CN113884058A - 一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其方法包括如下步骤：仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机；仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部；本发明利用多位置找寻垂直点的方法，具备可以对探测设备进行校正，使其发出的信号始终垂直于海底平面，有效提高地貌探测精度的优点，解决了潜艇在深海中会因海底的地貌而出现行进水平度的偏差，导致探测设备在进行信息采集时不是始终垂直海底平面而得到的信息，严重影响后期在进行地貌图形绘制时精度的问题，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及遥感探测技术领域，具体为一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法。
背景技术
随着经济和科技的发展，国家的宏观决策、资源调查、环境及灾害监测等影响国民经济发展的关键领域急需数据支持，要求数据具有空间上的宏观性，时间上的连续性和可获取数据的全面性。而遥感技术正具备这一能力，它能够以不同的时空尺度不断地提供多种地表特征信息。定量遥感或称遥感量化遥感研究，主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究，区别于仅依靠经验判读的定性识别地物的方法。
目前在通过遥感技术进行深海地貌的探测时，存在一定的不足之处，由于潜艇在深海中会因海底的地貌而出现行进水平度的偏差，导致探测设备在进行信息采集时不是始终垂直海底平面而得到的信息，严重影响后期在进行地貌图形绘制时的精度，为此我们提出一种可以对探测设备进行校正，使其发出的信号始终垂直于海底平面，有效提高地貌探测精度的遥感定量探测方法来解决此问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，具备可以对探测设备进行校正，使其发出的信号始终垂直于海底平面，有效提高地貌探测精度的优点，解决了潜艇在深海中会因海底的地貌而出现行进水平度的偏差，导致探测设备在进行信息采集时不是始终垂直海底平面而得到的信息，严重影响后期在进行地貌图形绘制时精度的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其方法包括如下步骤：
（1）仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机；
（2）仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部，海底探照灯与水下摄像头安装在激光器的前方，对行进水域进行照明与监控；
（3）垂直点找寻：在潜水艇底部的激光器处安装激光接收机，从海底接收器的后方开始前进，并以固定时间间隔向海底接收器的位置发射激光束，海底接收器对不同时间间隔激光束接收的信息进行发送，通过波形记录器对接收的时间进行记录，同时发射的激光束出现反射，当激光接收机接收到来自发射光的反射时，代表此时激光器位于海底接收器的正上方，位置显示器记录下此时潜水艇的所处位置，激光器角度被固定；
（4）地貌探测：通过合成孔径声呐探测技术，利用小孔径的声呐换能器阵，通过运动形成虚拟大孔径，经延时补偿生成较均匀的高分辨率图像，且可提取确定目标的精确信息和三维成像，在潜艇的行进过程中，声呐设备输出的竖直方位始终与激光器的固定位置相平行；
（5）图像处理：利用数字处理机完成遥感图像的复原处理，补偿、校正遥感仪器在获取数据过程中产生的误差、畸变和干扰，根据各种应用目的，对遥感图像进行增强处理和分类，改善影像的视觉效果和可判识性，最后采用人工干预方式，进行机助目视判读，完成地貌探测。
优选的，所述步骤（1）中，激光器为掺钕钇铝石榴石激光器，且其发射的激光束波长为1060nm，常用功率为10-80w。
优选的，所述步骤（2）中，海底接收器的接收面与海平面垂直，其通过海下水平仪配合完成安装。
优选的，所述步骤（3）中，激光器可以进行发射角度的调节控制，控制方法采用自动化编程设计，且发射的激光束始终对准海底接收器。
优选的，所述步骤（3）中，激光器的输出端与潜水艇底部水平面之间的初始角度为45-60°，且激光器随着潜水艇的前进对角度进行自动微调。
优选的，所述步骤（3）中，发射激光束的时间间隔相等，且每段时间间隔为固定值，其范围为0.1-0.3s，波形记录器将海底接收器反馈的时间信息进行记录，并对激光器不同角度位置反射所需的时间进行坐标系建立。
