基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優(yōu)選方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優(yōu)選方法，給出了詳細的綜合技術流程，以解決因原始聲速剖面數(shù)據(jù)量大而嚴重影響多波束探測與數(shù)據(jù)處理的工作效率問題。提出聲速最大偏移量方法(MOV，Maximum?Offset?of?sound?Velocity)，用于自動、快速刪除原始聲速剖面的冗余點，并通過射線追蹤和誤差分析評估精簡后的聲速剖面對多波束測深的精度影響。經(jīng)實際測試，處理后的聲速剖面精簡率達90%，經(jīng)評估聲速剖面精度能滿足多波束腳印計算要求。該方法可大幅減少多波束勘測與數(shù)據(jù)處理時間，可有效提升多波束工作效率達3倍以上。該方法在海洋測繪、多波束勘測、海洋地理信息系統(tǒng)、計算機圖形學和海底科學研究等方面具有重要的實際應用價值，可推廣使用。
【專利說明】基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優(yōu)選方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及海底地形地貌制圖、海洋測繪、海洋地理信息系統(tǒng)、計算機圖形學和海底科學等【技術領域】。
【背景技術】
[0002]聲速剖面(Sound Velocity Profile, SVP)是實現(xiàn)多波束準確勘測必須的基本參數(shù)。聲速剖面一般通過直接法(儀器測定)和間接法(聲速經(jīng)驗模型)確定。目前，聲速剖面測量設備的采樣率普遍可達到20Hz，如果按lm/s的儀器下降速度算，IOOm水深所采集的聲速剖面數(shù)據(jù)點的數(shù)量將達到2000組。在深水區(qū)進行多波束勘測，SVP數(shù)據(jù)量將非常龐大。高采樣密度的聲速剖面數(shù)據(jù)，導致射線追蹤與波束腳印歸算的運算時間大幅增加，從而降低了多波束勘測工作效率，有時甚至導致多波束系統(tǒng)不能正常運行。很多多波束測深系統(tǒng)對所使用SVP的數(shù)量提出了限制，如:最早引進我國的深水多波束系統(tǒng)SeaBeam 2112就限制聲速剖面數(shù)據(jù)文件中聲速數(shù)據(jù)不超過30行；又如=Kongsberg EM系列多波束系統(tǒng)對輸入到處理單元用于實時射線追蹤計算的SVP文件進行限制，要求聲速剖面文件不能大于30kB，對于EM710、EM302和EM 122，最大采用數(shù)據(jù)點數(shù)量不超過1000組，對于更老型號的系統(tǒng)，則不超過570組。為了提升多波束勘測與數(shù)據(jù)處理的時效性，必須篩除原始聲速剖面中的冗余點，同時需要評估和控制精簡后的聲速剖面所帶來的誤差。
[0003]目前對于聲速剖面簡化的方法多采取人工方法挑選聲速剖面特征點，但人工方法挑選的SVP精度難以評估，也易遺漏SVP的特征點，同時效率也非常低。也有方法通過選定一定深度值大小的窗口，對聲速數(shù)據(jù)進行滑動平均后，將所求的平均聲速值作為窗口中心位置深度所對應的聲速值，但此方法可能會遺漏原始聲速剖面的特征點。
[0004]在申請專利“一種適用海底探測與假地形處理的實測SVP重構方法(申請?zhí)?201310152512)”中提到“使用D-P算法，對原始SVP剖面進行特征提取與擬合，調(diào)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”，該專利主要目的是對SVP曲線的特征提取而非刪除曲線冗余點，同時該專利未給出SVP曲線簡化的技術細節(jié)，最重要的一點是因為聲速剖面的坐標維度不同，無法直接采用基于D-P算法的距離判斷的方法來進行剖面精簡，因為該算法所依賴的物理模型與數(shù)學模型已經(jīng)發(fā)生改變，但該專利未給出如何解決坐標維度不同問題的具體方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明公開了一種基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優(yōu)選方法，以解決因原始測量的聲速剖面數(shù)據(jù)量大而嚴重影響多波束測深的工作效率問題。基于聲速維最大偏移量的計算來快速精簡聲速剖面，并通過射線追蹤和均方差分析評估簡化后的聲速剖面精度，同時以閾值自動調(diào)節(jié)為紐帶，實現(xiàn)了聲速剖面的自動精簡、評估與優(yōu)選。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術方案得以實現(xiàn)的:
