CN102305944A

CN102305944A - 一种水下淤积量探测分析处理系统

Info

Publication number: CN102305944A
Application number: CN201110213218A
Authority: CN
Inventors: 王善华; 张玉源; 李淑阔; 李典基; 苏学梅; 郭秀军; 张心斌; 朱黎; 牟善忠; 常明浩; 程国安; 刘世学; 王旭波; 化晓锋; 高淑玲; 宗理华; 吴同强
Original assignee: 李典基
Priority date: 2011-07-28
Filing date: 2011-07-28
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-07-28
Also published as: CN102305944B

Abstract

本发明公开了一种水下淤积量探测分析处理系统，包括GPS定位系统，其特征是：所述GPS定位系统连接浅层剖面仪，所述浅层剖面仪连接计算机、换能器、监视器和运动传感器，所述计算机内设置信息处理程序，所述信息处理程序包括探测数据处理与解释子系统：用于探测数据的高分辨率剖面处理、剖面解释及文件管理；淤积量计算和三维成像子系统：用于水道及水库库容量、淤泥层的淤积量计算与水底三维动态成像。

Description

一种水下淤积量探测分析处理系统

技术领域

本发明涉及水下淤积量探测技术领域，具体地讲，涉及一种水下淤积量探测分析处理系统。

背景技术

我国是当今世界上水资源最匮乏的国家之一。如何实现我国水资源优化配置，使我国的经济持续高速发展，是当今社会面临的重大课题。南水北调工程就是实现我国水资源南北调配、东西互济的战略性宏伟工程。南水北调东线工程从扬州附近长江干流引水，利用京杭运河及其它平行河道逐级提水北送，向黄淮海平原东部地区和胶东半岛供水。干线全长2000km之多，沿京杭运河，利用洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖及多座水库调蓄向苏、鲁、冀、天津市供水，不仅建设工程量巨大，所经湖泊疏浚任务也非常繁重，疏浚淤泥质及水生植物复杂，工期短，急需河湖清淤的淤积量快速测量计算及高效清淤设备，以适应南水北调工程建设和运行管理需要。另外，我国江河湖泊水库清淤及沿海吹填也需要水下快速测量计算及高效清淤设备。在进行清淤之前，需对水底的淤积情况进行详细的了解，将使工作有的放矢，提高施工质量和施工效率，清淤结束后，也需要对清淤效果进行定量检测。

发明目的

本发明要解决的技术问题是提供一种水下淤积量探测分析处理系统，实现对水库、江河、湖泊水下淤泥层的三维探测，然后采用自行研究的高分辨率数据处理技术实现对探测结果的处理分析和图像重建。

本发明采用如下技术手段实现发明目的：

一种水下淤积量探测分析处理系统，包括GPS定位系统，其特征是：所述GPS定位系统连接浅层剖面仪，所述浅层剖面仪连接计算机、换能器、监视器和运动传感器，所述计算机内设置信息处理程序，所述信息处理程序包括

探测数据处理与解释子系统：用于探测数据的高分辨率剖面处理、剖面解释及文件管理；

淤积量计算和三维成像子系统：用于水道及水库库容量、淤泥层的淤积量计算与水底三维动态成像。

作为对本技术方案的进一步限定，所述探测数据处理与解释子系统包括频谱分析与滤波模块、用于多次波消除的K-L变换模块、预测反褶积及中值滤波模块、层位追踪模块、时间深度转换模块、形成层深文件模块、保存图像文件模块、标准与非标准SEGY格式转换模块、SES转换为ASC文件格式模块、文件信息查看模块、极性反转模块、实测剖面平面航行轨迹显示模块、记事本和计算器模块。

