基于遗传小波神经网络的海底声学底质识别分类

分割海底声纳探测图像,提取单元特征向量进行主成份分析,选取均值、标准差、对比度、相关系数、能量及同质性作为训练特征向量,构建小波神经网络。利用遗传算法优化小波神经网络的初始权值及小波参数,对砂、礁石、泥3种底质类型分别进行训练,并得到3种底质的测试精度都在90%以上,优于单独利用小波神经网络进行训练时的测试精度,克服了小波神经网络训练时易陷入局部极小的固有缺陷,表明基于遗传算法的小波神经网络可有效用于海底底质声纳图像的识别和分类。     

海底三维建模关键技术

分析了当前海底三维建模流程中的关键技术,为建模人员提供指导。海底三维建模方法分为基于图像内容建模和基于点状地形数据建模。前者模型精确,视觉效果较好,但建模速度较慢,适合于小范围建模;后者建模速度较快,且满足海底大范围三维建模的精度要求。在海底三维建模中,对于小物件,采用基于图像的建模方法,而大范围的海底地形,采用基于点状数据的建模方法。     

基于剖面声呐的海底微地貌观测研究*

海底地貌是海水覆盖下的固体地球表面形态的总称。海底地貌巨变往往与海底地质灾害息息相关,会对海底管线和海上平台等海洋工程设施造成危害,因而对海底地貌进行原位观测具有重要意义。本研究基于前人研究成果和团队常年自主研发仪器经验,研制出了剖面声呐海底微地貌原位观测系统,详细介绍了观测系统的组成、功能、工作原理和工作模式,并提出了观测数据的处理分析方法;然后,使用观测系统进行了标志物检验实验,通过将观测系统测量数据与其他设备测量数据相对比,验证了观测系统的可行性和数据准确性;最后,使用观测系统在舟山海域朱家尖滑坡区进行原位观测,进一步验证了观测系统的可行性。观测结果进一步表明剖面声呐观测系统可以用于海底微地貌的观测研究。     

用于海底底质分类的多波束声强数据选取研究

高质量的海底声强图是进行多波束海底底质分类、目标识别的基础。要得到"单纯"反映海底底质信息的声强图,就需要对原始声强数据进行地形改正,消除地形因素的影响。在描述了多波束数据中水深数据不能满足声强数据的改正要求问题的基础上,提出了以水深数据覆盖范围为约束的声强数据选取方法。实例计算结果表明:该方法在能有效地选取高质量的声强数据,提高了基于声强图像的海底底质分类精度。     

特定环境下水下地形和碍航物的复合探测

对水下地形、碍航物的搜寻方式已由过去的单一设备探测向多种设备复合探测转变。介绍了多种复合探测的基本方法和特点。通过沉船、飞机残骸和航道扫测实例,证明复合探测可大幅度增强水下地形测量结论和水下失落物搜寻判别的真实性、可靠性,同时缩短了搜寻时问,提高了工作效率。     

声纳测深数据滤波及实践

介绍了声纳测深的主要误差,分析了测深数据的滤波方法,实现了测深数据的质量控制。     

多波束测深表层声速误差的动态影响及改正方法

表层声速不准确会对多波束测深波束的归位产生影响,对于平面换能器阵,使波束角产生偏差,从而影响波束最终位置,但Snell常数保持不变;对于曲面换能器阵,虽然波束未束控不产生波束角偏差,但Snell常数发生改变,会使波束在传播过程中出现折射误差,对深水环境测量不利。对于表层声速误差带来的水深误差,外部波束比内部波束受到的影响更严重。当表层声速无法实时准确获取时,根据内外部波束对水深的影响大小识别表层声速误差的存在,通过逐步调整表层声速值,计算波束指向角差值,再重新进行声线跟踪,计算改正后的波束位置,消除其带来的水深的影响,完成表层声速误差的改正。文中用实测数据进行了验证,对多波束测深数据质量的改善有一定的参考意义。     

利用经验模态分解的侧扫声纳噪声抑制方法

针对海道测量中侧扫声纳声强数据中的噪声问题,分析侧扫声纳海底杂波的统计模型,提出基于ping数据的经验模态分解抑制噪声方法。结果表明,从ping声强数据中减掉周期小于4的模态后,声强数据可较好地服从Gamma分布,并保持声图中的细节信息。     

侧扫声纳在琼州海峡跨海通道地壳稳定性调查中的应用

为开展琼州海峡跨海通道地壳稳定性评价,利用Sonar Beam S-150D侧扫声纳系统在琼州海峡海底开展了地形地貌调查,获得了琼州海峡跨海通道工程区的侧扫声纳影像。通过数据分析、图像判读,分析了地质灾害类型及其可能的危害。在琼州海峡海底发现软土、活动沙波、岸坡及活动构造等微地貌单元,跨海通道工程施工、运行阶段都将遭受相关地质灾害的危害。这些资料和分析为跨海通道工程地壳稳定性评价提供了基础资料,为工程规划线路优选、建设实施提供了技术支撑。研究表明侧扫声纳技术可应用于海底地壳稳定性调查与评价工作中。      

Offshore sand sources for beach replenishment: Potential borrows on the continental shelf of the Eastern Gulf of Mexico

Erosion of sandy beaches is a worldwide problem that elicits innovative geoengineer‐ing techniques to reduce adverse impacts of shoreline retreat. Beach replenishment has emerged as the “soft”; shore‐stabilization technique of choice for mitigating beach erosion. This method of shore protection involves the addition of sand to the littoral sediment budget for sacrificial purposes. Because inland sand sources are often uneconomical or impractical to use, and known nearshore sources are limited, finding adequate quantities of suitable sand on the inner continental shelf is often vital to beach replenishment projects. The technical studies of survey and materials analysis that identify and delineate usable sand sources are sometimes almost as expensive as small‐project dredging, pumping, and placing the sand on the beach as fill. Inadequate quantity or substandard quality of shelf sand, as well as often‐prohibitive overhead expenses, thus compel shoreline managers to seek suitable sand sources offshore.

In the study area off the central‐west coast of Florida, offshore potential borrow areas (PBAs) were identified on the basis of studies conducted in reconnoitory and detailed phases. Sophisticated state‐of‐the‐art equipment used in this investigation provided more detailed subbottom mapping information than is normally obtained with conventional seismic equipment. An example of sand exploration studies was incorporated in a 215‐km² survey of offshore areas by conducting bathymetric surveys and subbottom seismic profiling, collecting jet probes, grab samples, and vibrocores, and analyzing sediment grading in subsamples from vibrocores. These combined analyses indicated that at least 8.8 ×10⁶ m³ of sand is available in potential borrow areas from 7.0 to 12 km offshore in water depths of 8.0 to 11.5 m. In the PBAs, mean grain size of sand falls into the range 0.13–0.53 mm, sorting averages 0.65–1.31ø, and the overall silt content varies from 3.9–8.5%. High silt contents (13–19%) mapped in some areas make these sedimentary deposits unsuitable as fill for artificial beach renourishment.