多波束水体数据中旁瓣干扰处理方法研究

多波束水体数据是水下物体后向散射强度数据,也是国内外的研究热点之一。本文系统的分析了旁瓣干扰对水体数据的影响,发现接收旁瓣干扰是影响多波束水体数据质量的关键因素。基于平坦海底情况下旁瓣干扰具有相同分布规律的特性,提出了一种适用于平坦海底的多波束水体数据处理方法。该方法在保留最小倾斜距离(Minimum Slant Range,MSR)内水体数据的基础上,可有效剔除MSR以外接收旁瓣干扰。通过模拟水体数据处理验证以及实测水体数据处理分析,发现该方法提高了水体数据中目标的识别能力。     

基于序列轮廓线的多波束水体影像目标三维重建

利用多波束声呐水体成像探测水下目标具有范围广、效率高的优势,水体数据通常采用二维成图方式对目标进行探测、评估,难以认识三维目标的全貌,容易遗漏细节。本文提出一种基于序列轮廓线的水体目标三维重建方法,首先逐Ping对水体目标点云进行精细分割并提取轮廓线,针对相邻轮廓线数量不一致的问题,将轮廓线拆分使其一一对应,然后通过轮廓中心平移与划分空间格网的方法在轮廓线间填充面片。使用水下沉船实测数据检验算法有效性。结果分析表明,本文算法能够有效地减少面片的连接错误、降低面片冗余,同时避免带来孔洞现象,算法稳健,对多波束水体目标探测具有参考价值。     

多波束与单波束测深数据融合处理方法

受声线弯曲的影响,多波束测深的边缘波束的数据质量较低,而单波束测深受声线弯曲的影响比较小。结合多波束覆盖面大和声速剖面误差对单波束影响相对较小的特点,研究了多波束和单波束的测深数据融合方法,利用同一位置单波束和多波束测深数据的差值,拟合一个与坐标位置相关的误差模型,并利用该误差曲面对多波束测深数据进行综合改正,从而提高多波束测深的数据质量。     

多波束水体影像的归位算法研究与实现

多波束水体影像近年来得到了广泛的应用,但由于缺少格式标准,各多波束厂商所支持的格式各不相同,给进一步的数据处理带来了一定的困难。基于Matlab平台,通过对ALL格式多波束测深数据文件与WCD格式多波束水体影像文件进行了详细的解析,并且研究了最近邻插值、改进最近邻插值、二维线性插值与三次多项式插值等多种算法,实现了多波束水体影像的回放显示与水体异常提取,并且实现了回放速度的控制,极大地提高了资料处理效率。     

多波束声呐和侧扫声呐数据融合方法研究综述

多波束声呐系统与侧扫声呐系统均为海底面探测的重要工具,二者均采用声学方法,在工作原理上存在异同。本文简要介绍了二者的研究进展,分别对其数据处理进行了比对分析,认为多波束声呐处理方法侧重于数据的测量精度,而侧扫声呐则主要侧重于图像处理;归纳了当前二者主要的数据匹配融合方法,包括同名特征融合、基于SURF算法的匹配融合以及特征点融合,从数据采集原理上对数据融合方法进行了深入分析,发现在探头定位、单ping数据点分布以及ping之间的数据定位上存在一定的困难,即使经过一定的处理,二者采集的也非简单的平面图像,故二者的数据融合尚存在一定的难度。     

多波束声纳水柱影像分析工具的设计与实现

多波束水柱数据携带了波束从换能器到海底的完整声学信息,可用于探测海面至海底的声照射目标。通过对多波束原始水柱数据文件(*.all,*.wcd)解析,分析提取水柱数据绘制其航向剖面图、垂直剖面图和波束阵列图。利用水柱影像分析工具可清晰判断水体中目标物的形状、大小和位置,获得传统多波束深度测量无法探测到的细小特征。实例分析表明,研发的水柱影像分析工具在水柱成像及水体目标探测识别中有着重要应用价值。     

