CN104180873B - 一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法，包括输入原始的水深采集点序列数据，利用水深值进行阈值判定，将水深采集点序列分割成多个地形链；对各地形链的权值进行判断，标记为P=0或2，对地形链权值P=0的地形链中水深采集点进行修复，修复完成后标记地形链的权P=1。本发明针对原始水深值粗差处理问题，创新性地提出地形链的概念，设计了一种新的针对单波束测深仪水深观测值的粗差检测与修正方案，针对长江流域的单波束测深数据处理表明，对各类粗差有明显的检测和修正效果。

Description

一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统

技术领域

本发明涉及水深检测技术领域，尤其涉及一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统。

背景技术

水下地形测量需要综合处理定位、测深、潮汐观测以及包括延迟改正、吃水改正、姿态改正等因素在内的数据。水深数据是水下地形测量中最重要的数据源之一。测深装置从原始的测杆、测绳、水压式测深仪、绳索式测深仪逐步发展起来。20世纪20年代出现了单波束回声测深，单波束回声测深仪的出现对人类探索水下世界具有划时代的意义。其原理是通过换能器向水下发射声波，再经换能器接收回波。根据声速及往返的时间计算水深。20世纪70年代，又在单波束的基础上研制了多波束测深仪，能一次获取与航迹垂直平面内一条一定宽度的水深条带，具有测量范围大、速度快和精度高的特点，将传统的测深技术对水下的点、线测量发展到面测量。相较于单波束测量仪，多波束测量仪价格要昂贵的多，一台多波束的价格往往可以买几十台单波束，使用中还需要高精度的姿态仪调配使用，数据量及后期处理工作量也相对较大。另外，由于其测量宽度与水深成正比，在内河测深中其测量宽度的优势也相对减弱。因此，虽然多波束仪在海洋深水测量中优势巨大，但在内河航道测深中，单波束测深仪仍然是最为普及的现代水深测量装置。

单波束水下地形测量时，利用RTK(实时动态差分法)技术来实现导航定位，测量船依据预先设定好的计划线航行，单波束测深仪以设定的频率不断地测得原始水深值，并通过潮位改正、吃水位改正、延时改正、姿态改正等，得到水下点的高程。

由于单波束测深仪利用声波进行测量，即使在声速设定正确的条件下，原始的水深观测值也常受以下几个方面的影响而产生粗差：一是发射脉冲遇到浮游生物、悬浮物和悬空管道等物体时，测深仪的发射脉冲到不了水底而被这些水中物体发射回来，造成所测水深的错误，水深值表现为突然变浅甚至为零值(吃水深度)；二是由于设备多次发射、潜水混响及发射余振影响，水深值表现为大幅突变加深。此外，由于船的尾流、水中气泡的影响，大大削弱了回波的强度，增大了额外的干扰，也对观测值有不同程度的影响。

原始的水深粗差值往往表现为较大的深度突变，必须进行剔除和数值的恢复。传统的解决水深数据粗差的方法一般是靠有经验的专业人员，用手工的方式，通过比较数值的大小或分析水深的变化趋势等手段进行判别处理，但效率较低。另外，也有一些水深异常的自动处理算法，如中值滤波法、深度门技术、趋势面分析法等，但仍各有不足。如趋势面分析法除涉及多项式阶数选取、门限选择外，还要求测线布设较密。中值滤波法等常规滤波对连续异常处理能力较差，且正常点易受粗差影响。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明目的是提供一种单波束测深仪水深粗差检测修正技术方案。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法，包括以下步骤：

步骤1，输入原始的水深采集点序列数据，设原始的长度为n的水深采集点序列Z中包含n个水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n，序号分别为1,2,…,n，水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n的水深值依次记为水深值H₁,H₂,……H_n；