作为对本技术方案的进一步限定，所述淤积量计算和三维成像子系统包括水底模型网格剖分模块、水底模型体积计算模块、淤积量计算模块、三维动态显示模块和彩色显示模块。

作为对本技术方案的进一步限定，所述换能器上设置有减震装置。

作为对本技术方案的进一步限定，所述浅层剖面仪为SES-2000 compact 浅层剖面仪。

作为对本技术方案的进一步限定，所述GPS定位系统为 GPS1200接收机。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明采用先进的浅地层剖面探测技术，利用高精度GPS系统设定测线，实现了对浅剖仪和GPS同步控制，实现对水库、江河、湖泊水下淤泥层的三维探测，然后采用自行研究的高分辨率数据处理技术实现对探测结果的处理分析和图像重建。将预测滤波的理论用于解决反褶积，在预测反褶积处理时，合理预测步长，通过预测反褶积消除多次波干扰问题，成功的解决了多次波造成的干扰；利用正K-L变换把原始数据投影于空间中，很好的解决一次波与多次波交叉同轴问题，利用反K-L变换，获得仅有一次反射的道集，衰减多次波，提高了分辨率。通过对层位数据进行追踪，然后对追踪数据进行抽道，形成层深文件，从而拾取水底及淤泥层底界反射轴，并据此开发出二个软件模块，实现了三维剖面深度信息的自动提取、自动存储。基于探测水深、淤泥层底界面深度和相应探测点三维空间坐标，将三角柱精密计算技术应用对库容和淤积量的计算，利用所开发的软件很方便地得到精确的库容和水下淤积量的计算数据，为精确评价淤积量和控制清淤提供符合实际的数据支撑。通过研究三维探测剖面的构建和显示技术，实现了三维剖面深度信息的提取、存储和水底界面、淤泥层底界面三维空间分布图像构建与显示，重建图像可三维反映出探测水域水深、淤泥层厚度及物性状态。

附图说明

图1本发明优选实施例的结构方框图。

图2为本发明优选实施例流程图。

图3为本发明换能器安装结构示意图。

图4为本发明浅剖数据的典型图像特征。

图5为本发明打开的单个读入剖面解释成果文件显示图。

图6为本发明打开的多个读入剖面解释成果文件显示图。

图7为本发明水底模型网格剖分界面示意图。

图8为利用三角网计算水体体积示意图。

图中，1、船体，2、换能器，3、支撑架。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作更进一步的详细描述。

参见图1－图8，包括GPS定位系统、浅层剖面仪、计算机、换能器、监视器、运动传感器。所述GPS定位系统连接浅层剖面仪，所述浅层剖面仪连接计算机、换能器、监视器和运动传感器，所述计算机内设置信息处理程序，所述信息处理程序包括

所述探测数据处理与解释子系统包括频谱分析与滤波模块、用于多次波消除的K-L变换模块、预测反褶积及中值滤波模块、层位追踪模块、时间深度转换模块、形成层深文件模块、保存图像文件模块、标准与非标准SEGY格式转换模块、SES转换为ASC文件格式模块、文件信息查看模块、极性反转模块、实测剖面平面航行轨迹显示模块、记事本和计算器模块。

频谱分析与滤波模块对高频和低频干扰波进行抑制，突出了海底与淤泥底界的有效反射波信号。通过快速富氏变换，对声纳探测记录道进行频谱和功率谱分析，包括振幅谱和相位谱分析。然后根据声纳探测记录中有效波和干扰波的频率差异，在时间域实现声纳探测记录的一维频率滤波。

K-L变换模块通过分散多次反射波的能量在一些特征向量上，不相干的能量被切除，在T－X域内重建多次反射波模型，并从数据中减去，达到消除多次波的目的。利用K-L变换之前首先要对地震道集进行正常时差校正，且要使用多次波的速度来进行校正。经过多次波速度动校正后的道集上，多次波呈现水平同相轴；而一次波同相轴由于使用的速度不正确呈现出弯曲状态。这样经K-L变换后，在K-L域内多次波的能量主要集中在前几个主分量上，而一次波的能量则比较分散，从而将多次波与一次波区分开来。

为了消除多次波我们可以采用两种方法：一是利用前几个主分量重建多次波，再从原始记录中减去重建的多次波；二是利用一次波所分布的主分量直接重建一次波，作为消除多次波的结果。