优选的，所述步骤（3）中，所建立的坐标系为平面直角坐标系，且选用的建立范围为第一象限和第二象限，其Y轴为海底接收器接收激光束所需的时间点，X轴在第一象限处为激光器所处位置，X轴在第二象限处为激光器的朝向角度。
优选的，所述步骤（3）中，当激光器与海底接收器处在同一竖直线上时，此时位于坐标系中Y轴上所绘制的时间点数值最小，即代表此时激光器的输出端指向与海底平面垂直。
优选的，所述步骤（4）中，探测的中心频率为8KHz，典型探测距离为100-2500m，且在数据后期处理时须完善多子阵成像算法、运动补偿模型和自聚焦算法。
优选的，所述步骤（5）中，图像的运算与增强处理方法采用彩色合成法、对比度变换法、波段组合法、差值增强法、比值增强法、主成分分析法、空间滤波法、掩膜法或多源数据融合法中的任意一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明利用多位置找寻垂直点的方法，具备可以对探测设备进行校正，使其发出的信号始终垂直于海底平面，有效提高地貌探测精度的优点，解决了潜艇在深海中会因海底的地貌而出现行进水平度的偏差，导致探测设备在进行信息采集时不是始终垂直海底平面而得到的信息，严重影响后期在进行地貌图形绘制时精度的问题，值得推广。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其方法包括如下步骤：
（1）仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机；
（2）仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部，海底探照灯与水下摄像头安装在激光器的前方，对行进水域进行照明与监控；
（3）垂直点找寻：在潜水艇底部的激光器处安装激光接收机，从海底接收器的后方开始前进，并以固定时间间隔向海底接收器的位置发射激光束，海底接收器对不同时间间隔激光束接收的信息进行发送，通过波形记录器对接收的时间进行记录，同时发射的激光束出现反射，当激光接收机接收到来自发射光的反射时，代表此时激光器位于海底接收器的正上方，位置显示器记录下此时潜水艇的所处位置，激光器角度被固定；
（4）地貌探测：通过合成孔径声呐探测技术，利用小孔径的声呐换能器阵，通过运动形成虚拟大孔径，经延时补偿生成较均匀的高分辨率图像，且可提取确定目标的精确信息和三维成像，在潜艇的行进过程中，声呐设备输出的竖直方位始终与激光器的固定位置相平行；
（5）图像处理：利用数字处理机完成遥感图像的复原处理，补偿、校正遥感仪器在获取数据过程中产生的误差、畸变和干扰，根据各种应用目的，对遥感图像进行增强处理和分类，改善影像的视觉效果和可判识性，最后采用人工干预方式，进行机助目视判读，完成地貌探测。
实施例一：
一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其方法包括如下步骤：
（1）仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机，激光器为掺钕钇铝石榴石激光器，且其发射的激光束波长为1060nm，常用功率为10-80w；
（2）仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部，海底探照灯与水下摄像头安装在激光器的前方，对行进水域进行照明与监控，海底接收器的接收面与海平面垂直，其通过海下水平仪配合完成安装；
（3）垂直点找寻：在潜水艇底部的激光器处安装激光接收机，从海底接收器的后方开始前进，并以固定时间间隔向海底接收器的位置发射激光束，海底接收器对不同时间间隔激光束接收的信息进行发送，通过波形记录器对接收的时间进行记录，同时发射的激光束出现反射，当激光接收机接收到来自发射光的反射时，代表此时激光器位于海底接收器的正上方，位置显示器记录下此时潜水艇的所处位置，激光器角度被固定；
（4）地貌探测：通过合成孔径声呐探测技术，利用小孔径的声呐换能器阵，通过运动形成虚拟大孔径，经延时补偿生成较均匀的高分辨率图像，且可提取确定目标的精确信息和三维成像，在潜艇的行进过程中，声呐设备输出的竖直方位始终与激光器的固定位置相平行；
（5）图像处理：利用数字处理机完成遥感图像的复原处理，补偿、校正遥感仪器在获取数据过程中产生的误差、畸变和干扰，根据各种应用目的，对遥感图像进行增强处理和分类，改善影像的视觉效果和可判识性，最后采用人工干预方式，进行机助目视判读，完成地貌探测。
实施例二：
一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其方法包括如下步骤：
（1）仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机，激光器为掺钕钇铝石榴石激光器，且其发射的激光束波长为1060nm，常用功率为10-80w；