步骤2，利用水深值H₁,H₂,……H_n进行阈值判定，将水深采集点序列Z分割成N个地形链C₁，C₂，……C_N；

步骤3，对各地形链的权值进行判断，判断方式为，对于某地形链C_k，如果满足以下三个条件之任一，则地形链C_k的地形链权值P＝0，否则定权P＝2，

设Hl代表左侧参考水深值，当找到该地形链左侧的权值P＝2的地形链Cx时，令Hl等于Cx最后一个水深采集点的水深值，否则令Hl等于C_k的第一个水深采集点的水深值；Hr代表右侧参考水深值，当找到该地形链右侧的地形链Cy，其中Cy的长度L要满足L>L₀，L₀为预设的右邻长度阈值，取Cy中第一个水深采集点的水深值Hr，否则令Hr为C_k的最后一个水深采集点的水深值；

条件1，地形链C_k的长度小于预设的长度阈值L₁；

条件2，当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设地形链C_k起点序号为S_k，终点序号为E_k，其中序号为[(E_k+S_K)/2]的水深采集点的水深值为H_M，存在|H_M-H₀|>T₁，T₁为异常跳变点判定阈值，[]表示去尾法取整；

其中，H₀为参考水深值，H₀＝(Hl+Hr)/2；

条件3，当地形链C_k长度不小于L₁时，设其前L₁个水深采集点的水深值的集合为H_Ck，存在一个水深值H∈H_Ck，满足|H-2Hl|<T₀或者|H-3Hl|<T₀；

步骤4，对地形链权值P＝0的地形链中水深采集点进行修复，修复方式为，对于权值P＝0的某地形链C_k，设其起点序号为S_k，令X＝S_k，其终点序号为E_k，令Y＝E_k；若能够寻找到C_k左侧第一个P≠0的地形链C_L，则令X等于C_L的终点序号E_L，否则X＝S_k不变；若能够寻找到C_k右侧第一个P≠0的地形链C_R，则令Y等于C_R的起点序号S_R，否则Y＝E_k不变；

对于C_k中的任一水深采集点Z_i，其与序号为X、Y的相应水深采集点Z_X和Z_Y的平面距离D_ix＝||G_i-G_X||，D_iY＝||G_i-G_Y||，其中||||为Euclidean范数，G_i、G_X、G_Y分别为水深采集点Z_i、Z_X和Z_Y的坐标向量，则Z_i点的水深值为H_i＝H_X+D_iX×(H_Y-H_X)/(D_iX-D_iY)，

对于C_k中的所有水深采集点分别修复完成后，标记地形链C_k的权P＝1。

而且，步骤2的实现方式为，水深采集点序列Z中，第一个水深采集点Z₁归属于地形链C₁，然后逐个判断Z₁,Z₂,……Z_n处是否进行分割；

对于当前地形链C_k，设当前判断出水深采集点Z_i属于地形链C_k，判断下一个水深采集点Z_i+1处是否进行分割的实现方式为，如果有|H_i+1-H_i|<T₀或|H_i+1-(H_i+(H_i-H_i-1))|<T₀，T₀为预设的相应阈值，则水深采集点Z_i+1属于当前地形链C_k，继续判断再下一个水深采集点Z_i+2处是否进行分割，否则当前地形链C_k终止于Z_i且从下一个水深采集点Z_i+1开始新的地形链C_k+1，如果水深采集点序列中所有水深采集点都已判断完毕，则对水深采集点序列分割完成。

一种单波束测深仪水深粗差检测修正系统，包括以下模块：

输入模块，用于输入原始的水深采集点序列数据，设原始的长度为n的水深采集点序列Z中包含n个水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n，序号分别为1,2,…,n，水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n的水深值依次记为水深值H₁,H₂,……H_n。

阈值判定模块，用于利用水深值H₁,H₂,……H_n进行阈值判定，将水深采集点序列Z分割成N个地形链C₁，C₂，……C_N；

权值判断模块，用于对各地形链的权值进行判断，判断方式为，对于某地形链C_k，如果满足以下三个条件之任一，则地形链C_k的地形链权值P＝0，否则定权P＝2，

设Hl代表左侧参考水深值，当找到该地形链左侧的权值P＝2的地形链Cx时，令Hl等于Cx最后一个水深采集点的水深值，否则令Hl等于C_k的第一个水深采集点的水深值；Hr代表右侧参考水深值，当找到该地形链右侧的地形链Cy，其中Cy的长度L要满足L>L₀，L₀为预设的右邻长度阈值，取Cy中第一个水深采集点的水深值Hr，否则令Hr为C_k的最后一个水深采集点的水深值；