预测反褶积模块压制多次波，提高纵向分辨率。

中值滤波模块中值滤波，也可以叫做剖面光滑。是通过多道的平均值来替代单道的剖面的目的。中值滤波的目的是抑制随即噪声、突出有效异常。把声纳探测剖面看作是由二维行列构成的图像或者矩阵数据:

dat[i][j]；（i= 1, 2, 3 … … N,表示列； j=1, 2, 3 … …M，表示行）

把第i列前后的L（L的取值可根据测试确定，这里取25）列每一行上的数据取平均值dat_aver[j]（j=1, 2, 3 … …M，表示行），然后用第i列的每行数据分别减去dat_aver[j]；

△dat[j]= dat[i][j]- dat_aver[j];

最后，把△dat[j]再赋给dat[i][j]重新显示。

从中值滤波的算法可以看出，中值滤波非常适合随即噪声和直达波的去除。

层位追踪模块包括：自动层位追踪、手工拾取半自动层位追踪和手工拾取交互式层位追踪。自动层位追踪是根据水底结构层设置和自动追踪层位设置的结果进行主要层位的自动追踪。手工拾取半自动层位是通过用户拾取层位界面的反射位置由系统再去自动追踪。即使采用手工拾取半自动层位有时候追踪得到的层位界面结果仍然不是很准确，这时候就要采用手工交互式层位追踪。手工交互式层位追踪是用户用鼠标去逐段拾取界面层位。

时间深度转换模块是对时间剖面上追踪的时间层位转换为深度剖面。时深转换采用的原理是声波在水中和淤泥中的速度、走时和距离的关系，即：S=V*（2*t）进行时间剖面到深度剖面的转换。声纳探测器收到的时间信号，即时间剖面。在时间剖面解释出水底和淤泥底的界面层位，通过已知声波在水中和淤泥中传播的速度即可以得到水底和淤泥底的深度。

形成层深文件是对时深转换以后的剖面按照一定的道间隔，提取相应的数据，保存成层深文件，以供下一步三维模型构建使用。采用的方法是利用给定的道间隔，对追踪的数据进行了抽道。本系统提供了两种抽道方式：按道数和距离进行抽道。距离方式是根据道头中的GPS坐标进行计算，按照固定的间隔距离进行抽道；道间隔方式是按照固定的间隔道数进行抽道。

所述淤积量计算和三维成像子系统包括水底模型网格剖分模块、水底模型体积计算模块、淤积量计算模块、三维动态显示模块和彩色显示模块。

水底模型网格剖分模块采用了Delaunay三角剖分的方法对剖面上解释出的淤泥底和水底的成果进行三角网格化，形成含强约束条件的Delaunay 不规则三角网(Constrained Delaunay Triangulated Irregular Networks , CDTIN)，建立水底模型体积模型和淤泥底体积模型，为下一步水底体积和淤积量计算奠定基础。

水底模型体积计算模块采用基于Voronoi 图的体积模型计算方法。数字地形模型（DTM或者DEM）主要有Grid 法和TIN 法。TIN 法是通过从不规则分布的数据点生成的连续三角面片来逼近地层表面（界面）,与Grid 法相比,能够更好的顾及约束特征,能更精确的表示复杂表面,故常采用CDTIN 来建立数字表面模型。三角形是构建地层表明模型的基本单元,实现地层的2D 对象表达，从而实现水底模型体积计算模型。

淤积量计算模块采用的方法与水底模型体积计算模型相似。不同的是，淤积量计算模型采用了淤泥底体积模型与水底体积模型的差运算来实现淤积量的计算。在剖面上淤积的厚度是淤泥底的深度与水底深度的差，通过建立淤泥底的不规则三角网可以得到淤积的面积和范围；结合已经计算出的淤积厚度即可计算淤积量。

三维动态显示模块结合OpenGL技术与数字地形模型（DTM）技术实现了水底与淤泥底的三维动态显示。三维体数据中蕴藏着丰富细腻的物体结构，但其本身并不包含任何几何信息, 它只是某种属性的空间采样。因此, 只有通过重建现实世界中物体的三维几何模型, 才能有效地对物体的几何信息和属性信息进行定性或定量的分析, 才能识别和区别三维体数据中的各种物体。通过三维动态显示可直观地查看淤积底界面和水底的三维空间形态以及淤积厚度的空间变化，为清淤工作提供方便的可视化条件。

