影响多波束测深数据质量因素的理论分析.ppt

1 海底地形测量技术的发展综述 原始水下测量阶段 常规水下测量阶段 多波束测深系统探测阶段 原始水下测量阶段 代表性仪器：竹竿、绳索、 绳索式探测器 缺点：耗时长、准确性受海 浪和海流的影响大，同时仅 能做一个点或一条线的探测， 无法进行大面积的测量工作 常规水下测量阶段 代表性仪器： 传统的回声测深仪 优点：快速且连续记录 缺点：采样点间距过大 波束宽度过宽 多波束测深系统探测阶段 代表性仪器： 多波束测深仪 优点：全覆盖、高精度、 多功能 2 多波束测深系统简介 工作原理： 组成部分： 基本特性： 窄波束，获得清晰分辨率，精确水深； 有效压制旁瓣波束，没有假回波； 具有电子束控稳定功能，提高了测幅稳定性和数据质量； 采用高精度电罗经和差分 GPS 定位技术，获取每个波束脚印的大地坐标； 采用控制波束转向和序列波束扫描等原理，得到广角度的多波束条幅水深数据。 3 多波束测深系统误差源分析 底部检测方法的影响 安装误差 姿态测量误差 时延误差 潮汐测量误差 声速剖面测量误差 声速剖面代表性误差 底部检测方法的影响 随着波束入射角的不断增大，回波的反射波振幅将迅速减小，反射波信号在背景噪声中将变得无法检测； 中央波束多采用振幅检测法，边缘波束采用相位检测法； 对于海底平坦，相位检测角误差约 ；振幅检测在入射角近似为 时将引入约2个波长的测距误差，且随入射角的增大而增大。 姿态测量误差 航偏角h的影响 动态吃水 的影响 横摇r的影响 纵摇p的影响 声速剖面测量误差 海水介质对声波的传播直接影响到多波束测深系统的测深精度。其声速剖面特征通过波束的声线弯曲影响到海底测点的位置和水深 声速剖面的测量误差主要源于仪器的系统误差和环境变化的影响 通常采用的CTD 声速剖面测量法的声速测量误差约为0.051（m/s)；特殊水域水文因素的改变、水流的作用对声速测量有较大的影响 声速剖面代表性误差 海水介质的温度、盐度特征受到径流淡水、洋流 高盐水入侵以及气温、季节、流场等因素的影响， 这些因素直接导致声速结构产生时空变化。 实际作业中，声速剖面测量站不可能覆盖整个测 区，对相邻的测站，如果忽略温度、盐度和深度的 空间变化性，直接采用邻近声速剖面数据进行测船 出的声线改正，将给测深带来比较大的误差，即声 速剖面代表性误差。 4 系统误差消除方法 船体姿态测量参数校正 声速剖面测量误差改进 半参数滤波法 两步滤波法 船体姿态测量参数校正 横摇偏差改正 船体姿态测量参数校正 纵摇偏差改正 船体姿态测量参数校正 导航延迟校正 航向偏差校正： 将船固定在码头上，使船与码头尽可能地保持平行 ，用全站仪或者 RTK GPS 测量码头的坐标方位，并 同步记录测量船电罗经方位，通过二者之间的比较 即可获得电罗经测量的船艏方位偏差； 将船停靠码头上，尽量保持船只固定不动，用两台 RTK GPS 流动站同步测出船艏和船尾地理坐标位置 ，同步记录测量船电罗经方位，连续接收几小时数 据，取平均值，获得船航向偏差值 声速剖面测量误差改进 为了减弱声速剖面测量误差，需要采集更多的声速剖面来加以改正，并且采集得到的声速剖面在时间和空间上要分布合理。 通过采集更多合理的声速剖面，利用经验正交函数模型可以构建出反映测量海区的声速时空变化函数模型。利用该模型可以得到测量海域任何一点对应的声速剖面。 半参数滤波法 前提条件：在剔除测深异常值的基础上进行的，即测深数据 仅受系统误差和随机误差的影响 实现步骤： 根据系统误差各贡献成分的特点，对系统误差进行分解； 分析各成分在总系统误差中所占的比重，结合测点位置 确定各成分的量值 与位置的函数关系，并根据该关系，计算 其它测点相应成分的量值； 将各成分量值求和，计算出待插点的系统误差，并将之 从深度中消除 两步滤波法 该方法处理的是相邻条带数据的融合问题，也就 是解决条带重叠区内深度数据的不匹配问题； 处理方法：第一步：采用条件平差对相邻条带的 重合点进行平差处理，得到误差的综合影响值；第 二步构建出相应的误差方程，通过误差方程的求解得到系统误差的函数表达式，进而达到消除系统误差的目的。 5 总结 以上详细介绍了影响多波束测深精度的误差源以 及消除或减弱多波束系统误差的方法。可以发现影 响多波束测深精度的误差源是多方面的，并且具有 一定的关联性。虽然通过采用不同的方法对测量数 据进行了改正，但系统误差对测量数据精度的影响 始终存在，并且传统的数据处理方法具有一定的局 限性和缺陷，还需要进一步改进。 制作人：王朝阳 2012-7-10 影响多波束测深数据质量因素的理论分析 内容提要 海底地形测量