EOF重构声速剖面对深水多波束的声速改正分析

声速误差是多波束水深地形测量主要误差源之一,通常采用现场声速剖面测量的方式加以改正,但在深远海多波束水深地形测量时,现场获取全深度的声速剖面并非易事。针对这一问题,利用东南印度洋海洋调查工作中采集到的17个站位的CTD数据,将所有站位声速剖面拓展到全深度,采用经验正交函数分析法(Empirical Orthogonal Functions,EOF)构建调查区声速剖面场,可获得声速剖面场内任意一点的声速值。然后通过EOF重构声速剖面场获得的声速值对测区内多波束水深地形数据进行改正,并与实测声速剖面对多波束水深地形数据的改正结果进行对比,结果表明,5000 m水深范围内2种声速改正结果相差很小,EOF重构法对深水多波束的声速改正满足水深测量的要求。     

一种提高深远海全深度声速剖面重构精度的方法

开展多波束水深测量应同步进行声速剖面探测.因海上作业条件恶劣、作业时间受限及设备性能局限等影响,在深远海海域常获取不到全深度的实测声速剖面.尽管利用温盐场模型可将声速剖面直接延拓至实地水深的最大深度,但这种气候态平均声速剖面与实际的声速剖面间存在不可控的系统性偏差,会给声速改正及水深测量成果带来质量隐患.给出了一种提高...     

多波束水深测量马修斯法辅助声速剖面改正

马修斯法是单波束水深测量声速改正的常用方法,为了提高多波束水深测量声速改正精度,利用马修斯方法的参数,在该方法基础上推导出新的改正公式,并将之运用在多波束水深测量中的声速剖面重构;实验表明,该方法略优于水文内插法;与纯数学拟合外延方法相比,具有明显优势;运用该方法可以得到效果更好的海底三维图,提高多波束水深测量精度和作业效率。     

CNSVPGets软件获取声速剖面精度分析

提出最大差、中误差和全程平均差作为声速剖面曲线比较的精度指标。使用CNSVPGets软件对218条实测声速剖面曲线与软件获取剖面曲线进行对比计算,统计了比对曲线的最大水深、最大差、中误差、全程平均差;全部对比曲线的平均水深为1231.36m,平均最大差为6.74m/s,平均中误差为2.68m/s,全程平均差为1.72m/s。全程平均差小于5m/s的对比剖面对占95.4%,由此推论软件获取声速剖面的全程平均差极限误差为5m/s,中误差为2.5m/s;用软件获取声速剖面取代实测剖面用于水深测量计算,对测深精度的影响比海道测量规定的深度测量极限误差低1个数量级,因此可以使用软件获取声速剖面用于海道测量的深度测量声速改正。基于软件获取声速剖面的效率和重要性提出了建立和维护中国的全球声速剖面模型的建议。     

回声测深仪的声速改正

本文首先回顾和评述了我国当前水深测量中现行的几种声速改正方法,着重介绍了利用水文统计法求取中国近海海域回声测深声速改正数的研究过程和声速自动改正软件的编制与应用,最后阐述了水文统计法求取回声测深声速改正数的特点。     

海洋测绘试点声速改正

一、声速改正原理海洋测绘中,水深测量的主要仪器是测深仪,测深仪的原理是利用声波在海水中传播的时间来测量水深(d),当声速用C表示,声从发射经海底反射回来的时间为t时,则水深d可用下面等式表示。     

全球海域最优声速计算模型的综合选定(二):精度分析及实际应用

基于经核实的多个常用声速计算模型开展了精度比对,提出了全球海域最优声速模型选定的基本要求,证明了Del Grosso、Chen-Millero、C.C.Leroy2008及Coppens式适用性更强。优化了现行海道测量规范中由水文资料计算声速改正数的方法,设计并开发了适用于全球海域水深测量的声速剖面计算及改正新软件。     

声速剖面EOF表示对多波束水深数据的影响研究

基于实测数据,将测区内声速剖面进行EOF表示,进而采用常梯度分层声线跟踪法对EOF表示的声速剖面和实测声速剖面进行比对,统计有效波束比。比对结果表明:采用EOF表示的声速剖面进行的水深数据改正能够满足多波束水深测量的精度指标要求,论证了采用EOF方法表示多波束勘测水深声速剖面场的有效性。     

全球海洋测深声速改正公式

目前海洋中的水深测量一般使用回声测深仪来进行,其原理是根据测深仪的设计声速与测深仪换能器发射的声脉冲的单程时间来计算该点的水深。由于海水不是均匀介质,使得声波在海水中的传播速度成为一个变量,它与仪器的设计声速在不同的海区、不同的深度有着不同的差异,这就使得测深仪的观测水深成为近似水深,加入声速改正值后才能得到实际水深。计算声速改正必须实测各海水层的温度和盐度。在许多场合中,要取得这些水文资料是很困难的。因此,如何简单而方便地在没有水文资料的情况下得到声速改正值,并能满足一     