彩色显示模块采用了数据归一化和256色分级图像模型利用颜色来反映淤泥底界、水底的深度变化以及淤积厚度的变化。该模块首先对数据进行归一化处理，然后分成256级，并与256色分级图像模型相对应。256色分级图像模型采用了颜色调色板来实现颜色的调配，因此通过修改颜色调色板即可达到修改图像颜色模型的目的，从而达到了快速颜色分级和显示。同理，通过修改颜色的分级的等级值可以实现对图像颜色的修改达到突出强弱能量（这里只深度和厚度）的目的。

所述换能器上设置有减震装置。

所述浅层剖面仪为SES-2000 compact 浅层剖面仪。

所述GPS定位系统为 GPS1200接收机

1、 SES-2000 compact 浅层剖面仪基本情况

SES-2000 compact 参量阵浅层剖面仪是德国Innomar 公司生产的世界上第一款便携式参量阵测深浅地层剖面仪。设备体积小，紧凑型主机没有内置电脑，可以通过USB 接口连接笔记本电脑。参量阵的优势在于波束角度小，分辨率高，可获得精确水深数据。SES-2000 专门为近岸和河道等水深小于400 米的浅水作业而设计，是一种提供测深、浅地层剖面解决方案的新型参量阵声纳。换能器小巧轻便，安装快捷。系统采用差频原理进行浅地层剖面勘探和精确水深测量，具有很高的分辨率(100KHz 换能器束角仅为1.8° )。

1.1系统构成

SES-2000 compact 由下面几部分组成：

（1）配备发送器、接受器和放大器的主机系统单元，在主机单元箱内有发射单元、模拟及数字信号处理单元及工业计算机。

（2）SES-2000 紧凑型配备的外接电脑。

（3）用来发送和接收信号的换能器阵列。

1.2 SES-2000 compact 浅层剖面仪现场安装

（1）换能器安装

在换能器的框架上有带子或孔洞来固定传感器，数据采集时，换能器连接口和换能器输入端口相连；USB控制口和外置笔记本相连；运动传感器输入口和外置GPS相连。

在换能器的框架上有带子或孔洞来固定传感器，由于声束较窄，为了正确地进行换能器操作，一定要使换能器固定牢固并且垂直。整个换能器必须时刻没在水里。换能器应该安装在合适的位置以避免水旋和气泡通过换能器下面。如果在较浅的水域测量，换能器不能是船的最低点。如果换能器的声波发射部分碰触地面或物体会很容易受到损坏。如果换能器安装在船体的一侧，应确保声波（声波的高频旁瓣）不要碰到船体，为了避免船舶发动机干扰，传感器应放置在尽量远离发动机。为了避免碰撞产生的噪声干扰，换能器安装应该尽量减轻机械碰撞，尤其是在金属与金属的连接处最好用塑料或橡胶进行减震。

为了降低主发电机产生的噪音，换能器外壳应与SES-2000主机单元通过一个独立的电缆连接。

可选通用支架将换能器安装固定在小船的船舷上。

（2）SES-2000 compact 浅层剖面仪主机单元安装

主机单元应安装在干燥并安全的地方，并且应当采取适当的方法保证其在较恶劣的情况下避免机械损伤。在设备底部及后部上方的冷却孔一定不要盖上。保护单元及安装位置不要进水！确保冷确孔是打开的，通风设施可以得到空气。

在插上电源电缆之前连接所有外部装置到SES-2000 (监视器, 键盘,鼠标, 打印机, 但不要运动传感器和定位系统！)只能使用合适的插头及插排。

在电脑启动 Windows运行后，插上定位系统数据连接器（通常是GPS）及运动传感启数据。

在系统运行时不要插拔连接器。

电源115–230 V AC +5%/-10%, 50–60Hz。将SES-2000 系统的电源开关打开以激活仪器，首先要检查电源供应LEDs的显示。如果操作系统正常运行,开启控制软件“SES for Windows” (SESWIN)。

SES-2000 系统通过一个串口连接运动传感器来进行升降补偿。可以使用下列运动传感器格式:

