联合WOA2018温盐模型及实测温盐资料重构全深度声速剖面(四):声速剖面应用

在深远海海域开展多波束水深测量时,受海上苛刻作业条件等多种影响,获取全深度声速剖面往往比较困难。首先联合WOA2018温盐模型和多个站位CTD、XCTD实测温盐剖面资料开展了全深度声速剖面重构,进而使用三组来源不同的全深度声速剖面开展了多波束测深声速改正对比分析。从试验结果看,这几组声速剖面对多波束测深精度的影响基本一致。特别是当假定CTD站位采用XCTD设备并由此推算深度大于1099m的温盐及声速剖面时,多波束测深的声速改正结果也能满足海底地形成果的质量要求。     

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。     

海底地形测量成果的质量检核评估(二):深远海海域声速剖面的获取

声速改正是海底地形探测资料处理的关键技术环节之一,而声速剖面的质量则将从源头上影响声速改正的精度。针对当前深远海海域海底地形探测中在何时、何地布放何种声速仪器获取声速剖面性价比更高的技术难题,提出将海底地形和温盐场作为在深度方向和时空间布放声剖站的设计依据,开展了基于WOA13温盐场提高XBT计算声速剖面精度试验。结果表明,基于已有的海底地形和温盐场可提高深远海海域声速剖面站布设的性价比。     

远海多波束水深测量中声速剖面获取方法研究

声速剖面正确与否直接影响多波束测深系统测量结果的精度和可靠性,为了获得准确可靠的多波束测深数据,必须努力获取正确的声速剖面数据,来对测深数据进行声速校正。为进一步解决如何高效、准确地获取深远海声速剖面问题,在介绍几种声速剖面获取方法及特点基础上,重点对比了几种方法在远海多波束水深测量中获取的声速剖面数据,并给出了声剖数据的质量检查方法和声剖获取的一般要求,可为同类测量工作提供参考。     

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。     

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...     

印度洋某测区多波束测量声速改正分析

海水声速是影响多波束测深精度的主要因素之一,声速改正方法是否正确直接关系测量结果的精度和可靠性。为保证多波束测深精度,除需具备符合精度要求的多波束系统及其外围设备外,在测量过程中还必须保证各项校正和改正的精度,而在各项校正和改正过程中最难以控制精度的因素便是声速改正。因此,应在测量前充分了解测区的声速变化情况,掌握海区声速变化特征,确定合理的声速剖面测量间隔和布设方位。文中阐述了海水声速特性,分析了印度洋某测区温度、盐度、声速变化规律,对多波束测深进行了正确的声速改正。     

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。     

声速剖面对多波束测深影响的新认识

介绍了声速剖面对多波束测深的影响,并得出了当声速剖面的某一节点偏大时,对边缘多波束的影响使水深偏浅,而对中央部分的波束使水深偏深;当声速剖面的某一节点偏小时,结果反之。该结果对野外资料采集及声速剖面编辑具有特别实际的指导意义。最后指出：当声速剖面出现误差时,中央波束的测深精度并不一定比其他波束的测深精度高。     

投弃式温盐深测量仪在海底地形测量中的应用

介绍了投弃式温盐深测量仪(XCTD)的原理和特点,利用它获得的声速剖面数据与声速剖面仪测量的声速剖面数据进行了精度对比,论述了在特殊环境下,利用多波束测深系统进行海底地形测量时,使用XCTD进行声速剖面测量的优势,解决了测量船停车才能进行声速剖面测量的弊端,显著提高了多波束测深系统作业的效率。     

基于深度学习的海温观测数据质量控制应用研究

基于国家海洋信息中心质量控制后的西太平洋10度方区约100万站次温盐实测历史调查资料,对经过26种严格质量控制方法的综合海温质量符进行分类分析,首次将深度学习技术应用于海洋数据质量控制多分类(multiclass classification)算法与应用研究.通过人工合成少数类样本和加权损失函数方法减少多数类的频率来降...     