多波束测量声速剖面EOF表示阶次选取研究

经验正交函数(EOF)是描述声速剖面的有效基函数,通常只需要前几阶EOF即可较为精确地表示声速剖面。但使用EOF重构的声速剖面进行多波束测量声速改正时,选取的阶次未必满足多波束测深精度要求。针对此问题,首先介绍了EOF表示声速剖面的原理及流程,然后以北海某区域实测声速剖面数据为例,分析了不同阶次EOF拟合声速剖面误差以及不同阶次EOF拟合声速剖面对多波束测深的影响,最后结合NOAA对多波束测量声速剖面误差造成的水深限差要求确定EOF阶次,实现了在满足多波束测深精度的同时,合理确定EOF阶次的目的。     

HY1200声速剖面仪计算测深仪声速改正数方法

介绍了HY1200声速剖面仪平均声速的定义及应用,以及用平均声速进行测深仪声速改正数的方法和公式。     

深远海声速资料对比及校正方法研究

为准确获取深远海海洋声速资料,充分了解深水声速规律,选取了西太地区两个水深超过5000m的S1和S2站位的声速资料为研究对象,以SVP(声速剖面仪)实测资料为参考标准,通过对CTD资料利用Chen-Millero、Del-Grosso以及Wilson的3种经验公式计算的声速与SVP资料进行对比分析,得出Del-Grosso经验公式计算的声速误差最小。为进一步提高声速资料精度,对Del-Grosso公式进行修正,并利用另外3个站位数据进行验证,发现利用校正后的公式计算的声速资料精度明显提升,这为其他深远海区利用CTD或其他温盐深资料获取高精度声速资料提供参考。     

基于多波束声线传播的声速剖面反演法

以测得的误差声速剖面作为初始猜测值,利用多波束记录到的波束传播时间和波束角等信息,通过广义线性反演得到一个与实际声速剖面比较接近的声速剖面,这有助于减少声速剖面的误差。通过理论模型计算,验证了该方法的可行性和正确性。     

Influences of Medium Structure of Three-Phase Seabed Deposit on Sound Velocity

Based on the former research, the mechanism of the influence of the medium structure on the sound velocity of the three- phase seabed deposit is discussed by theoretical method. Through analysis of several structure models of three- phase seabed deposit, an equation of sound velocity is presented, which can describe the effect of structure of three-phase deposit on its acoustic velocity. Seen form the derived equation, the equations of the sound velocity of the deposits with different medium structures are different, the influence of the medium structure on the sound velocity is apparent. The equation in the paper provides the theoretical basis to understand the mechanics properties through sound velocity test, and it can be easily adopted in engineering. The influences of the parameters of deposits, void ratio, gas concentration and modulus on sound velocity through the deposit are investigated by numerical analysis of the acoustic velocity. Numerical result shows that the sound velocity of three-phase     

关于多波束声速剖面改正问题的探讨

简要介绍了声线跟踪计算中比较精确的常梯度声线跟踪算法,针对实际声速剖面测量中可能出现的随机误差和整体偏差两种情况,分别设计了相对应的模拟声速剖面,然后采用常梯度声线跟踪算法计算波束脚印,分析声速剖面误差对波束脚印计算的影响,给出了实际多波束测量作业中声速剖面测定密度和间隔的建议。     

海底沉积物的基本地声结构与地声模型

为准确建立海底地声模型,本文探讨地声模型的基本组成和基本结构。通过样品实验室测量,分析南海海底表层沉积物的密度、孔隙度与声速随着埋深变化的关系,得出海底实际存在的低声速表面–声速缓慢变化类型、低声速表面–声速增大类型、高声速表面–声速缓慢变化类型和高声速表面–声速增大类型4种典型地声结构;对比钻探测量,分析黄海海底沉积物的密度、孔隙度与声速随埋深变化关系,得出海底地声模型分层特征与地声结构组合特征。研究表明,地声模型可以归结为4种基本地声结构的组合,通过与底层海水声速、同层内声速剖面以及与上层海底沉积物下表面声速的比较,可以建立各种海底地声模型;基于实验室测量法建立的地声模型可以作为参考地声模型,但需要考虑实际海底温度和压力梯度以及海底沉积物的频散特性等,借助于声速比校正法和频散性理论模型进行计算及修正。     

基于最小二乘支持向量机的声速空间变化模型构建

建立声速空间变化模型是解决声速剖面代表性误差的有效方法。在对不同声速剖面进行标准化处理的基础上,通过声速训练样本及核函数的选取,提出并实现了一种基于最小二乘支持向量机算法的声速空间变化模型构建方法。为了检验该方法的有效性,选取实测的声速剖面数据进行验证,结果表明该方法能有效地构建声速空间变化模型,从而消除或最大限度地削弱声速剖面代表性误差。     

A New Method of Automatic SVP Optimization Based on MOV Algorithm

We applied the maximum offset of sound velocity algorithm to sound velocity profile streamlining and optimization to overcome multibeam survey and data-processing efficiency problems. The impact of sound velocity profile streamlining on sounding data accuracy is evaluated. By automatically optimizing the threshold, the reduction rate of sound velocity profile data can reach over 90% and the standard deviation percentage error of sounding data can be controlled to within 0.1%. The optimized sound velocity profile data improved the operational efficiency of the multi-beam survey and data postprocessing by 3.4 times, indicating that this algorithm has practical value for engineering applications.     

关于表层声速对多波束测深影响及改正的探讨

通过分析波束形成的原理与实测数据处理得出结论：表层声速误差将对多波束测量产生不可挽回的错误;而当表层声速正确、声速剖面误差时,在后处理可以通过适当的声速剖面加以改正。