Format MRU normal (Seatex, Norway)

Format MRU Standard

User Configurable Format (TSS, Great Britain)

Format TSS-1

Format EM-3000

Format OCTANS Std 1

SES-2000 系统装备一个串行接口来输入导航数据。串行接口的设置可以通过SESWIN软件进行调节。可以使用任何具有ASCII数据输出的导航仪表。通常数据格式为NMEA兼容模式或者纯文本。

在仪器改进中选择徕卡 GPS1200 作为连续定位系统，带有 SmartTrack+ 技术的GPS1200 测量引擎可以跟踪两种全球导航卫星系统的卫星，从而扩展了可跟踪卫星的数量。这种新款 SmartTrack+ 测量引擎可以跟踪所有可用的GNSS 信号（ L2C 与 GLONASS）。能跟踪的卫星越多，工作效率、测量精度和可靠性就越高。利用 SmartTrack+ 技术可在数秒钟内捕获卫星信号，即使在高楼林立的都市以及遮挡严重的地方也能够获得理想的定位结果。 SmartTrack+功能的 GPS1200 接收机支持接收未来的 GPS L5 信号和伽利略卫星信号。

SES-2000 系统具有一个RS232导航数据输入端口。导航数据可以从一（D)GPS系统得到，输入是NMEA兼容的或者可以配置到任何ASCII格式。为了避免与天线偏离产生的位置误差，GPS天线应当安装在换能器顶端。如果这样无法办到，可以在SESWIN软件中作一个天线偏离校正 (Main Menu – Options – General – Offsets) 。

在SES-2000系统中要使用通过GPS设备发送的位置信息必须在SESWIN软件中进行设置。这些导航信息输入的性质，如波特率，数据位，同步串必须在SESWIN软件"Main Menu – Options – General – SIS" 里进行设置。

提取GPS性质,将数字卫星和DOP数值添加到一个SIS字符串中，可以定义为NMEA1=$GPGGA, address=NMEA1, position=6,offset=0, length=8.)

如果Mode被设定为Space Separated, 必须定义如下参量：

· Position: SIS字符串将在空格间隔的数据流中将要提取的数据数值（逻辑位置）。

· Offset: 如上所述(see NMEA compatible)

· Length: 如上所述(see NMEA compatible)

如果Mode设置为Absolute Positions, 下面的参数必须进行设定：

· Position: SIS字符串要提取的第一个字符的绝对位置。你可以通过SIS监视窗口获得字节数。

· Offset:如上所述(see NMEA compatible)

· Length:如上所述(see NMEA compatible)

2、浅层剖面测试数据的高分辨处理技术

2.1预测反褶积及中值滤波模块

理想的高频声波发射脉冲应该是一个宽带尖脉冲，然而实际发射脉冲是一个具有一定时间延续度的子波b(t)。浅剖记录可假设是子波与地下介质反射系数的褶积：

预测滤波是对某一物理量的未来值进行估计，利用已知的该物理量的过去值和现在值得到它在未来某一时刻的估计值（预测值）的问题。其实质，就是设计一个预测滤波因子c（t），用它对某一物理量的过去值

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE004

、

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE006

、…、和现在值

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE010

进行运算，得到其在将来某一时刻

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE012

时的预测值:

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE014

使它与实际未来值

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE016

之间的差

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE018

在最小平方意义下为最小，称为预测误差。

将预测滤波的理论用于解决反褶积的问题叫做预测反褶积。物理量从可预测度上讲可分为两大类：可预测量和不可预测量。观测得到的测量值一般包含有这两种量，即观测值由可预测部分和不可预测部分所组成。预测反褶积所希望得到的是那些不可预测部分的内容，即预测误差，所以能提高纵向分辨率。

按预测的观点，有规律的干扰是一种多次波，而且在一次波之后

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE022

时刻开始有规律的出现，属于可预测量。在预测滤波中选择预测步长

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE024

，求出的预测因子进行滤波，得到的预测结果是多次波干扰，预测误差即为需要的一次波。因此，可以利用预测反褶积消除多次波干扰而得到无多次波效应的一次波记录，其成功的关键在于正确的选择预测步长