条件1，地形链C_k的长度小于预设的长度阈值L₁；

条件2，当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设地形链C_k起点序号为S_k，终点序号为E_k，其中序号为[(E_k+S_K)/2]的水深采集点的水深值为H_M，存在|H_M-H₀|>T₁，T₁为异常跳变点判定阈值，[]表示去尾法取整；

其中，H₀为参考水深值，H₀＝(Hl+Hr)/2；

条件3，当地形链C_k长度不小于L₁时，设其前L₁个水深采集点的水深值的集合为H_Ck，存在一个水深值H∈H_Ck，满足|H-2Hl|<T₀或者|H-3Hl|<T₀；

修复模块，用于对地形链权值P＝0的地形链中水深采集点进行修复，修复方式为，对于权值P＝0的某地形链C_k，设其起点序号为S_k，令X＝S_k，其终点序号为E_k，令Y＝E_k；若能够寻找到C_k左侧第一个P≠0的地形链C_L，则令X等于C_L的终点序号E_L，否则X＝S_k不变；若能够寻找到C_k右侧第一个P≠0的地形链C_R，则令Y等于C_R的起点序号S_R，否则Y＝E_k不变；

对于C_k中的任一水深采集点Z_i，其与序号为X、Y的相应水深采集点Z_X和Z_Y的平面距离D_ix＝||G_i-G_X||，D_iY＝||G_i-G_Y||，其中||||为Euclidean范数，G_i、G_X、G_Y分别为水深采集点Z_i、Z_X和Z_Y的坐标向量，则Z_i点的水深值为H_i＝H_X+D_iX×(H_Y-H_X)/(D_iX-D_iY)，

对于C_k中的所有水深采集点分别修复完成后，标记地形链C_k的权P＝1。

而且，阈值判定模块中，进行阈值判定的实现方式为，水深采集点序列Z中，第一个水深采集点Z₁归属于地形链C₁，然后逐个判断Z₁,Z₂,……Z_n处是否进行分割；

对于当前地形链C_k，设当前判断出水深采集点Z_i属于地形链C_k，判断下一个水深采集点Z_i+1处是否进行分割的实现方式为，如果有|H_i+1-H_i|<T₀或|H_i+1-(H_i+(H_i-H_i-1))|<T₀，T₀为预设的相应阈值，则水深采集点Z_i+1属于当前地形链C_k，继续判断再下一个水深采集点Z_i+2处是否进行分割，否则当前地形链C_k终止于Z_i且从下一个水深采集点Z_i+1开始新的地形链C_k+1，如果水深采集点序列中所有水深采集点都已判断完毕，则对水深采集点序列分割完成。

本发明基于地形连续性的特点提出一种以所谓地形链为基本处理单元的新技术方案，成功检测到多种水深异常值，并进行了线性插值修复。实现过程简单、粗差检测效果明显。本方法基于水深测量中异常水深造成的原因和异常特点，创新提出了地形链的概念，较好地适应了这类特殊数据的粗差检测，在检测异常粗差水深方面效果明显。除能有效处理多倍水深、零水深等突然跳变外，对于粗差值连续出现多个时的抵制效果明显优于其他方法，另外本方法对于判定为正确的点不予修改，区别于常规滤波法，本方法最大的特点在于能使异常水深附近的正常值避免受错误值的影响。针对长江流域的单波束测深数据处理实验结果表明，本发明技术方案对各类粗差有明显的检测和修正效果。

附图说明

图1是本发明实施例的流程框图；

图2是原始水深序列一示意图；

图3是原始水深序列一的中值滤波法处理序列图；

图4是原始水深序列一的加权平均滤波法处理序列图；

图5是原始水深序列一的本发明方法处理序列图；

图6是原始水深序列二示意图；

图7是原始水深序列二的中值滤波法处理序列图；

图8是原始水深序列二的加权平均滤波法处理序列图；

图9是原始水深序列二的本发明方法处理序列图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

单波束测深仪是现代海洋测量尤其是内河水下地形测量中的主要测量仪器。即使在声速设定正确的前提下，单波束测深仪的观测值仍然会有各类型的粗差。本发明针对其原始水深值粗差处理问题，基于地形连续性的特点提出地形链的概念，通过给地形链配置一个权重值属性，用它来标定该地形链为真实地形或假水深。

