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《武汉大学》 2003年
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多波束和侧扫声纳数据融合及其在海底底质分类中的应用

阳凡林  
【摘要】:在整个地球上,陆地仅占地球表面积的29%,而海洋却覆盖着整个地球面积的71%,它蕴藏着极其丰富的资源可供人类使用。但早期由于科学条件的限制,人们对于海洋的认识是相当不够的,无法对其进行大规模的开发利用。随着社会经济的发展、人口的膨胀和陆地资源的逐渐匮乏,人类已将资源的勘探、开发和利用深入到海洋领域。二十一世纪,开发和利用海洋的这一使命变得越来越迫切,人们有一个普遍的共识,本世纪是人类开发和利用海洋的世纪,而海洋测绘是一切海洋开发活动的基础。 现代科学技术的成就已使海洋测绘步入了一个崭新的时代,相继出现了许多前所未有的测量手段。多波束测深系统是20世纪70年代出现的,它是在回声测深仪的基础上发展起来的。多波束测深系统在与航迹垂直的平面内一次能够给出几十个甚至上百个深度,一次测线即可获得一条一定宽度的全覆盖水深条带,所以它能精确快速地测出沿航线一定宽度水下目标的大小、形状和高低变化,从而比较可靠的描绘出海底地形地貌。在测深的同时,它也能给出同侧扫声纳一样但分辨率稍低的地貌图。侧扫声纳,也叫旁视声纳,是海底调查的一种声学仪器,在探测海底障碍物方面拥有独特的优势。它是应用声学脉冲方法在测量船的两侧一定宽度的一个带内构成一个反映海底底质特性的图像。系统的换能器可选择地装在测船上或者一个拖鱼上,并有图示设备显示回波信号。回波强度(反向散射强度)是波束与海底的触点的尺寸、形状和密度的函数。记录纸的纵向表示船只沿着航迹运动。侧扫声纳系统在海洋地质、海底地图和海洋工程中有着重要的作用。 多波束声纳系统,以获得高密度、高精度的测点位置信息为主,也可获得海底的图像信息,但由于分辨率的限制,一般情况下,成像质量较差。侧扫声纳以成像为主,可获得高分辨率的海底影像,但仅能给出描述海底地物的概略位置。多波束系统能够给出海底地物的位置、大小等定量分析数据,但难以准确的确定其底质结构,不能对海底进行全面和详尽地定性分析;侧扫声纳可根据图像的明暗程度反演海底底质组成,并在此基础上,进行底质分类和定性分析,但却难以利用概略的位置信息进行量化分析。由此可见,二者具有很强的互补性,二者信息的融合,对于海底进行定性、定量分析和全面、详尽地解释,将是一件十分现实和有意义的事情。 由于二者成像精度和图像变形的大小不同,它们的融合存在一些困难。现代侧扫声纳系统配备了短基线定位系统,位置确定精度可达到米级,因而可以高精度地改正侧扫声纳图像的几何变形。同时它还兼有测深的功能,可得到水深信息。根据水深数据和图像信息进行高精度地配准多波束和侧扫声纳数字信息已成为可能。因而说,侧扫声纳和多波束测量数据的融合时机已经成熟。 本文主要研究以多波束声纳数据为参考源,对多波束声纳系统和侧扫声纳系统的数据进行处理及融合的理论和方法。主要的流程是先对获取的原始数据进行各项改正、滤波;然后分别提取特征点;接着确定同名点;随后以多波束数据为基准,对侧扫声纳数据进行重采样,进行配准;之后,将多波束数据和侧扫声纳数据进行融合;最后,利用其进行海底底质分类。围绕这个主题,主要论述了下面几个方面:
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:P229

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