基于mapobjects的海底地形地貌成圖技術分析

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1、哈爾濱工程大學碩士學位論文身國際先進行列。1．2多波束測深原理及深度解算1．2．1多波束測深系統(tǒng)海底地形信息空間采樣原理多波束測深系統(tǒng)的發(fā)射基陣和接收基陣采用相互垂直的“T"形結(jié)構(gòu)。發(fā)射基陣安裝在平行于船龍骨方向，接收基陣安裝在垂直于船的龍骨方向。發(fā)射基陣向海底發(fā)射一個超寬窄條帶聲波束，再利用接收基陣接收海底反向回波信號。多波束測深系統(tǒng)海底地形信息空間采樣原理如圖1．1所示。在垂直于母船航行的方向上，通過多波束形成技術在若干個預成波束角方向上形成若干個波束，根據(jù)DOA和TOA估計，估算出每個波束海底的到達角和到達時間，再測量出海底

2、聲速，那么就可以測量出與每個波束對應點的深度。若干個測量周期組合起來形成一條以母船航跡為中心線的帶狀水深圖，因此稱作為條帶。高測量效率和寬測量范圍是多波束測深系統(tǒng)的兩大主要特征。多波束測深系統(tǒng)兩項重要指標是掃海寬度和測量范圍。掃海寬度表示一個測量周期所測得的垂直于航跡方向的距離，正是由于多波束測深系統(tǒng)具有較大的掃海寬度，因此具有很高的掃海測量效率。測量范圍表示設備能測量的最大和最小深度，它與系統(tǒng)所采用的聲波頻率、發(fā)射功率的動態(tài)范圍、基陣的結(jié)構(gòu)等多項參數(shù)有關。．，圖1．1多波束測深系統(tǒng)工作原理1．2．2多波束測深系統(tǒng)中海底深度解算公

3、式多波束測深系統(tǒng)是一種主動式多波束測深聲納系統(tǒng)，它的測量過程實際上就是對海底地形進行采樣的過程，最終要獲得的是采樣點在大地坐標系中的三維坐標(x，Y，z)。2哈爾濱工程大學碩士學位論文由射線理論可知，如果知道發(fā)射聲波從發(fā)射基陣傳播到海底再由海底返回到接收基陣的來回時間址，測出海底聲速c，那么就可以算出P點的深度日和該點相對于聲基陣的水平距離麟。要把日和RX換算成大地坐標時需要知道測量船的大地坐標(‰，Y。)，該坐標可以由GPS系統(tǒng)獲得，再通過輔助設備羅經(jīng)系統(tǒng)測得測量船的航向角矽，如圖1．2所示，就可以得出尸點的三維大地坐標(x，Y

4、，z)：J“／_～。，一‘7j譯／：／；／?。／一叉圖1．2海底定位模型x：．c×—A—t×iSln矽cosc．p+x。2X=C×一×6，C+X?！畊y：一c×iAt×sinsin伊+Yoy2一c×了×ss伊+z：一c×笪×c0S秒Z=一C×——×C∥2其中秒為波束開角，定義肷在航行方向的左邊時符號為負，在航行方向的右邊時符號為正，z坐標表示P點的垂直深度，負號表示在海平面以下。如果能夠精確的測量海底回波的傳播時間、涌浪數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)以及環(huán)境數(shù)據(jù)等，利用上述公式就可以精確地計算出海底地形采樣點的三維參數(shù)。然而由于聲線彎曲、測量船位

5、置的GPS定位誤差、定位中心和測深中心位置的偏移，測量船航向的測量誤差、測量船的姿態(tài)，如橫搖、縱搖和升沉等均會影響測量結(jié)果，作為實際應用的多波束測深系統(tǒng)還必須同時考慮這些參量哈爾濱工程大學碩士學位論文的正確有效的修正與補償。經(jīng)過修正后，公式變?yōu)椋簒?等蛐跏s伊蝸+缸y—c×等×sill鄉(xiāng)siIl伊+％+緲(1-2)z：c×壘蔓×cos口+△z2這就是多波束測深系統(tǒng)的深度與位置測量原理公式，式中的缸、緲和止即為上述所有影響測量精度因素的綜合修正值。1．3國內(nèi)外海底地形成圖技術研究概況顯然，一個完善的多波束測深系統(tǒng)僅有硬件系統(tǒng)是不夠的

6、，現(xiàn)場采集的海底原始數(shù)據(jù)和輔助設備數(shù)據(jù)必須進行數(shù)據(jù)處理及成圖等工作，才能提供給用戶最終的有用的成果圖。因此，海底地形成圖軟件是多波束測深系統(tǒng)必不可少的重要部分。論文正是圍繞多波束測深儀系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理及成圖技術研究展開的。1．3．1國外發(fā)展概況多波束測深系統(tǒng)的研制始于二十世紀六十年代。美國通用儀器公司在1991年3月推出第三代多波束技術產(chǎn)品SeaBeam2100’系列。SeaBeam2100的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集軟件、后處理軟件和網(wǎng)格化成圖軟件等三個模塊。數(shù)據(jù)采集軟件提供導航和多波束測深數(shù)據(jù)采集雙重功能；后置處理編輯軟件用于在

7、不同的導航和調(diào)查條件下，把各種多波束系統(tǒng)在海上采集的數(shù)據(jù)通過編輯和后置處理轉(zhuǎn)換成高質(zhì)量的測深數(shù)據(jù)集；而網(wǎng)格化成圖軟件則是對全測區(qū)的多波束測深產(chǎn)生等間距網(wǎng)格化測深數(shù)據(jù)集，形成最終的全覆蓋測深圖。美國RESON公司的Seabat8125多波束測深系統(tǒng)可以對水下地形地貌進行大范圍全覆蓋的測量及實時聲納圖象顯示¨1，結(jié)合實時動態(tài)(RTK)GPS定位，可以迅速獲得各種比例尺的水下地形圖、數(shù)字高程圖，其測量成果可以精確反映水下細微的地形變化和目標物情況，極大地提高了測量的精度和效率。Seabat8125多波束測深系統(tǒng)后處理軟件，是一套功能強大

8、的空間信息4哈爾濱工程大學碩士學位論文處理系統(tǒng)。由許多功能模塊組成：外業(yè)數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、多波束數(shù)據(jù)后處理及顯示軟件模塊Terrmodel，多波束三維可視化軟件模塊TerrmodelVisualizer。德國ELACNAUTlK公司生產(chǎn)的