多波束測(cè)深中聲速剖面的橫向加密方法.docx

1、多波束測(cè)深中聲速剖面的橫向加密方法關(guān)永賢，屈小娟(廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州510760)摘要：針對(duì)聲速剖面在橫向空間上的低密度、分布不均勻?qū)е滤顪y(cè)量誤差的問(wèn)題,提出了一種容易實(shí)現(xiàn)S有效的思路,采用分層取樣、空間插值的方法，在后處理過(guò)程中人為地增加聲速剖面的數(shù)質(zhì)，使其密度足夠大、分布更均勻，達(dá)到改善聲速改正的效果和提高多波束測(cè)深精度的目的。關(guān)鍵詞：多波束測(cè)深;聲速改正;插值;資料后處理中圖分類(lèi)號(hào)：P225.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1671-3044(2009)05-0054-031引言目前國(guó)內(nèi)的海道測(cè)危執(zhí)行相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要是GB123271998海道測(cè)量規(guī)范、(GB/T12

2、7631991海洋調(diào)查規(guī)范和田0S-44標(biāo)準(zhǔn)等。這些規(guī)范對(duì)測(cè)屋精度的要求較低，對(duì)聲速剖面(SVP)測(cè)量的要求也較籠統(tǒng)。例如,一些規(guī)范對(duì)于聲速剖面測(cè)最的要求為密度大于lxl即可，但lxl。的聲速剖面密度在大陸架淺水區(qū)、河口沖淡水區(qū)很難滿足，其至根本無(wú)法達(dá)到測(cè)量精度。因此野外測(cè)量時(shí)，必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控結(jié)果,及時(shí)的更換或重新測(cè)量:聲速剖面。但由于技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)不足或考慮經(jīng)濟(jì)成本的原因，常常沒(méi)能及時(shí)布置聲速剖面測(cè)站，導(dǎo)致聲速剖面測(cè)站的間距過(guò)大，如果這些聲速剖面在橫向上的差異較大，必將影響區(qū)間內(nèi)的多波束數(shù)據(jù)的測(cè)量精度。對(duì)于這種情況，在內(nèi)業(yè)資料處理時(shí)，可以在橫向方向上對(duì)聲速剖面進(jìn)行插值加密的辦法來(lái)彌補(bǔ)，即利

3、用實(shí)測(cè)的兩個(gè)或數(shù)個(gè)聲速剖而，以插值的方式人為地增加聲速剖面的個(gè)數(shù)，使聲速剖面的在地理位置分布上更加均勻、合理，更加接近實(shí)際情況，從而達(dá)到提高聲速改正的效果和提高水深測(cè)量精度的目的。2聲速剖面的空間加密插值方法插值的方法是：(1) 選取兩個(gè)或多個(gè)實(shí)測(cè)的聲速剖面,對(duì)它們分別按相等的節(jié)點(diǎn)距插值，節(jié)點(diǎn)距越小越好(如lm)0為了方便計(jì)算，假設(shè)節(jié)點(diǎn)之間的聲速值是隨水深線性變化的，按線性插值就可得到節(jié)點(diǎn)等間距收稿日期：2009-06-17；修回日期：2009-08-12基金項(xiàng)目：“863”青年基金項(xiàng)目(2002AA616020)o作者簡(jiǎn)介：關(guān)永賢(1968-).男.廣東德慶人，高級(jí)工程師.主要從事海洋地球物

4、理資料處理及方法研究。收稿日期：2009-06-17；修回日期：2009-08-12基金項(xiàng)目：“863”青年基金項(xiàng)目(2002AA616020)o作者簡(jiǎn)介：關(guān)永賢(1968-).男.廣東德慶人，高級(jí)工程師.主要從事海洋地球物理資料處理及方法研究。的聲速剖面，實(shí)際上就是將海水分成厚度相同的若干層，每一層對(duì)應(yīng)一個(gè)聲速值。這些聲速剖面中的同一層的聲速值，將作為插值求取新的聲速剖面的源數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖1、2)。聲速(m/s)聲速(mA)節(jié)點(diǎn)距的聲速剖面（2）給定需要內(nèi)插的聲速剖面的地理坐標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)新的聲速剖面，其節(jié)點(diǎn)分層與上述已知聲速剖面相同，然后，以此為圓心，在給定的半徑內(nèi)搜索某一個(gè)層位的實(shí)測(cè)聲速值，按