（2）仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部，海底探照灯与水下摄像头安装在激光器的前方，对行进水域进行照明与监控，海底接收器的接收面与海平面垂直，其通过海下水平仪配合完成安装；
（3）垂直点找寻：在潜水艇底部的激光器处安装激光接收机，从海底接收器的后方开始前进，并以固定时间间隔向海底接收器的位置发射激光束，海底接收器对不同时间间隔激光束接收的信息进行发送，通过波形记录器对接收的时间进行记录，同时发射的激光束出现反射，当激光接收机接收到来自发射光的反射时，代表此时激光器位于海底接收器的正上方，位置显示器记录下此时潜水艇的所处位置，激光器角度被固定，激光器可以进行发射角度的调节控制，控制方法采用自动化编程设计，且发射的激光束始终对准海底接收器，激光器的输出端与潜水艇底部水平面之间的初始角度为45-60°，且激光器随着潜水艇的前进对角度进行自动微调，发射激光束的时间间隔相等，且每段时间间隔为固定值，其范围为0.1-0.3s，波形记录器将海底接收器反馈的时间信息进行记录，并对激光器不同角度位置反射所需的时间进行坐标系建立，所建立的坐标系为平面直角坐标系，且选用的建立范围为第一象限和第二象限，其Y轴为海底接收器接收激光束所需的时间点，X轴在第一象限处为激光器所处位置，X轴在第二象限处为激光器的朝向角度，当激光器与海底接收器处在同一竖直线上时，此时位于坐标系中Y轴上所绘制的时间点数值最小，即代表此时激光器的输出端指向与海底平面垂直；
（4）地貌探测：通过合成孔径声呐探测技术，利用小孔径的声呐换能器阵，通过运动形成虚拟大孔径，经延时补偿生成较均匀的高分辨率图像，且可提取确定目标的精确信息和三维成像，在潜艇的行进过程中，声呐设备输出的竖直方位始终与激光器的固定位置相平行；
（5）图像处理：利用数字处理机完成遥感图像的复原处理，补偿、校正遥感仪器在获取数据过程中产生的误差、畸变和干扰，根据各种应用目的，对遥感图像进行增强处理和分类，改善影像的视觉效果和可判识性，最后采用人工干预方式，进行机助目视判读，完成地貌探测。
实施例三：
一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其方法包括如下步骤：
（1）仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机，激光器为掺钕钇铝石榴石激光器，且其发射的激光束波长为1060nm，常用功率为10-80w；
（2）仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部，海底探照灯与水下摄像头安装在激光器的前方，对行进水域进行照明与监控，海底接收器的接收面与海平面垂直，其通过海下水平仪配合完成安装；
（3）垂直点找寻：在潜水艇底部的激光器处安装激光接收机，从海底接收器的后方开始前进，并以固定时间间隔向海底接收器的位置发射激光束，海底接收器对不同时间间隔激光束接收的信息进行发送，通过波形记录器对接收的时间进行记录，同时发射的激光束出现反射，当激光接收机接收到来自发射光的反射时，代表此时激光器位于海底接收器的正上方，位置显示器记录下此时潜水艇的所处位置，激光器角度被固定，激光器可以进行发射角度的调节控制，控制方法采用自动化编程设计，且发射的激光束始终对准海底接收器，激光器的输出端与潜水艇底部水平面之间的初始角度为45-60°，且激光器随着潜水艇的前进对角度进行自动微调，发射激光束的时间间隔相等，且每段时间间隔为固定值，其范围为0.1-0.3s，波形记录器将海底接收器反馈的时间信息进行记录，并对激光器不同角度位置反射所需的时间进行坐标系建立，所建立的坐标系为平面直角坐标系，且选用的建立范围为第一象限和第二象限，其Y轴为海底接收器接收激光束所需的时间点，X轴在第一象限处为激光器所处位置，X轴在第二象限处为激光器的朝向角度，当激光器与海底接收器处在同一竖直线上时，此时位于坐标系中Y轴上所绘制的时间点数值最小，即代表此时激光器的输出端指向与海底平面垂直；
（4）地貌探测：通过合成孔径声呐探测技术，利用小孔径的声呐换能器阵，通过运动形成虚拟大孔径，经延时补偿生成较均匀的高分辨率图像，且可提取确定目标的精确信息和三维成像，在潜艇的行进过程中，声呐设备输出的竖直方位始终与激光器的固定位置相平行，探测的中心频率为8KHz，典型探测距离为100-2500m，且在数据后期处理时须完善多子阵成像算法、运动补偿模型和自聚焦算法；
（5）图像处理：利用数字处理机完成遥感图像的复原处理，补偿、校正遥感仪器在获取数据过程中产生的误差、畸变和干扰，根据各种应用目的，对遥感图像进行增强处理和分类，改善影像的视觉效果和可判识性，最后采用人工干预方式，进行机助目视判读，完成地貌探测，图像的运算与增强处理方法采用彩色合成法、对比度变换法、波段组合法、差值增强法、比值增强法、主成分分析法、空间滤波法、掩膜法或多源数据融合法中的任意一种。
