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《大连理工大学》 2010年
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声学测深数据处理与海陆数据集成方法研究

殷晓冬  
【摘要】: 研究了海洋声学测深的声波传播规律、声学测深系统及其换能器的性能和抗干扰技术,利用变邻域抗差M估计法对测深数据的粗差进行了检测,分析了SBES和MBES的误差模型,提出了基于Ping的交叉检查方法评定水深测量数据的质量,建立了统一的海陆DEM模型,针对多源海陆数据中的基准不一致、数据模型及格式不统一、同一地物表达上的差异等主要技术问题,设计了海陆数据的无缝拼接方案,实现了海陆数据无缝拼接的多分辨率表达。主要研究内容和成果有: (1)在探讨声场与声纳方程,声波传播规律的基础上,分析了海洋声学测深系统的性能。根据换能器的性能与波束角的关系,讨论了换能器波束扭转和运用遮蔽函数减少旁瓣波束引起的失真,在研究了换能器的覆盖率与波束的入射角、波束角、水深和海底的平均坡度的关系的基础上,讨论了海底声波的覆盖率与声波照射区域尺寸、波束间距、更新率、船速、偏航、横摇和纵摇的关系。重点讨论了MBES信号的特点、中央波束的振幅检测和边缘波束的相位检测方法,给出了海洋测深数据采集的多种抗干扰技术。 (2)为改进目前采用的人工干预粗差处理方法,讨论了目前存在的门限滤波法、Slope法、曲面拟合、抗差估计法等水深数据粗差自动处理方法的特点和缺陷,提出了变邻域抗差估计法进行水深测量数据粗差的自动检测和剔除方法。实例验证表明,该方法具有抗邻近点粗差干扰、粗差检测效率高和对粗差簇探测能力强的优点。对SBES和MBES的误差进行了分析。 (3)基于检查线与主测线交叉点的水深值不符值评估测量成果质量的规定,研究了数字化水深图的主检测线求交算法,分析了传统的基于点和面的交叉检查方法的缺陷和不足,提出了基于Ping的交叉检查方法,两种交叉检查方法进行精度评估的结果表明,基于Ping的交叉检查方法不仅可以更加合理地评估多波束数据质量,而且还能分辨残差的种类。 (4)研究了海陆数据DEM建模方法,针对多源海陆数据的差异问题,设计了海陆数据的无缝拼接方案,建立了统一海部水深离散点和陆部等高线的多源数据无缝DEM模型。研究了基于TIN和基于格网的DEM模型简化算法,利用原始水深数据、岸线地形数据、岛礁等障碍物数据以及军用电子海图数据等,实现了多源海陆数据的无缝集成和三维可视化表达。
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