[发明专利]一种海底大型复杂沙波地貌的精确探测方法

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，具体是指一种海底大型复杂沙波地貌的精确探测方法。

背景技术

海底沙波是一种在潮流环境下广泛分布的海底形态，是一种活动性极强的海底地貌类型，海底沙波的出现表征了海底的强烈活动性。沙波发育在海底床面上的特征形态，被认为是海底床面沉积物为适应水流剪切作用而产生变形、从而使床面发生规律变化的形态。研究沙波的特征与规律，对于海底管线与石油平台等海洋工程建设的安全评估具有极其重要的应用价值，高活动区的海底沙波容易导致海底管线的悬跨甚至石油平台的失稳，严重时甚至导致管线破损和平台倒塌。

多波束测深(MBES,Multi-Beam Echo Sounding)技术代表当代测深领域最新发展的高新技术成果，是多传感器复杂集成与多源数据高度融合的综合处理系统。多波束测深系统于20世纪60年代萌芽于美国海军需求，80年代开始商业化，90年代引进中国并大规模应用。多波束测深与传统的单波束测深相比具有高分辨率、高精度、高效率和全覆盖的显著特点。该技术目前广泛应用于海底水深测量与地形地貌调查研究，如海底沙波、沙脊地貌的探测等。

海底沙波形态与成因复杂，经常由不同动力造成的规模差异很大的沙波叠加在一起，有些类型沙波是稳定的，而有些沙波是高活动性的。如何采取合理的技术方法对海底沙波进行精确探测，分解沙波的组成，对于揭示海底沙波的成因非常有帮助，进而为海底工程的实施提供可靠的建议与依据。从检索的公开资料分析看，目前尚无与本发明完全一致的方法适用于海底沙波探测与分解问题。

发明内容

本发明针对海底沙波地貌难以准确探测与组分复杂问题，提出海底大型复杂沙波地貌的精确探测与FFT分解方法。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

海底大型复杂沙波地貌的精确探测与FFT分解方法，包括下列步骤：

步骤1：海底沙波探测前准备

（1）设备检测与标定：多波束测深系统是一种复杂的海底地形地貌探测系统，选用多波束水深探测器、长度测量仪、声速测量仪等，在测量之前所有仪器设备均需按照国家标准GB/T12763.10-2007进行自校或送法定计量机构进行标定，以保证所有传感器处于正常工作状态，保证仪器精度符合国标要求。多波束系统的测深精度达到分米级甚至厘米级，GPS定位精度达到亚米级或分米级。

（2）潮位站布设：围绕沙波测量区布设2～4个临时验潮站，获取临时潮位资料Tide={tide_i}_i=1,4，以控制测区潮位。

（3）声速剖面测量：开始勘测前，必须在测区附近进行声速剖面测量,至少获取测区一个声速剖面Svp={v_i}_i=1,n1，n1为声速剖面层数。

步骤2：海底沙波地貌探测

采取矩形区域布线方式进行海底沙波的多波束探测。在沙波区布设矩形区域，矩形的长边应平行沙波走向，短边垂直沙波走向，矩形的长边A应大于沙波的横向延伸距离l，矩形的短边B应大于沙波波长d的两倍。要求直线航行，船速6节左右，偏航小于5m,多波束全开角勘测，全程GPS有差分信号。形成探测原始数据集合Raw={raw_i}。

步骤3：构建海底DDM

(1)数据处理：对获取的原始数据集合Raw={raw_i}进行潮位改正、吃水改正、声速改正和噪声点编辑等处理后，形成处理后的离散水深数据集合Proc={(x_i,y_i,z_i)}_i=1,n,处理后的数据要求尽量保留所有可用离散波束点。

(2)构建DDM:IDW(Inverse Distance Weighted)方法对离散水深数据集合Proc进行处理，形成DDM={dep_(i,j)}_i=1,n,j=1,m。

IDW方法计算公式为：