[发明专利]一种适用海底探测与假地形处理的实测SVP重构方法

说明书

技术领域

本发明涉及到海洋测绘、海底地形地貌调查研究和海底科学等技术领域。

背景技术

声速剖面（SVP，SoundVelocityProfile)是多波束测深、单波束测深与浅层剖面等海底地形地貌探测与处理中最重要的参量之一。声学探测设备依据声反射与折射原理，根据旅行时和声速计算声波在海水中的传播路径、空间位置、水深和声强等，因此，SVP直接影响海底地形地貌探测数据的精度。

目前，在海底地形地貌探测中，多使用CTD或XBT等仪器设备来采集声速在海水中SVP，这些设备可以在线或自容式工作。根据探测区深度，采集仪器的数据采集频率多数可调，常大于1Hz以上。实测的SVP的数据量一般很大，少则近百点，多则数百点甚至超过千点。现代海底地形地貌探测仪器多是实时性很强的设备，在浅水区数据采集的频率常达到数十赫兹，SVP数据点数过多将严重影响仪器的计算速度，进而影响实时工作的效率，有时甚至出现数据丢失甚至导致采集设备崩溃现象。因此，在实时探测中，使用最简洁的SVP是提高工作效率的关键。如何在复杂多变的海洋环境中快速提取简洁、不损失有效信息的SVP是海底地形地貌探测工作中的一项重要内容。

在海底地形地貌探测与数据处理中，SVP的采集多通过人工方式进行，但在实际勘测中，受恶劣天气影响，采集SVP并不容易。此外，在近岸河口区、海峡区和浅水区，受浪、潮、流等动力因素影响，海洋环境易变，尤其在异常天气前后，海洋环境常发生剧变，从而导致海洋声场随之变化，在该种区域进行海底地形地貌探测，实时采集的声速剖面常不能满足工作要求。如果SVP存在误差或者不能控制测区，在海底地形地貌实时探测和后处理中，其表象为海底水深面发生畸变，在平坦海区常表现为对称性的向上弯曲或向下弯曲，也就是所谓的“笑脸”和“哭脸”，在空间上表现为沿航迹方向的“脊状”假地形。目前，处理该种地形假象多采用“等效声速”的方法，也就是重新构建一个单梯度或简单模型来替代实时测量SVP，从而达到改进海底地形数据质量的目的，“等效声速”常常与实测的SVP差异非常大。海底地形探测误差可能是SVP、横摇、潮位和噪声等多种因素共同作用的结果，仅依赖“等效声速”来改进数据，有可能会抑制甚至掩盖其他因素造成的测量误差。因此，在海底地形地貌测量中，如何尽量保留实测SVP来提升勘测数据精度是海底地形地貌数据处理中需要解决的问题。

从检索的公开资料分析，目前无成熟的技术方法解决海底地形地貌探测与处理中声速剖面的快速提取和保真构建问题，现有的技术方法存在混淆多种来源测深误差的风险。

发明内容

本发明针对海底地形地貌探测与数据处理中的SVP快速提取及有效利用问题，提出一种基于D-P算法的SVP快速提取及多点SVP时空重构方法，从而实现海底地形地貌的实时高效探测与数据处理的SVP保真重建。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种适用海底探测与假地形处理的实测SVP重构方法，包括下列步骤：

步骤1：实测SVP特征快速简化与提取

(1)SVP数据采集：使用海洋声速剖面仪器，采用在线或自容工作模式，实时采集SVP，并形成原始数据集V₁={v1_i}，其中i为自然数；

(2)SVP数据读取：从海洋声速剖面仪器读取采集的SVP数据，包括深度、声速、温度和盐度、采集的时间和大地坐标，形成SVP数据集V₂={v2_i}；

(3)使用D-P算法对SVP特征识别与简化：使用D-P算法，对原始SVP剖面进行特征提取与拟合，调整曲线偏离因子D来拟合并简化原始SVP，保留原始SVP曲线的拐点，形成SVP数据集V₃={v3_i}；

(4)地形地貌实时勘测并检查SVP：将步骤（3）获取的SVP数据集V₃={v_i}传输到海底地形地貌实时采集系统，并加载到实时采集软件，通过现场监控端，观测实时采集的海底面变化情况；若发生声速层数大于m，其中m为外部输入常量，返回步骤（3）重新拟合SVP；若海底面出现以中央波束为中心的对称向上或向下弧形弯曲应返回步骤（1）并重新采集SVP；

步骤2：基于实测SVP的海底地形地貌数据预处理