声学地层剖面深水探测研究与开发

深水浅部地层精细探测是深海地质勘探与资源开发的重要调查内容。与浅水海域声学地层剖面探测相比,深水地层剖面探测会遇到严重的能量衰减、大数据量长时间反射序列采样、纵向地层分辨率降低以及横向空间覆盖率偏稀等问题,为解决这些问题,国外仪器商采用了不同的方法。采取重采样减少数据量会严重影响纵向分辨率;采取MultiPing技术可以很好解决横向空间覆盖率问题,但多Ping接收采用海底追踪变深度范围采集会造成反射同相轴跳跃突变,或采用短时间间隔采集会造成回波数据无法准确计算海底深度。为了解决这些技术问题,作者研究开发了相关的技术处理方法,解决MultiPing技术反射同相轴拼接改正处理和海底深度记录延迟处理,这些问题的解决为深水浅部地层精细探测提供了技术保障。     

深海滑坡灾害的物质点法模拟

深海滑坡可以沿着斜坡搬运大量沉积物,是危害巨大的海洋地质灾害之一。评估深海滑坡的流滑机制并量化分析其对海底结构物的冲击对海洋资源的开发利用至关重要。采用物质点法对滑坡的滑动特性进行了总应力分析。设计了三组不同的土体、海床参数,展现了三种不同的滑动形态:延展、块体和扩张。随后复现了流滑体对部分暴露管线的冲击过程,并对冲击力的稳定值进行了分析,分析中考虑了流滑体的惯性、抗剪强度和静压力的影响。研究表明,物质点法能够用于模拟深海滑坡的流滑过程及其对海底结构物的冲击,可以为海洋工程中的实际设计工作提供服务。     

基于质控数据库的海洋环境监测生物名质量控制方法研究

全国海洋环境监测每年获得大量的生物多样性监测数据,其中生物种类名记录存在书写不规范、格式不统一、同物异名、学名和中文名缺失、拼写错误等情况,对数据的质量和使用产生很大影响.为了对这些分类数据进行质量控制,构建质控数据库.以2011、2012年全国海洋环境监测实测生物分类数据为原始分类数据,以《中国海洋物种多样性》、《海洋生物分类代码》、《中国海洋生物名录》中的物种数据为标准生物名称,采用计算机程序匹配与人工匹配相结合的方法,建立原始分类数据与标准生物名称的对应关系,完成匹配分类数据的标准化处理并入库,形成质控数据库.基于质控数据库,结合质量控制程序,使得需要进行质控的生物名数据与质控数据库中＂实测中文名＂或＂实测学名＂相匹配,返回质控数据库中的＂标准中文名＂、＂标准学名＂、＂标准类群＂的值以及＂记录处理＂,并作为新增列插入到原数据中,从而实现对分类数据的一站式批量质控.基于质控数据库的生物名质控方法为生物分类数据的质量控制提供了一个简单、有效且易于推广的新方法.     

深海系泊系统动张力有限元计算

考虑深海聚酯尼龙系泊缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,缆变形的几何非线性,基于细长杆理论推导缆索单元的刚度矩阵和质量矩阵,得到12×12的非线性单元特性矩阵,利用有限元软件计算系泊系统的动张力.针对水深1 800 m由12根缆定位的Spar平台,考虑水流对系泊系统的作用,计算了不同外激励下的系缆动张力,讨论了激励频率对系缆张力的影响.结果表明,建立的缆索单元特性矩阵可以较好模拟深海聚酯缆的力学性能,并且得到的深海系泊缆动张力变化规律和力学特性是合理的.     

