[發明專利]一種適用海底探測與假地形處理的實測SVP重構方法

有效

• 申請號: 201310152512.5
• 申請日: 2013-04-26
• 公開（公告）號: CN103292792A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 吳自銀;李守軍;李家彪;尚繼宏;金肖兵;羅孝文;趙荻能;周潔瓊
• 申請（專利權）人: 國家海洋局第二海洋研究所
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00
• 代理公司: 浙江英普律師事務所 33238
• 代理人: 陳小良

技術領域

本發明涉及到海洋測繪、海底地形地貌調查研究和海底科學等技術領域。

背景技術

聲速剖面（SVP，SoundVelocityProfile)是多波束測深、單波束測深與淺層剖面等海底地形地貌探測與處理中最重要的參量之一。聲學探測設備依據聲反射與折射原理，根據旅行時和聲速計算聲波在海水中的傳播路徑、空間位置、水深和聲強等，因此，SVP直接影響海底地形地貌探測數據的精度。

目前，在海底地形地貌探測中，多使用CTD或XBT等儀器設備來采集聲速在海水中SVP，這些設備可以在線或自容式工作。根據探測區深度，采集儀器的數據采集頻率多數可調，常大于1Hz以上。實測的SVP的數據量一般很大，少則近百點，多則數百點甚至超過千點。現代海底地形地貌探測儀器多是實時性很強的設備，在淺水區數據采集的頻率常達到數十赫茲，SVP數據點數過多將嚴重影響儀器的計算速度，進而影響實時工作的效率，有時甚至出現數據丟失甚至導致采集設備崩潰現象。因此，在實時探測中，使用最簡潔的SVP是提高工作效率的關鍵。如何在復雜多變的海洋環境中快速提取簡潔、不損失有效信息的SVP是海底地形地貌探測工作中的一項重要內容。

在海底地形地貌探測與數據處理中，SVP的采集多通過人工方式進行，但在實際勘測中，受惡劣天氣影響，采集SVP并不容易。此外，在近岸河口區、海峽區和淺水區，受浪、潮、流等動力因素影響，海洋環境易變，尤其在異常天氣前后，海洋環境常發生劇變，從而導致海洋聲場隨之變化，在該種區域進行海底地形地貌探測，實時采集的聲速剖面常不能滿足工作要求。如果SVP存在誤差或者不能控制測區，在海底地形地貌實時探測和后處理中，其表象為海底水深面發生畸變，在平坦海區常表現為對稱性的向上彎曲或向下彎曲，也就是所謂的“笑臉”和“哭臉”，在空間上表現為沿航跡方向的“脊狀”假地形。目前，處理該種地形假象多采用“等效聲速”的方法，也就是重新構建一個單梯度或簡單模型來替代實時測量SVP，從而達到改進海底地形數據質量的目的，“等效聲速”常常與實測的SVP差異非常大。海底地形探測誤差可能是SVP、橫搖、潮位和噪聲等多種因素共同作用的結果，僅依賴“等效聲速”來改進數據，有可能會抑制甚至掩蓋其他因素造成的測量誤差。因此，在海底地形地貌測量中，如何盡量保留實測SVP來提升勘測數據精度是海底地形地貌數據處理中需要解決的問題。

從檢索的公開資料分析，目前無成熟的技術方法解決海底地形地貌探測與處理中聲速剖面的快速提取和保真構建問題，現有的技術方法存在混淆多種來源測深誤差的風險。

發明內容

本發明針對海底地形地貌探測與數據處理中的SVP快速提取及有效利用問題，提出一種基于D-P算法的SVP快速提取及多點SVP時空重構方法，從而實現海底地形地貌的實時高效探測與數據處理的SVP保真重建。

本發明是通過下述技術方案得以實現的：

一種適用海底探測與假地形處理的實測SVP重構方法，包括下列步驟：

步驟1：實測SVP特征快速簡化與提取

(1)SVP數據采集：使用海洋聲速剖面儀器，采用在線或自容工作模式，實時采集SVP，并形成原始數據集V₁={v1_i}，其中i為自然數；

(2)SVP數據讀取：從海洋聲速剖面儀器讀取采集的SVP數據，包括深度、聲速、溫度和鹽度、采集的時間和大地坐標，形成SVP數據集V₂={v2_i}；

(3)使用D-P算法對SVP特征識別與簡化：使用D-P算法，對原始SVP剖面進行特征提取與擬合，調整曲線偏離因子D來擬合并簡化原始SVP，保留原始SVP曲線的拐點，形成SVP數據集V₃={v3_i}；

(4)地形地貌實時勘測并檢查SVP：將步驟（3）獲取的SVP數據集V₃={v_i}傳輸到海底地形地貌實時采集系統，并加載到實時采集軟件，通過現場監控端，觀測實時采集的海底面變化情況；若發生聲速層數大于m，其中m為外部輸入常量，返回步驟（3）重新擬合SVP；若海底面出現以中央波束為中心的對稱向上或向下弧形彎曲應返回步驟（1）并重新采集SVP；

步驟2：基于實測SVP的海底地形地貌數據預處理