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《浙江大学》 2012年
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深水多波束测深侧扫声纳显控系统研究

苏程  
【摘要】:21世纪是海洋的世纪,认识研究海洋是人类探索未知的需要,也是解决日益严峻的陆地资源匮乏、人口膨胀性增长等问题的重要途径,因此世界上各个国家都在不遗余力的探索海洋、研究海洋、开发和利用海洋资源。海底地形地貌信息作为基础数据,在保障航运安全、建设海洋工程、开发海洋资源、发展海洋科学、维护海洋权益等各个方面都占据了极为重要的地位,受到了世界各国的普遍重视。声纳技术是当前对海底地形地貌探测的唯一有效手段,其中多波束声纳技术以其高精度全覆盖式扫海探测优势被国际海道测量组织规定为高精度海底地形探测的唯一方法。 然而由于深水多波束声纳系统涉及组成设备众多、实时探测数据量巨大、原始探测数据处理复杂等因素,使得深水多波束声纳显控系统在实时条件下只能进行简单的设备控制和数据展示,造成了人机交互不够友好、不能快速准确的实时展示多源探测信息、现场处理能力较差等不足。 本文针对当前国内外深水多波束声纳显控系统存在的不足展开了深入研究,主要包括:针对深水多波束测深侧扫声纳设备的复杂工作机制的安全友好的控制操作方法、针对深水多波束测深侧扫声纳系统海量实时探测数据的高效稳定的数据采集方法、针对深水多波束测深侧扫声纳系统实时测深数据、实时侧扫数据、实时水体数据等多源实时探测数据的快速丰富的科学数据实时表达方法等,并基于这些研究成果,设计并实现了设计并实现了基于我国首次研发的深水多波束测深侧扫声纳设备的显控系统。实验结果表明,该系统能够以多视图同步方式对实时多源动态探测成果进行2D/3D可视化表达,为深水多波束声纳设备提供安全友好的控制终端,为用户提供稳定便捷的探测数据服务,增强现场处理能力和数据发掘能力。 本文的主要创新点包括: (1)针对深水多波束声纳系统实时测深数据由于构建可视化海底DEM时的海量性、动态性、不规则性等特点,为提高海量原始测深数据构建动态不规则海底DEM的效率提出了: A.快速声速改正方法; B.快速波束位置解算方法; C.快速条带式动态网格化方法; D.动态不规则金字塔构建方法; 从而使得深水多波束声纳系统原始实时测深数据能够快速且相对准确的构建为规则格网形式的不规则动态海底DEM,设计并使用GPU友好型渲染方法,实现了全球框架下的不规则动态海底地形的三维实时渲染。 (2)提出了实时侧扫数据的条带式增量更新方法,动态增量式直接构造侧扫图像,通过直接屏幕贴图实现了实时侧扫图像的快速绘制。 (3)提出了基于极坐标变换的实时水体数据重采样方法,直接构造扇形水体图像,实现了实时水体图像的快速绘制。 (4)提出了一种基于状态保护与转移机制的声纳设备控制方法,实现了安全友好的交互式声纳设备控制。 (5)提出了一种基于本地缓存池的多线程实时数据采集方法,有效提高了声纳主控计算机采用广播方式推送各类实时数据至显控系统时的实时数据采集成功率。 实验结果表明该系统满足深水多波束测深侧扫声纳设备的显控需求,能够保障声纳设备作业安全、增强现场作业能力和数据发掘能力。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:P229

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【参考文献】
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