深海海面目标单水听器被动测距方法与验证

基于射线理论分析了在深海情况下海面声源产生声场的频率-距离干涉结构,给出了影区内声场频率-距离干涉结构的近似理论表达式,分析得到影区内声场频域干涉周期随收发距离的增加而增大、随着接收水听器深度的增加而减小。因此由单水听器记录的声场干涉结构即可实现被动声源距离估计。在南海深海实验中观测到海面宽带噪声源在声场影区形成的声场干涉结构,对实验获得声场干涉结构的处理结果验证了深海声场影区干涉结构用于被动声源距离估计的有效性。与传统的匹配场被动定位方法相比,该方法不需要已知海底声学参数和大规模的拷贝场计算。     

基于模糊PID的深海采矿机器人路径跟踪控制

深海采矿作业中,由于海底软泥稀软,采矿机器人极易打滑,以及海底地形、海流等干扰,采矿机器人容易偏离预定路径。针对采矿机器人的海底作业过程中路径跟踪问题,设计并分析了深海采矿机器人的路径跟踪控制系统。首先提出了艏向控制实现采矿机器人路径跟踪的控制算法,通过采矿机器人与当前目标点相对位置计算采矿机器人的目标艏向角,后基于运动学模型建立模糊比例积分微分(PID)的控制方法控制采矿机器人两侧转速差值进而控制采矿机器人艏向,从而使机器人按目标路径行走;同时为了防止输入过大引起打滑,基于动力学模型数值分析了采矿机器人主动轮角加速度与打滑率之间的关系,采取限制主动轮角加速度方式防止采矿机器人过度打滑;最后通过Matlab/Simulink建立系统模型对系统进行仿真分析。仿真结果表明,该控制算法能够良好地完成采矿机器人的路径跟踪任务。     

深水管道S型铺设监测研究

目前,深水管道S型铺设取得了优异的铺设成果,逐渐成为深水海底管道铺设的重要方法,但其铺设环境复杂,上弯段管道与托管架动态接触,现有分析手段无法有效模拟。同时,S型铺设关键设备的设计技术还不成熟,没有相应的设计规范。首先对深水管道S型铺设开展监测研究,提出了深水管道S型铺监测方案,最后利用实验室模型实验验证了该方案的可行性,可以为深水S型铺设关键设备的设计提供必要的设计数据。     

Lidar sensing of topographic inhomogeneities on the rough sea surface

The results of lidar sensing of the sea surface carried out from an oceanographic platform in the Black Sea under different hydrometeorological conditions are considered. It is found that the frequency, time, and intensity of the mirror-reflected lidar specks of light vary essentially when the wind wave structure anomalies appear, which arise owing to some physical processes evolving in the air-sea boundary layers. The effects conditioned by an unsteady and non-uniform wind, the hydrological front, the slicks related to internal waves and Langmuir circulation, industrial pollution of the sea surface by surface-active substances, and rainfall are estimated quantitatively. A conclusion about the prospects of application of the lidar specks indication method for ecological monitoring and control of the sea surface state and internal basins is drawn.Translated by Mikhail M. Trufanov.     

Quality control methods for KOOS operational sea surface temperature products

Sea surface temperature SST obtained from the initial version of the Korea Operational Oceanographic System(KOOS) SST satellite have low accuracy during summer and daytime. This is attributed to the diurnal warming effect. Error estimation of SST data must be carried out to use the real-time forecasting numerical model of the KOOS. This study suggests two quality control methods for the KOOS SST system. To minimize the diurnal warming effect, SSTs of areas where wind speed is higher than 5 m/s were used. Depending on the wind threshold value, KOOS SST data for August 2014 were reduced by 0.15°C. Errors in SST data are considered to be a combination of random, sampling, and bias errors. To estimate bias error, the standard deviation of bias between KOOS SSTs and climatology SSTs were used. KOOS SST data yielded an analysis error standard deviation value similar to OSTIA and NOAA NCDC(OISST) data. The KOOS SST shows lower random and sampling errors with increasing number of observations using six satellite datasets. In further studies, the proposed quality control methods for the KOOS SST system will be applied through more long-term case studies and comparisons with other SST systems.