地形链的定义：连续的水深观测值的集合C称之为一条地形链，其中任意点与相邻两点的水深值H差异都没有超过一个限值或者满足其他用户定义的限制规则。

地形链的属性：设地形链的起始水深点序号S，地形链的终止水深点序号E，地形链的权值P，地形链的长度L，其中L＝E-S+1，一般来说，地形链的长度L越长，该地形链的可靠性也就越大，其为真实地形的可能性也就越大。

地形链的权值确定原则：当地形链中含有异常水深值如零值时，地形链权值P＝0；地形链中的点确定都为真实水深点时，定权P＝2；权值为零的地形链经过插值修正，地形链权值设为P＝1。

本发明实施例流程框架如图1所示，具体实施时本领域技术人员可采用计算机软件技术实现流程的自动运行。实施例提供具体的方法步骤如下：

步骤1，输入原始的水深采集点序列数据，设有原始的长度为n的水深采集点序列Z＝{Z₁,Z₂,……Z_n}，其中包含n个水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n，序号分别为1,2,…,n。对于每一个水深采集点，包含水深值H、坐标向量G(x,y)等信息。水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n的水深值依次记为水深值H₁,H₂,……H_n。

步骤2，水深采集点序列的地形链分解：即利用水深采集点的水深值H进行分析、通过阈值判定等原则分割为N个地形链C₁，C₂，……C_N，构成集合C＝{C₁，C₂，……C_N}。具体来说，从水深采集点序列的起始水深点开始，逐个判断是否进行分割，分割得到的地形链依次为C₁，C₂，……C_N。

具体来说，作为起始条件，水深采集点序列Z中第一个水深采集点Z₁归属于地形链C₁，然后逐个判断Z₁,Z₂,……Z_n处是否进行分割。对于当前地形链C_k，设当前判断出水深采集点Z_i属于地形链C_k，设Z_i水深值H_i为当前水深值，接着判断下一个水深采集点Z_i+1处是否进行分割。如果下一个水深采集点Z_i+1的水深值H_i+1与当前水深值H_i之差的绝对值小于阈值T₀或者当地形链C_k当前长度大于等于2时，下一个序列点Z_i+1的水深值H_i+1与在考虑地形一阶变化趋势的预测值之差的绝对值小于阈值T₀，(如取T₀＝0.3)即|H_i+1-H_i|<T₀或|H_i+1-(H_i+(H_i-H_i-1))|<T₀，则下一个水深采集点Z_i+1属于当前地形链C_k，继续按同样方式判断再下一个水深采集点Z_i+2处是否进行分割，否则当前地形链C_k终止于Z_i且从下一个水深采集点Z_i+1开始新的地形链C_k+1，如果水深采集点序列中所有水深采集点都已判断完毕，则水深采集点序列的地形链分解过程结束，此时分割得到的地形链总数即N。具体实施时，本领域技术人员可自行根据情况预先设置阈值T₀的取值。

步骤3，地形链权值判断：利用地形链的长度L、地形链中的水深值及其与相邻地形链中水深值的关系等判定地形链的权值。具体来说，对于某地形链C_k，如果满足以下三个条件之任一，则地形链权值P＝0，否则定权P＝2。

设Hl代表左侧参考水深值，当找到该地形链左侧的权值P＝2的地形链Cx时，令Hl等于Cx最后一个水深采集点的水深值，否则令Hl等于C_k的第一个水深采集点的水深值。设Hr代表右侧参考水深值，当找到该地形链右侧的地形链Cy，其中Cy的长度L要满足L>L₀，取其第一个水深采集点的水深值Hr，否则令Hr为C_k的最后一个水深采集点的水深值。L₀为预设的右邻长度阈值。