5、距離反比加權(quán)算法插值計(jì)算該層位的聲速值，見(jiàn)圖3、4。這個(gè)步驟類(lèi)似于網(wǎng)格化插值的過(guò)程。（3）所有層內(nèi)插結(jié)束后就得到一個(gè)新的聲速剖面文件。在插值中所使用的聲速剖面數(shù)屈可以?xún)蓚€(gè)或多個(gè),由用戶給定的半徑范圍決定，理論上講,實(shí)測(cè)聲速剖面越多,插值的效果就越好。圖3聲速剖面空間內(nèi)插示意圖（實(shí)心圈為實(shí)測(cè)站位,空心圈為內(nèi)插站位）9203e4 O OGn圖4聲速插值示意圖（實(shí)心圈為實(shí)測(cè)節(jié)點(diǎn)，空心圈為內(nèi)插巖點(diǎn)）3加密SVP的使用方法由于經(jīng)過(guò)插值得到的SVP在縱向上的密度很大，即節(jié)點(diǎn)數(shù)過(guò)多，不能直接輸入到處理系統(tǒng)中使用,而需要進(jìn)行一個(gè)重采樣過(guò)程，以減少宵點(diǎn)的數(shù)量,使之滿足處理系統(tǒng)的要求。以SeaBeam2112多波

6、束系統(tǒng)為例，當(dāng)使用MBsystem進(jìn)行處理時(shí)，由于其自身設(shè)計(jì)的限制,SVP的節(jié)點(diǎn)數(shù)最多允許30個(gè)。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)智能聲速節(jié)點(diǎn)采樣模塊,能自動(dòng)分析聲速在垂直方向上的變化規(guī)律，找出呈線性或接近線性變化的區(qū)間，剔除當(dāng)中多余的節(jié)點(diǎn)，留下拐點(diǎn)，這樣的過(guò)程可能需要反復(fù)多次,最后篩選出我們需要的聲速控制節(jié)點(diǎn)，它既精確地反映原聲速剖面的面貌，乂滿足處理系統(tǒng)要求的節(jié)點(diǎn)數(shù)要求。在插值后并重采樣完成后，在如何使用這些SVP進(jìn)行聲速改正的問(wèn)題上,一般按距離最近的原則分配到測(cè)線文件中。通常地，一條測(cè)線只能使用一個(gè)SVP,這對(duì)于SeaBeam2112這樣的多波束系統(tǒng)是很適應(yīng)的，因?yàn)樵诓杉臅r(shí)候，它能自動(dòng)地把原本很長(zhǎng)

7、的測(cè)線按時(shí)間自動(dòng)分割成多條短測(cè)線，最K允許一個(gè)小時(shí)的航程，這為實(shí)現(xiàn)“距離最近”提供了很大的方便。而對(duì)于SIMRII）EM系列多波束系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，測(cè)線的長(zhǎng)度是需要人工控制的，如果在采集的時(shí)候有意識(shí)的分成短測(cè)線進(jìn)行記錄，則能方便地實(shí)現(xiàn)“距離最近”分配SVP,否則，需要在后處理前對(duì)長(zhǎng)測(cè)線的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分割。4應(yīng)用實(shí)例我們?cè)谔幚硪許eabeam2112系統(tǒng)采集的南中國(guó)海部分海域的多波束測(cè)深資料時(shí)，使用了本方法后,聲速改正的效果得到一定程度的提高，其主要表現(xiàn)為遠(yuǎn)離SVP測(cè)站的測(cè)線邊緣波束彎曲的現(xiàn)象明顯減少,相鄰測(cè)線間水深數(shù)據(jù)的銜接過(guò)渡較為平滑，這為后來(lái)的數(shù)字化制圖創(chuàng)造了較好的條件，使地形圖更加美觀和接近實(shí)際