高分辨率遥感影像城市道路提取方法研究

根据高分辨率遥感影像可以提取道路细节信息和中低分辨率遥感影像可以提取道路轮廓信息这一特性,提出基于多尺度的不同分辨率遥感影像道路提取方法。以原始高分辨率遥感影像为底层影像建立影像金字塔获取不同分辨率影像,利用中低分辨率遥感影像上提取的道路骨架轮廓约束高分辨率遥感影像的道路提取,并对Canny边缘检测算法进行改进。实验结果表明,该方法能够有效地消除高分辨率遥感影像城市道路路面噪声的影响,道路提取效果较好。     

基于密集多尺度特征的遥感影像水体提取

针对传统遥感影像水体提取方法和基于深度学习的经典目标提取模型的提取结果存在丢失边缘细节信息和准确率低的问题,提出了基于深层特征编码-水体识别解码的多尺度特征密集连接网络结构。首先利用深层特征编码结构中的普通卷积提取影像中水体的特征信息,然后利用密集多尺度特征模块提取水体的多尺度特征和保留全局信息,最后利用水体识别解码结构对图像中的水体进行预测。实验结果表明：本文方法的提取结果精度优于经典全卷积神经网络模型,在测试集上的像元精度达到98.56%,交并比达到78.91%,有效保留了水体的完整性和细节边缘信息,实现了水体的精细化提取。     

冷泉羽状流多波束水体声学探测技术与应用

海底冷泉作为地球水圈与下伏岩石圈之间物质和能量交换的重要场所,其广泛发育于主动大陆和被动大陆边缘、深海扩张中心、汇聚板块边界、弧前盆地、断层以及泥火山发育区等区域。研究海底冷泉对于海洋工程安全、天然气水合物开发、海洋油气勘探、全球气候变化、碳循环和极端生物群落等方面具有重要意义。本文在系统总结海底冷泉探测技术方法的基础上,重点阐述了多波束水体声学探测技术及海底冷泉羽状流特征反演方法,对海底冷泉系统探测技术方法完善和应用具有重要意义。     

Processing and analysis of Simrad multibeam sonar data

The common approach to analysing data collected with multibeam and sidescan sonars is to visually interpret charts of contoured bathymetry and mosaics of seabed images. However, some of the information content is lost by processing the data into charts because this involves some averaging; the analysis might uncover more information if done on the data at an earlier stage in the processing. Motivated by this potential, I have created a software system which can be used to analyse data collected with Simrad EM1000 (shallow water) and EM12 (deep water) multibeam sonars, as well as to generate bathymetry contour charts and backscatter mosaics. The system includes data preprocessing, such as navigation filtering, depth filtering (removal of outlying values), and amplitude mapping using the multibeam bathymetry to correctly position image pixels across the swath. The data attributes that can be analysed include the orientation and slope of the seafloor, and the mean signal strength for each sounding. To determine bathymetry attributes such as slope, the soundings across a number of beams and across a series of pings are grouped and a least-squares plane fitted to them. Bathymetric curvature is obtained by detrending the grouped data using the least-squares plane and fitting a paraboloid to the residuals. The magnitudes and signs of the paraboloid's coefficients reveal depressions and hills and their orientations. Furthermore, the seafloor geology can be classified using a simple combination of these attributes. For example, flat-lying sediments can be classified where the backscatter, slope and curvature fall below specified values.     

多波束水体数据对台西南盆地天然气水合物的揭示

在台西南盆地陆坡上进行了多波束测量,获取了海底地形数据和水体数据。对多波束数据进行处理,展示了多波束水体数据形成的声学水柱影像。研究表明：在台西南盆地天然气水合物富集区,多波束水柱影像异常,呈现羽状流特点,揭示了台西南盆地的天然气资源,多波束声呐系统为探测海底天然气水合物提供了精确高效的方法。     

SeaBeam 3030多波束系统在南海冷泉调查中的应用

在冷泉调查研究中,多波束系统因其快速高效、成本较低的特点被广泛应用.本文靶定南海北部陆坡琼东南盆地冷泉发育区,介绍了SeaBeam 3030多波束系统在冷泉发育区中的调查应用实例.通过分析多波束水深数据和水体数据,确定了调查区海底地形地貌以及水体羽状流特征,同时对该冷泉区开展综合调查的必要性进行了初步分析.研究表明,调...     