条件1):当地形链的长度小于预设的长度阈值L₁时，可以认为此链的长度过短，可靠性较低，定地形链权值P＝0。

条件2):当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设其起点序号为S_k，终点序号为E_k，其中序号为[(E_k+S_K)/2]([]表示去尾法取整)的水深采集点的水深值为H_M，若存在|H_M-H₀|>T₁，T₁为预设的异常跳变点判定阈值，则定地形链权值P＝0。

其中，H₀为参考水深值，H₀＝(Hl+Hr)/2。

条件3):当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设其前L₁个水深采集点的水深值的集合为H_Ck，若存在一个水深值H∈H_Ck，满足|H-2Hl|<T₀或者|H-3Hl|<T₀，则地形链定权值P＝0。

具体实施时，本领域技术人员可自行根据情况设置阈值L₁、L₀、T₁的取值。建议预设的阈值L₁＝3，L₀满足L₀>3，如L₀＝10即可，过长的地形链虽然更可靠，但却容易丢掉距离近的地形链。T₁相对前文T₀一般较大，如T₁＝3。

步骤4，对地形链权值P＝0的地形链中水深采集点的修复：利用两侧权值不为零的地形链中的水深点的坐标G和水深H信息，利用距离加权进行线性插值，得到权值为零点的地形链中各点水深值。

具体来说，对于权值P＝0的某地形链C_k，其起点序号为S_k，令X＝S_k，其终点序号为E_k，令Y＝E_k；若能够寻找到C_k左侧第一个P≠0的地形链C_L，则令X等于C_L的终点序号E_L，即X＝E_L，否则X＝S_k不变；若能够寻找到C_k右侧第一个P≠0的地形链C_R，则令Y等于C_R的起点序号S_R，即Y＝S_R，否则Y＝E_k不变；

对于C_k中的每个水深采集点分别修复，对C_k中的任一水深采集点Z_i，其与序号为X、Y的相应水深采集点Z_X和Z_Y的平面距离D_ix＝||G_i-G_X||，D_iY＝||G_i-G_Y||，其中||||为Euclidean范数，G_i、G_X、G_Y分别为水深采集点Z_i、Z_X和Z_Y的坐标向量，则Z_i点的水深值为H_i＝H_X+D_iX×(H_Y-H_X)/(D_iX-D_iY)。对于C_k中的所有水深采集点分别修复完成后，标记地形链C_k的权P＝1。

类似于其他各类算法，如中值滤波要设置窗口大小值，加权平均要设置权值，本文方法实现时也不可避免的涉及到地形链判定阈值等阈值的设定，本领域技术人员可依经验设定。这类阈值往往依测量区域和水深采样参数的确定而具有一定的稳定性，选定后无须频繁更改。

为检测本发明技术方案的效果，本文利用长江流域红花碛河段水下地形测量中利用HY-1600进行1：500水下地形图测量时，水深采样频率为5Hz，换能器吃水深度0.45m，以采集的水深数据作为试验数据，分别用中海达水深测量数据处理商业软件中的两种滤波算法以及本文方法进行效果对比分析。

中海达商业软件中的两种算法为中值滤波法和加权平均法。

中值滤波法：h_i＝med{H_j,j∈[i-M,i+M]∩[1,N]}，H_j为序号为j的水深点的水深值，i∈[1,N]，其中2M+1为中值滤波的窗口大小，N为水深序列长度，med{}为序列取中值操作。h_i为滤波后序号为i的水深点的水深值。

加权平均法所得滤波后的水深值：h_i＝[A₁，A₂，…，A_2M+1][H_i-M，…，H_i，…，H_i+M]^T，i∈[1,N]，H为水深值，H_i-M，…，H_i，…，H_i+M为序号为i-M，…，i，…，i+M的水深点的水深值，对于不在观察序列中的点，水深值补为零值，且其中2M+1为中值滤波的窗口大小，A＝[A₁，A₂，…，A_2M+1]为水深值对应的权值向量,且A中各元素和为1。N为水深序列长度，[]^T为转置运算。h_i为滤波后序号为i的水深点的水深值。