。若

正好选择得等于多次波旅行时，则可达到压制多次波效应的目的。

2.2 用于多次波消除的K-L变换模块

地震资料处理中，在利用K-L变换之前首先要对地震道集进行正常时差校正，且要使用多次波的速度来进行校正。但在浅层剖面本身就是个t₀剖面，剖面中多次波呈现水平同相轴。经K-L变换后， K-L域内多次波的能量主要集中在前几个主分量上，而一次波的能量则比较分散，从而将多次波与一次波区分开来。

为了消除多次波可以采用两种方法：一是利用前几个主分量重建多次波，再从原始记录中减去重建的多次波；二是利用一次波所分布的主分量直接重建一次波，作为消除多次波的结果。通过理论数据和实际数据的试算表明两种方法的结果基本相同。

假设

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE028

(i=1,2,…,p) 是一组给定的p个实际信号。首先对其进行K-L正变

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE030

_j(t)，变换矩阵为A={ }：

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE034

， j =1…n

其中A是由p个信号组成的数据矩阵的协方差矩阵的特征值所对应的特征向量组成的，可见

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE036

的选择是使之构成一个正交基，因此每个信号X_i(t)可表达为：

=

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE038

， i =1…n，

其中{

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE040

}是B的元素。就是对p个地震信号的K－L变换和反变换的关系式。变换矩阵A与B是相关的，B=A^T 为A的逆矩阵，即AA^T=A^TA=I。A的行由数据的协方差矩阵的归一化特征向量组成，其元素为：

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE042

特征值用来量度其有关特征向量中存在的相干能量的大小。“相干”在这里的意思是水平方向上逐道的同相轴。

同许多压制多次波处理一样，正K－L变换把原始数据投影于一个模型空间参数中，从而很好地分离一次与多次反射的交叉同相轴；用K－L反变换，对在模型参数空间中与多次反射同相轴相对应的窗口进行数据空间中的重建，最后从原始数据中减去重建的多次波，从而获得仅有一次反射的道集，达到衰减多次波的目的。

3、层位追踪模块

淤泥层界面追踪采用了波形特征法来实现。波形特征法是在对淤泥层反射图像数据特征认识基础上提出的一种实用层位追踪方法。

图4中，波形图显示该道主要有3个正向波峰。根据水底和地下淤积层结构判断第二波峰为水下淤积层表界。由此设计如下算法：

1）检索第一道正向轴波峰幅值Amax；

2）检索第一道多个正向轴波峰幅值A1, A2, A3… …；

3）用A1, A2, A3… …分别与Amax求比值，取出前5个比值较大的正向轴波峰幅值Ai, (i=1, 5);

4）把Ai（i=1，5）按照从上向下的时间进行排序。

虽然自动层位追踪可以快速得到准确的层位线，但是对于一些层位信息不明显或者起始道层位不清的探测剖面，自动层位追踪可能会出现差错，而采用鼠标点击的半自动层位追踪则可以取得理想的效果。

半自动层位追踪方式由人工在剖面拾取确定的层位点，系统会自动搜索出该点所处的相位，然后采用滚动法连续追踪出同向轴。

滚动法连续追踪法是指依据上一个同向轴点的时间

，在当前道上下搜索一定的范围，找到当前同向轴点的时间

，保存并赋给，作为下一道搜索的参照时间点，依次类推，直到完成整个层位追踪。

滚动法连续追踪的优点就是可以追踪出弯曲、斜度大、有异常体存在时的同向轴。

4、水深和淤积层厚度自动计算与保存技术

在探测图像剖面上拾取水底及淤泥层底界反射轴后，通过开发两个软件模块实现水深和淤积层厚度自动计算与保存，在进行计算前首先构建水下结构层物性数据，参见图5，

层位追踪数据中每道都进行了追踪，在形成层深文件时对追踪数据进行抽道。开发的软件系统提供了两种抽道方式：按道数和距离进行抽道，参见图6。距离方式是根据道头中的GPS坐标进行计算，按照固定的间隔距离进行抽道；道间隔方式是按照固定的间隔道数进行抽道。

