[發明專利]聯合歷史剖面聲速與實測表層聲速的航渡式測深數據剖面聲速改正方法

有效

• 申請號: 202110508713.9
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113191087B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 賈帥東;袁浩;張立華;金紹華
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍大連艦艇學院
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;G06N3/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發明提供一種聯合歷史剖面聲速與實測表層聲速的航渡式測深數據剖面聲速改正方法，屬于海洋測繪技術領域。包括：輸入航渡式測深海區的歷史水溫、鹽度及壓力數據，計算聲速剖面數據；標準化聲速剖面的垂向分層；對標準化后的歷史聲速剖面群進行EOF分析，獲取重構系數范圍與特征向量；構建遺傳算法優化神經網絡模型，選擇適應度函數；輸入歷史聲速剖面數據，訓練模型；將實測表層聲速、位置信息、深度及特征向量輸入訓練完成的模型，反演聲速剖面；采用常梯度聲線跟蹤對航渡式測深數據進行聲速改正。本發明克服了當前航渡式水深數據后處理階段缺少較高精度聲速剖面進行聲速改正的不足，削弱了聲速誤差的影響，提高了航渡式測深數據的精度。

技術領域

本發明屬于海洋測繪技術領域，涉及一種航渡式水深數據的聲速改正方法。

背景技術

航渡式水深數據，是指測量船利用隨船攜帶的測深設備與定位裝置，所采集、獲取的船舶航跡區域內的水深數據。為推動航渡式水深數據應用于實踐生產，需要對數據進行一系列的后處理工作，包括：潮汐、吃水、姿態和聲速等改正，以提高航渡式水深數據的精度。而針對航渡式水深數據中的聲速改正問題，國外眾多學者開展了一系列相關的研究工作。

Thornton通過分析測深工作中的各種誤差及相應處理方法，指出了航渡式水深數據進行聲速改正的必要性；但受價格昂貴的走航式聲速設備以及非專業測量船工作性質的制約，船舶航跡海域內的實測聲速數據難以滿足要求，從而嚴重影響了航渡式水深數據的精度。Calder發現當航渡式測深工作中缺少測量區域的聲速剖面(Sound VelocityProfile，SVP)時，可以利用測深設備的嵌入式溫度傳感器與假定鹽度值粗略預估聲速，并提出了利用歷史海洋溫鹽度數據進行聲速改正的設想；Arfeen嘗試在沒有實測聲速剖面情況下，使用歷史溫鹽度數據對北極地區的水深數據進行聲速改正。然而，海洋的溫鹽特性以一定規律隨時間而變化，若直接使用歷史海洋溫度、鹽度數據會受到數據集時間分辨率或空間分辨率等問題的制約，難免產生SVP代表性偏差，導致改正后的海底出現“哭臉”或“笑臉”的現象。因此，在以往的專業測深工作中，當缺少聲速剖面時通常可考慮采用聲速剖面反演法，來獲取所需站點的聲速剖面，并完成測深數據的聲速改正。但是，目前聲速剖面反演法改正測深數據主要是針對平坦海底地形，以地形畸變量作為反演迭代條件反演聲速剖面，再對測深數據進行聲速改正。若直接在航渡式測深工作中以歷史聲速剖面群為基礎使用該方法進行聲速剖面反演，獲得的只是該海域過去或平均意義上的聲速剖面，尤其是在反演復雜地形海域的聲速剖面時，受限于該方法的反演迭代條件，數據精度難以滿足實時測深工作與測量規范的要求。

發明內容

為了克服當前航渡式水深數據后處理階段缺少較高精度聲速剖面進行聲速改正的不足，本發明提出一種聯合歷史剖面聲速與實測表層聲速的航渡式測深數據剖面聲速改正方法，已有實驗表明，本發明所述方法能夠削弱聲速誤差的影響，提高航渡式測深數據的精度。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：

一種聯合歷史剖面聲速與實測表層聲速的航渡式測深數據剖面聲速改正方法，包括以下步驟：

步驟S1：選取測船航跡周圍一定海域內的歷史水溫、鹽度及壓力數據，采用聲速經驗公式計算得到相應的歷史聲速剖面；

步驟S2：采用Akima插值方式標準化歷史聲速剖面群的垂向分層；

步驟S3：對步驟S2中標準化歷史聲速剖面群進行正交經驗函數分析，獲得重構系數范圍與表征海區聲速主要變化特征的特征向量；

步驟S4：初始化遺傳算法、搭建神經網絡模型，來構建遺傳算法優化神經網絡模型；

步驟S5：利用歷史聲速場信息：表層聲速、位置信息、深度及特征向量數據，訓練步驟S4構建的模型；

步驟S6：向步驟S5中完成訓練作業的模型中輸入實測表層聲速、位置信息、深度及所選海區特征向量，獲取反演聲速剖面；