本发明选用几处典型的粗差异常数据进行了效果分析：

图2表示原始水深序列一，水深序列中有明显的起伏的异常水深，其中两处向下的跳变为典型的两倍水深异常，而两处向上跳变(其中一处持续较长)为典型的零水深异常(水深值仅为吃水深度值)。几种算法中，如图3的中值滤波法处理序列图，窗口大小9，可见中值滤波法有一定的处理效果，对两处跳变进行了较为成功的判断和仅为合理的滤波，但由于其中一处异常持续时间长，中值滤波法受窗口大小的固有限制无法很好的处理，效果一般。如图4的加权平均滤波处理序列图，权值比为1：1：2：1：1，可见加权平均法具有抵制异常点的功能，但一方面会对临近异常点的正常水深产生影响，另一方面对于持续较长的连续异常抵制能力也较差。而本发明方法成功地检测到了这几种异常水深值并进行了合理的修正，参见图5。

图6表示原始水深序列二，水深序列中有明显的起伏的异常水深，其中两处向下的跳变为典型的两倍水深异常，而两处向上跳变极有可能为悬浮物或气泡等产生的假水深。几种算法中，如图7的中值滤波法处理序列图，窗口大小9，可见中值滤波法有一定的处理效果，对两处跳变进行了较为成功的判断和仅为合理的滤波。如图8的加权平均滤波处理序列图，权值比为1：1：2：1：1，可见加权平均法具有抵制异常点的功能，但临近异常点的正常水深值会受到影响。而本发明方法成功地检测到了这几种异常水深值并进行了合理的修正，参见图9。

本发明实施例还提供了相应系统实现方案，一种单波束测深仪水深粗差检测修正系统，包括以下模块：

输入模块，用于输入原始的水深采集点序列数据，设原始的长度为n的水深采集点序列Z中包含n个水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n，序号分别为1,2,…,n，水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n的水深值依次记为水深值H₁,H₂,……H_n；

阈值判定模块，用于利用水深值H₁,H₂,……H_n进行阈值判定，将水深采集点序列Z分割成N个地形链C₁，C₂，……C_N；

权值判断模块，用于对各地形链的权值进行判断，判断方式为，对于某地形链C_k，如果满足以下三个条件之任一，则地形链C_k的地形链权值P＝0，否则定权P＝2，

设Hl代表左侧参考水深值，当找到该地形链左侧的权值P＝2的地形链Cx时，令Hl等于Cx最后一个水深采集点的水深值，否则令Hl等于C_k的第一个水深采集点的水深值；Hr代表右侧参考水深值，当找到该地形链右侧的地形链Cy，其中Cy的长度L要满足L>L₀，L₀为预设的右邻长度阈值，取Cy中第一个水深采集点的水深值Hr，否则令Hr为C_k的最后一个水深采集点的水深值；

条件1，地形链C_k的长度小于预设的长度阈值L₁；

条件2，当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设地形链C_k起点序号为S_k，终点序号为E_k，其中序号为[(E_k+S_K)/2]的水深采集点的水深值为H_M，存在|H_M-H₀|>T₁，T₁为异常跳变点判定阈值，[]表示去尾法取整；

其中，H₀为参考水深值，H₀＝(Hl+Hr)/2；

条件3，当地形链C_k长度不小于L₁时，设其前L₁个水深采集点的水深值的集合为H_Ck，存在一个水深值H∈H_Ck，满足|H-2Hl|<T₀或者|H-3Hl|<T₀；

修复模块，用于对地形链权值P＝0的地形链中水深采集点进行修复，修复方式为，对于权值P＝0的某地形链C_k，设其起点序号为S_k，令X＝S_k，其终点序号为E_k，令Y＝E_k；若能够寻找到C_k左侧第一个P≠0的地形链C_L，则令X等于C_L的终点序号E_L，否则X＝S_k不变；若能够寻找到C_k右侧第一个P≠0的地形链C_R，则令Y等于C_R的起点序号S_R，否则Y＝E_k不变；

