[发明专利]一种空间数据的表达与快速显示方法

说明书

本发明公开了一种空间数据的表达和快速显示方法，可实现对水下地形图的表达和快速显示，包括多波束测深系统、辅助系统和数据终端系统，主要通过多波束测深系统和GPS定位系统联用，精确探测水下地形地貌，并通过数据终端系统显示出水下地形曲面图，本发明采用一种自制的压电复合材料作为换能器的储能元件，该压电复合材料制备工艺简单、加工性能好，陶瓷相均匀分散于聚合物相，显著提高了探测灵敏度和精确度，使得获取的水下地形图具有更好的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及地球物理研究领域，尤其涉及一种空间数据的表达与快速显示方法。

背景技术

随着信息科学和传感器技术的快速发展，连续的地理空间实体可以离散为易于计算机识别、存储和处理的数字表示，不同地理几何单元的人类行为、自然及社会现象得以有效记录，形成了以空间、时间、属性为核心要素的地理空间数据集合，将数据通过直观的视觉形式展现给用户，为人类生活、社会发展带来了极大的便利，如城市地图、山体地形、气象分布、水下地形分布等的可视化，其中，对水下地形数据进行采集、处理、表达进而获得水下地形分布图，有助于人类对水资源的安全利用、监管和水上活动的实施。

水底形貌结构复杂，水深不一，直接观测困难，目前，大多采用多波束测深系统，它一次测量能给出和航行方向垂直的垂面内几十个甚至上百个海底被测点的水深值，或者一条水深条带，能准确、快速地测出沿航线一定宽度内水下目标的大小、形状和高低变化，从而精细地描绘出海底地形地貌的细节特征，换能器作为多波束测深系统的核心部件，是水中探测、识别、通信必不可少的部件之一，它通常都含有一个储能元件和一个机械振动系统，为了使换能器发射和接收的信号不失真，且具有高效率和高灵敏度的特点，对储能元件的转换效率和灵敏度就提出了更高要求。

现有技术普遍使用压电陶瓷材料实现机械能和电能的转换，压电陶瓷材料(如BaTiO₃、PZT和PbTiO₃等)具有很高的介电性、较强的压电性和大的机电耦合系数等优点，但其成型温度较高、制备工艺较复杂、不易制得很薄的薄膜材料，并且由于它固有的脆性，严重制约着压电陶瓷材料加工和使用性能，将压电陶瓷与压电聚合物复合成的压电复合材料，克服了压电陶瓷材料自身的脆性和压电聚合物材料的温度限制，是智能材料系统与结构中最有前途的压电材料，但由于高聚物相和陶瓷相之间的结合渗透还存在着很多问题，使得拉伸极化，充分发挥各组分的特性变得比较困难。

为了解决上述问题，本发明制备了一种高性能压电复合材料，将此压电复合材料作为多波束测深系统换能器的储能元件，能够精确灵敏的探测出水深值，最终在辅助系统和数据终端系统处理下，得到水下地形曲面图。

发明内容

本发明的目的是提供一种空间数据的表达与快速显示方法，主要是对水下地形数据进行安全、高效的采集和测量，从而快速、准确的获取水下地形地貌图。

为了实现上述目的，本发明提供的一种空间数据的表达与快速获取方法，具体为一种多波束测深系统，包括：多波束声学系统、辅助系统和数据终端系统三个子系统。

所述多波束声学系统包括多波束发射接收换能器(声纳探头)和信号控制处理电子系统；辅助系统包括提供测量船舶坐标的GPS卫星定位系统，测量船横摇、纵摇、艏向、升沉数据等的一体化罗经和运动传感器，所测水域声速剖面信息的声速剖面仪等；数据终端系统主要包含数据的采集、后期处理、显示和输出软件。

所述换能器安装于船舷一侧并固定好，以免产生抖动造成测量数据质量下降；一体化罗经安装在靠近测量船重心位置处并固定好，指示方向应与船首方向一致，远离导磁物质或易磁化的物质；为了防止船舶摇摆幅度过大影响传感器的精度，将一体化光纤罗经和运动传感器固定在测量船中心处；GPS接收机天线安装在船舶高处且视野开阔的地方，安装要稳固，避免船舶姿态变化使其产生位移。