[0007]基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優(yōu)選方法,包括下列步驟:[0008]I)形成原始聲速剖面數(shù)據(jù)集
[0009]1.1)若有聲速剖面，直接形成聲速剖面數(shù)據(jù)集合SVPin = {in_svPi} i = 1；n, i為聲速剖面序號，η為采集的聲速剖面?zhèn)€數(shù)，i和η均自然數(shù)；
[0010]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(shù)據(jù)集合SVPin = {in_svpj i = 1；n ；
[0011]1.3)每個聲速剖面ir^svPi = (Pj = (d」，Vj)}」=,其中，Pj為聲速剖面點，dj和Vj為每個聲速剖面點P」所對應的深度值和聲速值，m為聲速剖面中的有效點數(shù)，j和m均為自然數(shù)；
[0012]1.4)輸出一個聲速剖面in_svPi，轉入步驟2)；
[0013]2)確定優(yōu)選閾值區(qū)間
[0014]2.1)輸入聲速剖面in_svPi ；
[0015]2.2)遍歷聲速剖面in_svPi，獲取聲速項的最小值Vs和最大值Ve ；
[0016]Tstep = 0.001 X (Ve-Vs)，Tstep 為閾值自動計算步長；
[0017]初始化Tk = 0，Tk為當前聲速精簡閾值；
[0018]2.3)自動設置閾值:Tk = Tk+Tstep ；
[0019]2.4)初始化當前聲速閾值Teur = Tk, Vcur e in_svPi, Vcur是當前處理聲速剖面段，Vcur = {Pj = (dj, Vj)} j = a；b, a和b為自然數(shù)，是當前聲速剖面段的首點和尾點，初始化Vcot=in_svpi = (Pj = (dj, Vj)}J = 1；m ；
[0020]2.5)刪除聲速剖面冗余點:
[0021]2.5.1)提取當前剖面點數(shù)據(jù)集Vcur的首點Pa = (da, va)和尾點Pb = (db, vb)；
[0022]2.5.2)遍歷當前聲速剖面數(shù)據(jù)集V.，依次取出每個聲速剖面點P」，使用公式(I)計算該點在聲速維方向的偏移值Dj:
[0023]
【權利要求】
1.基于聲速最大偏移的聲速剖面快速精簡與自動優(yōu)選方法，其特征在于，包括下列步驟:O形成原始聲速剖面數(shù)據(jù)集.1.1)若有聲速剖面，直接形成聲速剖面數(shù)據(jù)集合SVPin= {in_svPi}i = 1；n, i為聲速剖面序號，η為采集的聲速剖面?zhèn)€數(shù)，i和η均自然數(shù)；.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(shù)據(jù)集合SVPin = {in_svpj i = 1；n ；.1.3)每個聲速剖面in_svPi = (Pj = (dj, Vj)} j = l m，其中，Pj為聲速剖面點，Clj和Vj為每個聲速剖面點P」所對應的深度值和聲速值，m為聲速剖面中的有效點數(shù)，j和m均為自然數(shù)；.1.4)輸出一個聲速剖面in_svPi，轉入步驟2)；.2)確定優(yōu)選閾值區(qū)間.2.1)輸入聲速剖面in_svPi ；.2.2)遍歷聲速剖面in_svPi，獲取聲速項的最小值Vs和最大值' ；Tstep = 0.001 X (Ve-Vs)，Tstep為閾值自動計算步長；初始化Tk = 0，Tk為當前聲速精簡閾值；.2.3)自動設置閾值:Tk = Tk+Tstep ；.2.4)初始化當前聲速閾值= Tk,Vcur e ir^svpyV.是當前處理聲速剖面段，V.=(Pj = (dj, Vj)} j = a；b, a和b為自然數(shù)，是當前聲速剖面段的首點和尾點；初始化V.= in_Svpi = {Pj = (dj, Vj)} 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(shù)據(jù)集V.的首點Pa = (da, va)和尾點Pb = (db, vb)；.2.5.2)遍歷當前聲速剖面數(shù)據(jù)集V.，依次取出每個聲速剖面點P」，使用公式(I)計算該點在聲速維方向的偏移值Dj:
【文檔編號】G01C13/00GK103591942SQ201310549780
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月7日 優(yōu)先權日:2013年11月7日
【發(fā)明者】吳自銀, 趙荻能, 周潔瓊, 李守軍, 尚繼宏 申請人:國家海洋局第二海洋研究所