[发明专利]基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及海底地形地貌探测与制图、海洋测绘、海洋地理信息系统、计算机图形学和海底科学研究等学科领域。

背景技术

多波束测深系统是当代最先进的海底地形地貌探测与研究工具之一，具有高分辨率、高精度、快速、全覆盖的显著优点，一次发射能获取海底一个测深剖面，一次获取的测深点少则百个，多则数千个。传统的单波束测深一次发射只能获得一个水深值，因此多波束测深系统与之相比具有非常大的优势。

受海洋环境噪声、恶劣海况、船体本底噪声、换能器气泡效应、水柱、生物干扰和旁瓣效应等多种复杂因素的影响，多波束测深系统在海洋测量过程中，获取的水深数据中不可避免地夹杂各种噪声数据，严重时将干扰对于正常海底地形的探测与识别，甚至造成假象，在正常使用前必须删除、压制或改正这些噪声数据。

当前多波束噪声处理方法包括手动处理和自动处理。所谓手动处理，也就是采用三视图投影的方式将多波束测深数据投影到相关投影平面上，通过人眼识别噪声数据，进而采用人机交互的模式对噪声数据进行删除。手动处理方法的优势是可视、直观、易于操作，但其缺陷也是显而易见的，也就是工作效率低下，且受人的主观因素干扰，不同的人的判断和处理标准难以统一。自动处理采用特定的方法进行自动滤波处理，目前的自动处理方法主要有：趋势面拟合法、密度法、VIP法、CUBE法和TPE法等，但这些方法多基于统计模型，对测深条带进行统一性处理时参数难以设置，常导致自动识别的效果不理想。

此外，在当前多波束测深数据处理中尚存在的显著问题是：在数据处理后，人工或自动识别为坏的数据一般采取删除操作，从而导致处理后的多波束测深条带存在大量空洞，严重影响后期的测深数据高效使用，如何采用合理的技术方法修正存在误差的数据，从而达到“修正”噪声而不是简单删除噪声点之目的，目前尚少有相关研究。

发明内容

本发明针对在多波束测深数据处理中，使用人机交互方法效率低下、使用现有的自动处理方法效果不佳的突出问题，提出了一种基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法，从而达到测深数据的快速高效去噪和修正处理。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

一种基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法，包括下列步骤：

步骤1：多波束测深数据加载

按采集顺序加载一个多波束测深数据文件，按照以测深数据的Ping编号为横坐标、以Beam编号为纵坐标建立测深数据二维矩阵M为最大Ping号，N为最大Beam号，i、j、M和N均为自然数；

Ping为多波束测深一次发射的顺序编号，Beam为一次发射Ping中所对应的测深点的顺序编号；

每个测深点dep_i,j包括Ping号、Beam号、经度值Lon、纬度值Lat、水深值d_i,j、处理后的水深值D_i,j、横摇值Roll、纵摇值Pitch、艏摇值Yaw、船艏起伏值Heave、表层声速值svp和识别标志Mark等完整的信息；

步骤2：多波束测深数据的分类展示

2.1）以下述模式之一建立二维坐标系：

a)以Ping为x轴（横轴）、Beam为y轴（纵轴）；

b)以Ping为x轴、以水深值为y轴；

c)以Beam为x轴，以水深为y轴；

2.2）以Ping为x轴、Beam为y轴、水深为z轴建立三维坐标系；

2.3)根据dep_i,j中识别标志Mark值展示水深点：

a)当Mark>0时，为删除的水深点，不需要展示该点；

b)当Mark=0时，是未处理的或处理后确认为好的水深点，以实心圆来表示，其颜色值按照水深值自浅至深用渐变的颜色来表达；

c)当Mark<0时，是处理后被修正的水深点，采用空心圆来表示，其颜色值按照水深值自浅至深用渐变的颜色来表达；

2.4)将Ping值相同的测深点dep_i,j，按照Beam值的大小顺序用线连接，形成多波束测深剖面；

2.5）采用条带中的地形总体变化原则来判断测深数据MBES是否存在误差，如无误差则结束处理；如有误差数据，可采用人机交互模式进行手动处理，或者转入步骤3；

步骤3：多波束自动处理的参数设置

3.1)设置处理子窗口其中，

k1=i-0.5m,k2=i+0.5m，当k1<0时k1=0，当k2>M时k2=M；