8、，在較大程度上避免了地形失真現(xiàn)象。圖5是其中的一個(gè)例子，上下圖分別是聲速差值前后的地形暈演圖，圖中東西兩側(cè)的白色園點(diǎn)表示實(shí)測(cè)的聲速測(cè)站,相距約150km,可以看到在它們附近的地形較為平滑，而中間部分就顯得不夠理想，我們嘗試?yán)盟鼈冊(cè)谥虚g人為差值增加一個(gè)聲速剖面（圖5中的三角符號(hào)），經(jīng)改正后效果有了一定改善。圖5聲速差值前后的地形暈渲圖5結(jié)論多波束測(cè)量中的聲速改正是影響地形測(cè)量成果精度的最主要因素，而聲速剖面的準(zhǔn)確與否及其分布密度的高低，是決定聲速改正效果的關(guān)鍵。海上作業(yè)的費(fèi)用高昂，需要降低工作成本，實(shí)際采集中不可能做到高密度地實(shí)測(cè)聲速剖面,因此，在資料后處理的時(shí)候有必要進(jìn)行技術(shù)處理，聲速剖面的

9、插值加密，是一個(gè)可以考慮的辦法。應(yīng)該指出的是，本方法受-定條件的限制，由于插值所使用的實(shí)測(cè)聲速剖面可能會(huì)采集于不同的時(shí)期,因此本方法適用于聲速隨時(shí)間變化較小的海區(qū)，如南中國(guó)海域，因?yàn)闇嘏睗竦臍夂蚪档土藴囟葘?duì)表層聲速的影響，聲速剖面在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)相對(duì)地穩(wěn)定，即使這樣，仍需研究季節(jié)的影響。而對(duì)于晝夜溫差較大、海流復(fù)雜等導(dǎo)致聲速隨時(shí)間變化較大的海區(qū)(如黃海)，則需要謹(jǐn)慎地使用。參考文獻(xiàn)：1 關(guān)永賢，劉勝旋,劉方蘭.多波束測(cè)深系統(tǒng)邊緣波束的處理技術(shù)研究J.中國(guó)人口-資源與環(huán)境，2003,(13)：56.2 劉勝旋，關(guān)永賢.多波束系統(tǒng)的參數(shù)誤差判斷及校正J.海洋測(cè)繪,2002,(1):33-37.3J

10、何高文，劉方蘭，余平，等.多波束測(cè)深系統(tǒng)聲速校正J.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2000,(4)：109114.4：陳漢權(quán).南海深海區(qū)的海水聲速特征J.南海研究與開(kāi)發(fā),1999,(1)：2430.5邱章，朱良生，許建林，等.南海北部海區(qū)E層水體平均聲速場(chǎng)的變化海洋學(xué)報(bào),2001,(5)：4248.TheInterpolationofSoundVelocityProfileinHorizontalPlaneinMultibeamEchosoundingGUANYong-xian,QUXiao-juan(GuangzhouMarineGeologicalSurvey,Guangzhou,Guangdon

11、g,510760)Abstract:Therearesomeerrorsinwaterbottomsurveycauseofthelowdensityanduniformityinthedistributionofsoundvelocityprofile.Theideacouldbeeasilycarriedoutandhasimproved(hesoundvelocitycorrectioneffectandmulti-beamsurveyprecision.Usingthemethodofsamplinginlayerandinterpolationinspace,thevelocityp

12、rofilesisincreasedtoenoughdensityandmorebalanceddistributingbypostprocessing.Keywords:multibeamechosounding；SVPcorrection；interpolation；post-porcessing(上接第43頁(yè))SeabedClassificationwithImprovedBPNeuralNetworkTANGQiu-huaZjLiuBao-hua2,CHENYong-qi3,ZHOUXing-hua2,LINXu-bo2(1.CollegeofMarineGeosciences,Oce

13、anUniversityofChina,Qingdao,Shandong,266100；2. FirstInstituteofOceanography,StateOceanicAdministration,Qingdao,Shandong,266061；TheHongKongPolytechnicUniversity,HongKong)Abstract:Geneticalgorithm(GA)isusedtooptimizetheinitialvaluesofBPneuralnetwork,andGA-BPneuralnetworkisappliedintheseabedclassification.Usingthebackscatterdatafrommultibeamechosounder,theimprovedBPneuralnetworkisusedtoidentifyallkindsofseabedsedimenttypes,suchasrock,gravel,sand,finesandandmudonthestudyarea.ComparingtheclassiGcationprecisionsbetweenGA-B