深度转换后，就可以把解释成果文件按上述设置方式形成层深文件。层深文件主要包括了所追踪层位的道号、层位时间及转换后的深度，层深文件数据格式如下所示:

（1）文件名称

文件名称以剖面文件加“_JS”加后缀（txt）构成。

（2）文件格式

文件格式为文本文件。

（3）文件内容

文件内容为点数、多行的道号,道坐标x,道坐标y,水底时轴,淤泥时轴,水深,淤泥底深组成。

5、水底界面、淤泥层底界面三维空间分布图像构建技术

水底界面、淤泥层底界面三维空间分布图像构建可以采用声纳探测剖面处理、解释成果数据也可以采用SES-2000 compact 自带的ISE软件解释的成果数据进行计算。

系统菜单栏提供了【读入剖面解释成果文件】和【读入ISE层解释结果文件】两个菜单项，分别用来打开探测剖面数据处理、解释获得的解释成果数据和ISE软件层位解释的成果数据，二者都是以txt作为文件后缀，但是格式不同。

【读入剖面解释成果文件】和【读入ISE层解释结果文件】都是打开单个文件，文件打开后窗口中显示了当前打开文件的平面航行轨迹及其水深等信息。

如果想同时打开多个剖面解释成果文件需要执行系统菜单栏中的【添加剖面解释文件】菜单项。

用户可以通过【查看】菜单栏中的【显示水和淤泥深度】进行关闭或者显示显示水和淤泥深度标注。

然后根据数据点分布位置进行三角形网格化，从平面上按照Delauny三角形法则进行三角剖分。

水底地形与淤积层的3D可视化采用OpenGL技术实现。

OpenGL是美国高级图形和高性能计算机系统公司SGI所开发的三维图形标准库，具有绘制三维图形的各项功能，它是处理专用图形硬件的软件接口，支持可视化实现。利用OpenGL这个功能强大的图形库，用户可方便地利用它开发出多种特殊视觉效果(如光照、纹理、透阱、阴影)的三维图形。

利用生成的Delauney三角网，计算三维空间顶点(即DEM格网点)的空间坐标X，Y，Z。X，Y值可以由DEM的取样间隔来确定，Z值由DEM数据确定，再根据格网顶点的坐标计算每一格网面的法向量值。利用OpenGL的相关函数设置光照方式、光源位置、颜色模式、明暗处理方式、纹理映射方式。设定视点、视角等参数的初值，分别利用OpenGL的模型变换函数、投影变换函数和视口变换函数进行模型变换、投影变换和视口变换以实现三维透视地形的构造和三维透视影像图的显示。

为生成更光滑的3D曲面，进一步获得更生动、逼真的三维模型，需要对三角网进行细化和增加感度。

同时在软件开发过程中还采用了彩色图显示方式，彩色图显示首先对离散数据点进行插值，软件系统采用的插值方法是反距离加权法。离散点通过插值以后形成GRID规则网格数据，并保存在内存中。其中，不同的颜色代表了不同水深。用户可以通过调整颜色调色板来调整彩色图的颜色，从而达到最佳的显示效果。

6、柱淤积量精密计算技术及程序实现技术

三角网生成后，根据水深和淤积层厚度形成三角柱，如图5所示。 A、B、C分别是构成三角形的三个点，对应深度分别是h1、h2和h3。由ABC构成的三角形对应水面面积是S，那么由三角形ABC到水面围成的水体体积是：

对每个三角柱求和便可计算出水库水体体积即库容。淤积量可用基于淤泥底界深度计算出的体积减去水体体积求得。

保存图像文件模块可以把当前显示的剖面保存为bmp文件以便于插入报告，生成图像可通过参数设置进行设置。

标准与非标准SEGY格式转换模块：如果把ses文件转换成了标准SGY格式的文件，则可以通过标准与非标准SEGY格式转换把标准SGY文件转换为非标准segy文件，便于采用地震数据显示软件进行显示。

