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《哈尔滨工程大学》 2012年
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基于联合不确定度的多波束测深估计及海底地形成图技术

陆丹  
【摘要】:海底地形作为海洋环境的主要组成部分,在海洋开发领域具有重要价值。多波束测深技术是当代海底地形勘测的一项高新技术,目前已成为海洋监测与海底资源调查的最主要手段之一,被广泛应用于海道测量、海底资源勘测、海底目标探测、水上安全航行等众多领域。随着科技的不断发展与进步,目前多波束测深系统已实现超宽覆盖、高分辨测量,其采集的高密度测深数据已达到百万级、千万级乃至海量的数据量。作为多波束测深数据后处理技术的重要组成部分,大数据量测深数据的自动处理方法与海底成图技术是多波束测深数据可靠应用的重要途径,并且是长期以来多波束测深数据后处理研究中的热点与难点之一。本文结合当前国内外多波束测深数据后处理技术发展趋势和国产浅水宽覆盖多波束测深声呐研制实际需求,围绕测深数据后处理中的异常值自动检测与剔除方法、基于联合不确定度的多波束测深估计方法、大数据量海底数字地形建模与可视化技术以及海底地形等深线快速生成技术等四个方面展开研究,主要研究内容如下: 首先,研究多波束测深异常值自动检测与剔除方法。在分析比较目前存在的三种主要测深异常值自动检测方法各自优缺点的基础上,提出一种基于截断最小二乘估计趋势面滤波的稳健异常值检测与剔除方法,并通过计算机仿真验证该方法对离散存在和簇群存在的异常值的检测性能。根据多波束测深数据点的分布特性,提出采用联合全局与局部方差的动态门限作为多波束测深数据的异常值检测门限,并通过计算机仿真验证该动态门限的有效性与适用性。对实际多波束测深数据进行异常值检测与剔除处理,验证了基于截断最小二乘估计趋势面滤波的异常值自动检测与剔除方法的有效性与实用性。 其次,研究基于联合不确定度的多波束测深估计方法。深入分析影响多波束测深结果不确定度的各项因素,建立多波束测深的不确定度传播模型,获取实际多波束测深数据的水平不确定度与垂直不确定度。在获得每个测深点水平与垂直不确定度的基础上,进行基于联合不确定度的多波束测深估计研究,提出一种基于局部曲面拟合的节点深度预测方法以获得斜坡地形上测深点对节点深度估计的正确预测。对节点多重估计追踪与最优估计选取准则进行研究,提出一种基于局部最优均深度的最优估计选取准则。通过对海试数据的处理验证基于联合不确定度的多波束测深估计方法的高效性与稳健性。 再次,研究大数据量海底地形快速建模与可视化技术。研究分析大数据量多波束测深数据的快速海底地形建模方法基础上,提出一种基于不完全二叉树的动态分块与合并机制,采用对测区数据点先进行分块构网再逆向合并的方法快速建立海底地形模型。针对子网合并过程中由离散点分布不确定性和合并算法复杂性引起的浮点计算误差错误发生机率增大而导致整个构网程序的稳健性降低的问题,提出一种联合矢积测试的双向缝合算法。通过实际多波束测深数据的处理验证联合矢积测试的双向缝合算法的高效性与稳健性。 最后,研究等海底地形深线快速生成算法。根据大数据量多波束海底地形等深线快速生成与显示需求,提出一种基于等深值索引序列的等深线快速生成算法。通过将浮点型深度属性三角网转化为整型索引属性三角网,进一步提出一种基于0/1异或的等深线走向快速判定方法进行等深线跟踪,实现了等深线的快速生成。在分析比较三次Bezier函数法和三次B样条函数法这两种等深线平滑方法的基础上,采用三次B样条函数法实现等深线平滑。通过对实际多波束测深数据的处理,验证基于等深值索引序列的海底地形等深线快速生成算法的高效性与稳健性以及三次B样条函数等深线平滑方法的实用性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P714.7

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【参考文献】
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【共引文献】
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