[發明專利]基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優選方法

有效

• 申請號: 201310549780.0
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103591942A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 吳自銀;趙荻能;周潔瓊;李守軍;尚繼宏
• 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: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林松海

1.基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優選方法，其特征在于，包括下列步驟：

1）形成原始聲速剖面數據集

1.1)若有聲速剖面，直接形成聲速剖面數據集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n，i為聲速剖面序號，n為采集的聲速剖面個數，i和n均自然數；

1.2)若無聲速剖面，可采用聲速剖面采集儀器，在海洋中獲取原始聲速剖面，并形成原始聲速剖面數據集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n；

1.3)每個聲速剖面in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m，其中，P_j為聲速剖面點，d_j和v_j為每個聲速剖面點P_j所對應的深度值和聲速值，m為聲速剖面中的有效點數，j和m均為自然數；

1.4)輸出一個聲速剖面in_svp_i，轉入步驟2）；

2)確定優選閾值區間

2.1）輸入聲速剖面in_svp_i；

2.2）遍歷聲速剖面in_svp_i，獲取聲速項的最小值v_s和最大值v_e；

T_step＝0.001×(v_e-v_s)，T_step為閾值自動計算步長；

初始化T_k＝0，T_k為當前聲速精簡閾值；

2.3）自動設置閾值：T_k＝T_k+T_step；

2.4)初始化當前聲速閾值T_cur＝T_k，V_cur∈in_svp_i，V_cur是當前處理聲速剖面段，V_cur＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝a,b，a和b為自然數，是當前聲速剖面段的首點和尾點；初始化V_cur＝in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m；

2.5)刪除聲速剖面冗余點：

2.5.1)提取當前剖面點數據集V_cur的首點P_a＝(d_a,v_a)和尾點P_b＝(d_b,v_b)；

2.5.2)遍歷當前聲速剖面數據集V_cur，依次取出每個聲速剖面點P_j，使用公式(1)計算該點在聲速維方向的偏移值D_j：

Dj=abs[(vj-va)*(dj-da)vb-va+da-vj]---(1)]]>

將最大偏移值D_j存入D_max，并將相應的聲速剖面點P_j存入P_k，P_k為臨時聲速剖面變量；

2.5.3)若D_max＞T_cur，添加P_k至V_tmp，V_tmp為過程數據集合，將剖面點數據集從P_k處分為兩段，即V_cut1＝{P_j}_j＝a,k和V_cut2＝{P_j}_j＝k,b，將聲速剖面段V_cut1和V_cut2分別賦值給V_cur，并分別返回步驟2.5.1)重新運算；

2.5.4)若D_max≤T_cur，添加P₁和P_m至V_tmp；

2.6)輸出精簡聲速剖面：out_svp_i＝V_tmp＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,mo；其中，mo為自然數，是精簡后的聲速剖面點數；out_svp_i是與in_svp_i對應，是使用閾值為T_cur下減冗處理out_svp_i后形成的新聲速剖面；

2.7)輸出簡化率：Peri=(1-mom)×100%;]]>

2.8)獲得簡化率參數Per_k，添加至數據集合；

2.9)當T_cur＜v_e-v_s時，返回步驟2.3）；

2.10)以T_k為橫軸，以Per_k為縱軸，獲取精簡率曲線，并計算其二階導數，獲得二階導數曲線

2.11）遍歷二階導數曲線獲取其絕對值區間[f_min,f_max]，設置曲線截斷值f_cut＝0.1×|f_max-f_min|；

2.12）根據二階導數的曲線形態和震蕩特征，僅保留二階導數值小于f_cut的曲線段，并獲取該段的優選閾值區間T＝[T_min,T_max]；

2.13）輸出優選閾值區間T＝[T_min,T_max]，轉入步驟3）；

3）精簡聲速剖面

3.1）輸入聲速剖面in_svp_i和閾值區間T＝[T_min,T_max]；

3.2）設置T_step＝0.01×(T_max-T_min)，T_k＝T_min；

3.3）初始化當前閾值變量T_cur＝T_k；

初始化當前聲速剖面V_cur＝in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m

3.4)刪除聲速剖面冗余點：

3.4.1)提取V_cur的P_a＝(d_a,v_a)和P_b＝(d_b,v_b)；

3.4.2)遍歷V_cur，依次取出P_j，使用公式（1）計算D_j，將最大偏移值D_j存入D_max，并將相應的聲速剖面點P_j存入P_k；

3.4.3)若D_max＞T_cur，添加P_k至V_tmp；將剖面點數據集從P_k處分為兩段，即V_cut1＝{P_j}_j＝a,k和V_cut2＝{P_j}_j＝k,b，將V_cut1和V_cut2分別賦值給V_cur，并分別返回步驟3.4.1)重新運算；

3.4.4)若D_max≤T_cur，添加P₁和P_m至V_tmp；

3.5)輸出in_svp_i和out_svp_i，轉入步驟4）；

4）評估聲速剖面精度

4.1)輸入原始聲速剖面V_orig和精簡聲速剖面V_simp；

4.2)輸入波束角集合B＝{θ_i}_i＝1,nb，nb為波束數，是自然數；

4.3)采用公式(2)，分別計算原始聲速剖面V_orig和精簡聲速剖面V_simp的坐標值:(Orig_F_x_i,Orig_F_d_i)和(Simp_F_x_i,Simp_F_d_i)；

F_xi=Σj=1mvj×sin(αi)F_di=Σj=1mvj×cos(αi)---(2)]]>

其中，α_i為波束角，其初始值為θ_i；v_j為聲速值；

4.4)使用公式(3)，計算橫向誤差百分比ε_x_i和垂向誤差百分比：

ϵ_xi=(Orig_F_xi-Simp_F_xi)Orig_F_xi×100%ϵ_di=(Orig_F_di-simp_F_di)Orig_F_di×100%---(3)]]>

4.5)對每個入射角{θ_i＝B_i}_i＝1,nb依次使用步驟4.3)至步驟4.5)，獲得橫向偏移誤差數據集合{ε_x_i}_i＝1,nb和垂向誤差數據集合{ε_d_i}_i＝1,nb;

4.6)使用公式(4)，計算橫向誤差百分比平均值μ_x及橫向均方差百分比σ_x：

μx=Σi=1nbϵ_xinbσx=1nbΣi=1nb(ϵ_xi-μx)2---(4)]]>

4.7)使用公式(5)，計算垂向誤差平均百分比μ_d及垂向均方差百分比σ_d：

μd=Σi=1nbϵ_dinbσd=1nbΣi=1nb(ϵ_di-μd)2---(5)]]>

4.8)精度評定

若σ_d>0.1%，則T_k＝T_k-T_step，返回步驟3.4）；

若σ_d＜0.1%，則T_k＝T_k+T_step，返回步驟3.4）；

若σ_d=0.1%，輸出V_simp，轉入步驟5）；

5）依次處理聲速剖面

5.1)將計算的最優聲速剖面V_simp存入輸出到聲速剖面數據集合SVP_out＝{out_svp_i}_i＝1,n，out_svp_i＝V_simp;

5.2)從原始聲速剖面數據集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n中順序調入一個聲速剖面，并轉入步驟2），直至所有聲速剖面處理完成，轉入步驟6）；

6）使用聲速剖面

將精簡處理后的聲速剖面數據集合SVP_out導入多波束勘測系統和數據處理系統，進行多波束測深勘測及數據處理。