对于C_k中的任一水深采集点Z_i，其与序号为X、Y的相应水深采集点Z_X和Z_Y的平面距离D_ix＝||G_i-G_X||，D_iY＝||G_i-G_Y||，其中||||为Euclidean范数，G_i、G_X、G_Y分别为水深采集点Z_i、Z_X和Z_Y的坐标向量，则Z_i点的水深值为H_i＝H_X+D_iX×(H_Y-H_X)/(D_iX-D_iY)，

对于C_k中的所有水深采集点分别修复完成后，标记地形链C_k的权P＝1。

各模块具体实现与方法步骤相应，本发明不予赘述。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，输入原始的水深采集点序列数据，设原始的长度为n的水深采集点序列Z中包含n个水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n，序号分别为1,2,…,n，水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n的水深值依次记为水深值H₁,H₂,……H_n；

步骤2，利用水深值H₁,H₂,……H_n进行阈值判定，将水深采集点序列Z分割成N个地形链C₁，C₂，……C_N；

步骤3，对各地形链的权值进行判断，判断方式为，对于某地形链C_k，如果满足以下三个条件之任一，则地形链C_k的地形链权值P＝0，否则定权P＝2，

设Hl代表左侧参考水深值，当找到该地形链左侧的权值P＝2的地形链Cx时，令Hl等于Cx最后一个水深采集点的水深值，否则令Hl等于C_k的第一个水深采集点的水深值；Hr代表右侧参考水深值，当找到该地形链右侧的地形链Cy，其中Cy的长度L要满足L>L₀，L₀为预设的右邻长度阈值，取Cy中第一个水深采集点的水深值为Hr，否则令Hr为C_k的最后一个水深采集点的水深值；

条件1，地形链C_k的长度小于预设的长度阈值L₁；

条件2，当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设地形链C_k起点序号为S_k，终点序号为E_k，其中序号为[(E_k+S_K)/2]的水深采集点的水深值为H_M，存在|H_M-H₀|>T₁，T₁为异常跳变点判定阈值，[]表示去尾法取整；

其中，H₀为参考水深值，H₀＝(Hl+Hr)/2；

条件3，当地形链C_k长度不小于L₁时，设其前L₁个水深采集点的水深值的集合为H_Ck，存在一个水深值H∈H_Ck，满足|H-2Hl|<T₀或者|H-3Hl|<T₀；

步骤4，对地形链权值P＝0的地形链中水深采集点进行修复，修复方式为，对于权值P＝0的某地形链C_k，设其起点序号为S_k，令X＝S_k，其终点序号为E_k，令Y＝E_k；若能够寻找到C_k左侧第一个P≠0的地形链C_L，则令X等于C_L的终点序号E_L，否则X＝S_k不变；若能够寻找到C_k右侧第一个P≠0的地形链C_R，则令Y等于C_R的起点序号S_R，否则Y＝E_k不变；

对于C_k中的任一水深采集点Z_i，其与序号为X、Y的相应水深采集点Z_X和Z_Y的平面距离D_ix＝||G_i-G_X||，D_iY＝||G_i-G_Y||，其中||||为Euclidean范数，G_i、G_X、G_Y分别为水深采集点Z_i、Z_X和Z_Y的坐标向量，则Z_i点的水深值为H_i＝H_X+D_iX×(H_Y-H_X)/(D_iX-D_iY)，

对于C_k中的所有水深采集点分别修复完成后，标记地形链C_k的权P＝1。

2.根据权利要求1所述单波束测深仪水深粗差检测修正方法，其特征在于：步骤2的实现方式为，水深采集点序列Z中，第一个水深采集点Z₁归属于地形链C₁，然后逐个判断Z₁,Z₂,……Z_n处是否进行分割；

对于当前地形链C_k，设当前判断出水深采集点Z_i属于地形链C_k，判断下一个水深采集点Z_i+1处是否进行分割的实现方式为，如果有|H_i+1-H_i|<T₀或|H_i+1-(H_i+(H_i-H_i-1))|<T₀，T₀为预设的相应阈值，则水深采集点Z_i+1属于当前地形链C_k，继续判断再下一个水深采集点Z_i+2处是否进行分割，否则当前地形链C_k终止于Z_i且从下一个水深采集点Z_i+1开始新的地形链C_k+1，如果水深采集点序列中所有水深采集点都已判断完毕，则对水深采集点序列分割完成。