SES转换为ASC文件格式模块：

SES转换为ASC文件格式调用了SESConvert.exe 软件对ses二进制格式文件进行转换。用户可以转为标准SGY、XTF或者ASC码文件格式。

文件信息查看模块可以对打开的浅剖文件进行信息查看，包括文件名称、文件大小、创建日期、采样点数、采样间隔、记录长度、采样频率等。

极性反转模块可以对打开的浅剖文件进行极性反转。

实测剖面平面航行轨迹显示模块可以显示当前打开的浅剖文件的平面航行轨迹。

水底结构设置模块是对水底的结构进行设置，包括介质名称（水底-水、淤泥）、声波速度、追踪层位。

自动追踪层位设置模块是对自动追踪时起始点(忽略点数)、自动追踪时起始道(信号清晰)、自动追踪时上下检索范围(点数)、追踪出层位线横向光滑点数(个)进行设。

水下淤积量计算与三维成像子系统包括水道及水库库容量、淤泥层的淤积量计算与水底三维动态成像。

（1）水道及水库库容量、淤积量计算

水道及水库库容量、淤积量计算可以采用前面介绍过的声纳探测剖面数据处理、解释获得的解释成果数据也可以采用ISE软件层位解释的成果数据进行计算。

水体及淤积量计算是利用三角柱精密计算技术实现对库容和淤积量的计算。系统在读入多个剖面解释成果文件（含剖面解释层位的信息，包括三维坐标），然后进行三角形网格化。网格化完成后就可以计算每个三角柱的体积。

淤积量计算与含水量计算相同。需要说明的是必须在解释了淤泥底的界面深度以后才能及进行淤泥底体积的计算。

在计算水底模型体积和淤泥底体积完成以后就可以计算淤泥的体积。用户可以把计算出的淤泥量保存到文件中。

（2）水底三维动态成像

水底三维动态成像采用了OpenGL技术来实现三维动态成像，能够生成两种成像方式：三维动态显示和彩色图显示。

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE052

三维动态显示

三维动态显示需要在模型网格剖分以后的结果保存成保存三维模型文件。

Figure 2011102132181100002DEST_PATH_IMAGE054

彩色图显示。

彩色图显示首先对离散的数据点进行插值，本软件系统采用的插值方法是反距离加权法。离散点通过插值以后形成GRID规则网格数据，并保存在内存中。

用户可以通过调整颜色调色板来调整彩色图的颜色，从而达到最佳的显示效果。按下快捷工具栏中的颜色调色板图标弹出如下调色板对话框。用户可以拖动三角形的颜色图标移动位置，也可以双击增加颜色，鼠标选中颜色后还可以对所选色颜色进行修改。

同时，软件提供离散点数据网格化以后保存成GRID通用文件的保存功能。

Claims

1.一种水下淤积量探测分析处理系统，包括GPS定位系统，其特征是：所述GPS定位系统连接浅层剖面仪，所述浅层剖面仪连接计算机、换能器、监视器和运动传感器，所述计算机内设置信息处理程序，所述信息处理程序包括

2.根据权利要求1所述水下淤积量探测分析处理系统，其特征是：所述探测数据处理与解释子系统包括频谱分析与滤波模块、用于多次波消除的K-L变换模块、预测反褶积及中值滤波模块、层位追踪模块、时间深度转换模块、形成层深文件模块、保存图像文件模块、标准与非标准SEGY格式转换模块、SES转换为ASC文件格式模块、文件信息查看模块、极性反转模块、实测剖面平面航行轨迹显示模块、记事本和计算器模块。

3.根据权利要求1所述水下淤积量探测分析处理系统，其特征是：所述淤积量计算和三维成像子系统包括水底模型网格剖分模块、水底模型体积计算模块、淤积量计算模块、三维动态显示模块和彩色显示模块。

4.根据权利要求1所述水下淤积量探测分析处理系统，其特征是：所述换能器上设置有减震装置。

5.根据权利要求1所述水下淤积量探测分析处理系统，其特征是：所述浅层剖面仪为SES-2000 compact 浅层剖面仪。

6.根据权利要求1所述水下淤积量探测分析处理系统，其特征是：所述GPS定位系统为 GPS1200接收机。