多波束声呐图像条带中央和边缘残差处理方法

多波束声呐图像是进行海底底质分类的主要数据源之一,由于受海洋噪声、声波散射和混响、仪器设备等因素影响,其经各项常规改正后仍存在明显残差,突出表现在中央波束区和条带重叠区,难以形成高质量的声呐图像。文中分析了多波束声呐图像残差的成因及影响,提出了一种基于多条带最小二乘拟合的多波束声呐图像残差处理方法。首先,得到相邻声脉冲(ping)信号中央区域、重叠区域以及整体趋势的拟合函数;然后,通过拟合函数计算得到中央和重叠区域的残差改正系数;最后,通过改正系数进行残差改正。实验分析表明,该方法在保留原始细节的基础上,有效削弱了残差对声呐图像的影响,对多波束声呐图像处理具有参考和应用价值。     

高分影像砂质海岸线精细提取及校正方法

通过遥感影像稳定获取大范围、连续性海岸线数据,是开展海岸带研究的重要手段之一。针对传统边缘检测算法处理高分辨率遥感影像存在的噪声敏感性、阈值不稳定性等问题,引入一种强鲁棒性的结构森林边缘检测（Strected Forests Edge Detection, SE）算法,对海口市西海岸砂质岸线进行识别,并提出基于Bruun-Dean平衡剖面模式建立拟合剖面模型的潮位校正新方法,结合实测数据对提取结果进行了精度评估和误差分析,最终提取得到了精细海岸线数据。研究表明,SE算法检测所得水边线结果清晰细腻,对比Roberts算子、Canny算子、LoG算子等传统边缘检测算子法更加精准高效,适用于高分遥感影像海岸线提取研究;针对砂质岸线的潮位校正,基于RTK实测剖面数据和拟合剖面模式建立的拟合剖面模型,克服了传统线性模型误差较大的问题,提升了海岸线校正的精度和可行性;基于实测岸线,使用断面法对结果进行定量分析,验证所得提取岸线定位精度优于2.5 m。     

基于CUBE算法的多波束测深数据自动处理研究

对CUBE算法自动处理多波束测深数据的模型建立、格网节点的多重估计和最优估值选取准则进行了详细介绍,深入分析了多重估计的实用性,并通过实测数据对该算法进行实现.利用了抗差Kalman滤波改进CUBE算法.通过模拟数据对改进的CUBE算法进行实验,验证了算法改进的必要性.     

基于EGM模型的多波束无验潮测深技术应用

多波束水深测量中受潮汐因素的影响,测量垂直基准是变化的,具有瞬时性。传统多波束测量,需在测区内设立一个或多个验潮站进行同步水位观测,最终将水深归算到深度基准面上。针对多波束水深测量中垂直基准转换的复杂性问题,文中基于地球重力场模型,结合测区内实测的GNSS/水准数据,通过插值算法建立了测区范围内似大地水准面精化模型,构建了多波束无验潮水深测量的垂直基准转换模型。通过实例表明,该方法有效地消除了潮汐、动态吃水及涌浪等因素影响,直接获取深度基准面的水深值,提高工作效率,可满足近岸多波束水深测量的工作需求。     

两种多波束反向散射强度数据归一化方法的建立与分析

多波束反向散射强度数据应用广泛,但由于受到角度响应的影响,导致生成的多波束声呐图像质量偏低,且现有角度响应改正方法在复杂海底底质环境下适应性较差。为此本文对散射强度进行分析,给出了两种多波束反向散射强度数据归一化方法,分别为基于高斯拟合以及角度响应的散射强度改正方法,前者主要是基于散射强度的变化规律进行改正,而后者则是基于声波的散射机理进行改正。实验结果表明两种方法较传统改正方法精度均有约30%的提升,并且角度响应方法较高斯拟合方法改正精度更高,但计算效率有所下降。以上实验验证了两种方法的有效性,实现了散射强度数据的归一化,提升了多波束声呐图像的质量。