3.一种单波束测深仪水深粗差检测修正系统，其特征在于，包括以下模块：

输入模块，用于输入原始的水深采集点序列数据，设原始的长度为n的水深采集点序列Z中包含n个水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n，序号分别为1,2,…,n，水深采集点Z₁,Z₂,……Z_n的水深值依次记为水深值H₁,H₂,……H_n；

阈值判定模块，用于利用水深值H₁,H₂,……H_n进行阈值判定，将水深采集点序列Z分割成N个地形链C₁，C₂，……C_N；

权值判断模块，用于对各地形链的权值进行判断，判断方式为，对于某地形链C_k，如果满足以下三个条件之任一，则地形链C_k的地形链权值P＝0，否则定权P＝2，

设Hl代表左侧参考水深值，当找到该地形链左侧的权值P＝2的地形链Cx时，令Hl等于Cx最后一个水深采集点的水深值，否则令Hl等于C_k的第一个水深采集点的水深值；Hr代表右侧参考水深值，当找到该地形链右侧的地形链Cy，其中Cy的长度L要满足L>L₀，L₀为预设的右邻长度阈值，取Cy中第一个水深采集点的水深值为Hr，否则令Hr为C_k的最后一个水深采集点的水深值；

条件1，地形链C_k的长度小于预设的长度阈值L₁；

条件2，当地形链C_k长度不小于预设的长度阈值L₁时，设地形链C_k起点序号为S_k，终点序号为E_k，其中序号为[(E_k+S_K)/2]的水深采集点的水深值为H_M，存在|H_M-H₀|>T₁，T₁为异常跳变点判定阈值，[]表示去尾法取整；

其中，H₀为参考水深值，H₀＝(Hl+Hr)/2；

条件3，当地形链C_k长度不小于L₁时，设其前L₁个水深采集点的水深值的集合为H_Ck，存在一个水深值H∈H_Ck，满足|H-2Hl|<T₀或者|H-3Hl|<T₀；

修复模块，用于对地形链权值P＝0的地形链中水深采集点进行修复，修复方式为，对于权值P＝0的某地形链C_k，设其起点序号为S_k，令X＝S_k，其终点序号为E_k，令Y＝E_k；若能够寻找到C_k左侧第一个P≠0的地形链C_L，则令X等于C_L的终点序号E_L，否则X＝S_k不变；若能够寻找到C_k右侧第一个P≠0的地形链C_R，则令Y等于C_R的起点序号S_R，否则Y＝E_k不变；

对于C_k中的任一水深采集点Z_i，其与序号为X、Y的相应水深采集点Z_X和Z_Y的平面距离D_ix＝||G_i-G_X||，D_iY＝||G_i-G_Y||，其中||||为Euclidean范数，G_i、G_X、G_Y分别为水深采集点Z_i、Z_X和Z_Y的坐标向量，则Z_i点的水深值为H_i＝H_X+D_iX×(H_Y-H_X)/(D_iX-D_iY)，

对于C_k中的所有水深采集点分别修复完成后，标记地形链C_k的权P＝1。

4.根据权利要求3所述单波束测深仪水深粗差检测修正系统，其特征在于：阈值判定模块中，进行阈值判定的实现方式为，水深采集点序列Z中，第一个水深采集点Z₁归属于地形链C₁，然后逐个判断Z₁,Z₂,……Z_n处是否进行分割；

对于当前地形链C_k，设当前判断出水深采集点Z_i属于地形链C_k，判断下一个水深采集点Z_i+1处是否进行分割的实现方式为，如果有|H_i+1-H_i|<T₀或|H_i+1-(H_i+(H_i-H_i-1))|<T₀，T₀为预设的相应阈值，则水深采集点Z_i+1属于当前地形链C_k，继续判断再下一个水深采集点Z_i+2处是否进行分割，否则当前地形链C_k终止于Z_i且从下一个水深采集点Z_i+1开始新的地形链C_k+1，如果水深采集点序列中所有水深采集点都已判断完毕，则对水深采集点序列分割完成。