本发明利用多位置找寻垂直点的方法，具备可以对探测设备进行校正，使其发出的信号始终垂直于海底平面，有效提高地貌探测精度的优点，解决了潜艇在深海中会因海底的地貌而出现行进水平度的偏差，导致探测设备在进行信息采集时不是始终垂直海底平面而得到的信息，严重影响后期在进行地貌图形绘制时精度的问题，值得推广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：
仪器准备：进行测量所需的仪器设备有激光器、激光接收机、海底接收器、波形记录器、位置显示器、海底探照灯、水下摄像头和数字处理机；
仪器布设：通过潜水艇预先在海底位置安装海底接收器，将激光器安装在潜水艇的底部，海底探照灯与水下摄像头安装在激光器的前方，对行进水域进行照明与监控；
垂直点找寻：在潜水艇底部的激光器处安装激光接收机，从海底接收器的后方开始前进，并以固定时间间隔向海底接收器的位置发射激光束，海底接收器对不同时间间隔激光束接收的信息进行发送，通过波形记录器对接收的时间进行记录，同时发射的激光束出现反射，当激光接收机接收到来自发射光的反射时，代表此时激光器位于海底接收器的正上方，位置显示器记录下此时潜水艇的所处位置，激光器角度被固定；
地貌探测：通过合成孔径声呐探测技术，利用小孔径的声呐换能器阵，通过运动形成虚拟大孔径，经延时补偿生成较均匀的高分辨率图像，且可提取确定目标的精确信息和三维成像，在潜艇的行进过程中，声呐设备输出的竖直方位始终与激光器的固定位置相平行；
图像处理：利用数字处理机完成遥感图像的复原处理，补偿、校正遥感仪器在获取数据过程中产生的误差、畸变和干扰，根据各种应用目的，对遥感图像进行增强处理和分类，改善影像的视觉效果和可判识性，最后采用人工干预方式，进行机助目视判读，完成地貌探测。
2.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（1）中，激光器为掺钕钇铝石榴石激光器，且其发射的激光束波长为1060nm，常用功率为10-80w。
3.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（2）中，海底接收器的接收面与海平面垂直，其通过海下水平仪配合完成安装。
4.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（3）中，激光器可以进行发射角度的调节控制，控制方法采用自动化编程设计，且发射的激光束始终对准海底接收器。
5.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（3）中，激光器的输出端与潜水艇底部水平面之间的初始角度为45-60°，且激光器随着潜水艇的前进对角度进行自动微调。
6.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（3）中，发射激光束的时间间隔相等，且每段时间间隔为固定值，其范围为0.1-0.3s，波形记录器将海底接收器反馈的时间信息进行记录，并对激光器不同角度位置反射所需的时间进行坐标系建立。
7.根据权利要求6所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所建立的坐标系为平面直角坐标系，且选用的建立范围为第一象限和第二象限，其Y轴为海底接收器接收激光束所需的时间点，X轴在第一象限处为激光器所处位置，X轴在第二象限处为激光器的朝向角度。
8.根据权利要求7所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（3）中，当激光器与海底接收器处在同一竖直线上时，此时位于坐标系中Y轴上所绘制的时间点数值最小，即代表此时激光器的输出端指向与海底平面垂直。
9.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（4）中，探测的中心频率为8KHz，典型探测距离为100-2500m，且在数据后期处理时须完善多子阵成像算法、运动补偿模型和自聚焦算法。
10.根据权利要求1所述的一种深海微区地貌高精度遥感定量探测方法，其特征在于：所述步骤（5）中，图像的运算与增强处理方法采用彩色合成法、对比度变换法、波段组合法、差值增强法、比值增强法、主成分分析法、空间滤波法、掩膜法或多源数据融合法中的任意一种。
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2020
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