺海底地形图测绘及海上其他工程测量,采用后处理差分定位,既能满足精度要求,又能提高工作效率。本文主要介绍利用DGPS后处理定位方法,在测绘广西沿海1：5万海底地形图中的应用情况。     

河道的防洪预警模拟及其三维地形可视化

运用数字高程模型(DEM)数据格式中的三角网格模型,以OpenGL提供的光照、材质、纹理映射和反走样等技术实现河道地形的三维可视化;利用VC 及OpenGL中的平移、旋转和缩放等功能,实现河道流场三维显示的效果。在读取相关洪水数据的情况下,实现了流场可视化及河道堤坝防洪预警等相关查询功能,为防洪决策提供了相关的参考。