CN114563019B - 单波束时延检校方法 - Google Patents

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Abstract

单波束时延检校方法，属于时延检校技术领域，包括以下步骤：步骤S1:通过多波束测深系统，对标定场地进行测量，生成数字高程模型，得到数字高程模型数据。步骤S2:通过单波束测深系统，对标定场地进行测量，获得带有时延的单波束水下地形数据。步骤S3:根据得到的数字高程模型数据与单波束水下地形数据，并通过地形匹配技术，解算得到最优的时延参数。步骤S4:通过得到的时延参数，改正单波束水下地形数据，并进行验证。步骤S4:通过得到的时延参数，改正单波束测深系统的单波束水下地形数据，并进行验证。本发明通过利用DEM作为基础数据，解决了时延参数解算失败或者时延参数解算精度较低的问题。

Description

单波束时延检校方法
技术领域
本发明属于时延检校技术领域，尤其涉及单波束时延检校方法。
背景技术
常规的单波束系统作业一般采用单波束测深仪结合GNSS定位系统进行，获取的水深数据与定位数据通过数据链(RS232/422，网络)等接口传输给计算机并记录。由于两个设备的数据采集和传输时存在不同的时间偏差，数据传输与记录也存在延迟，进而导致了获取的测量数据存在偏差，一般称为时延。
如图1所示，时延会降低水深测量的精度，导致平滑的等高线称为波浪线。如图2及图3所示，传统的解决方案是通过选取特征水下地形(如陡坎、斜坡)，通过：①对向测线，等速采集数据；②同向测线，不同速度采集数据这两种方式计算时延。
这两种技术方案存在的主要问题是涉水测量一般采用船舶进行，受潮流的影响一般难以精确在指定测线上进行测量，导致获取的数据往往难以计算时延，或者计算的时延精度较低，无法满足相关改正参数的需要。
发明内容
本发明目的在于提供一种单波束时延检校方法,以解决时延参数解算失败或者时延参数解算精度较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
单波束时延检校方法，包括以下步骤：
步骤S1:通过多波束测深系统，对标定场地进行测量，生成数字高程模型，得到数字高程模型数据。
步骤S2:通过单波束测深系统，对标定场地进行测量，获得带有时延的单波束水下地形数据。
步骤S3:通过地形匹配技术、根据得到的数字高程模型数据与单波束水下地形数据，解算得到最优的时延参数。
步骤S4:通过得到的时延参数，改正单波束水下地形数据，并进行验证。
进一步，所述步骤S1包括以下步骤：
S101:选定适当标定场地；
S102:基于多波束测深系统，对标定场地进行水下地形测量，获得高分辨率高精度的标定场地多波束水下地形数据；
S103:根据获得的多波束水下地形数据，得到标定场地的三维坐标数据；
S104:根据所述的三维坐标数据，建立数字高程模型，得到数字高程模型数据。
进一步，数字高程模型数据，每个平面坐标X1与平面坐标Y1，都对应一个高程值ZDEM，其可以表示为：
ZDEM＝f(X1，Y1)。
进一步，所述步骤S2包括以下步骤：控制单波束测深仪和GNSS定位设备，对所述标定场地进行水下地形测量，获取带有时延的单波束水下地形数据。
进一步，所述带有时延的单波束水下地形数据包括航迹线、观测时间、平面定位数据和水深数据。
进一步，所述步骤S3包括以下步骤：
对带有时延的单波束水下地形数据进行检查核对，根据测线的航迹线和采集的水深数据，与数字高程模型的数据进行地形匹配，计算数字高程模型数据与单波束水下地形数据之间的延迟关系，通过解算得到最优的时延参数。
进一步，所述单波束水下地形数据的高程值由平面位置和时间确定，其表示为:
z＝f(x2，y2，t)，
其中，x2代表测线的平面坐标x，y2代表测线的平面坐标y，t代表采集时间t。
进一步，时延计算公式包括：
F(Δt)min＝(ZDEM-z’)2min，
其中，z’＝f’(x2，y2，t+Δt)；
所述解算的过程包括以下步骤：在用户给定的时间延迟范围内，时间延迟是F(Δt)为最小值时的时间延迟Δt。
进一步，所述步骤S4包括以下步骤：
步骤S401:通过得到的时延参数，改正单波束测深系统的单波束水下地形数据；
步骤S402：对改正的单波束测深系统的单波束水下地形数据进行验证，若精度满足实际工作需要，则保存并输出数据；若精度不满足要求，则需要检查数据，并再次对时延参数进行解算。
计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或代码集，所述计算机程序或所述代码集被处理器执行时实现所述的单波束时延检校方法。
本发明具有以下优点：由于利用了DEM作为基础数据，仅需采集一根测线的数据，就可以与基础数据进行比较并解算得到时延的结果，降低了检校的时间，减少了检校的成本。
所述多波束测深系统，具有全覆盖、高分辨率、高精度和高密度等特征，使用多波束测深仪对单波束时延进行检校，可以提高检校的准确率，增加检校结果的可信度。
本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
附图说明
图1为本发明的时延影响示意图；
图2为本发明的同向测线示意图；
图3为本发明的反向测线示意图；
图4为本发明的一种流程示意图。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。
一种单波束时延检校方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1:通过多波束测深系统，对标定场地进行测量，生成数字高程模型，得到数字高程模型数据。
步骤S2:通过单波束测深系统，对标定场地进行测量，获得带有时延的单波束水下地形数据。
步骤S3:通过地形匹配技术计算定位数据与单波束水下地形数据之间的延迟关系。
步骤S4:计算得到精确的时延用于单波束水下地形数据的改正。
本实施例中，所述单波束测深系统包括单波束测深仪与GNSS定位设备。
所述步骤S1包括以下步骤：
S101:选定适当标定场地；
S102:基于多波束测深系统，对标定场地进行水下地形测量，获得高分辨率高精度的标定场地多波束水下地形数据；
S103:根据获得的多波束水下地形数据，得到标定场地的三维坐标数据；
S104:根据所述的三维坐标数据，建立数字高程模型(DEM)，得到数字高程模型(DEM)数据。
所述的高精度的数字高程模型(DEM)，可以详细地反映该区域的水下地形情况，精度高分辨率高。
所述步骤S103中，三维坐标数据包括平面坐标X1、平面坐标Y1与高度坐标Z。
对于数字高程模型(DEM)数据，每个平面坐标X1与平面坐标Y1，都对应一个高程值ZDEM，其可以表示为函数：
ZDEM＝f(X1，Y1)。
所述步骤S2包括以下步骤：控制单波束测深仪和GNSS定位设备，对所述标定场地进行水下地形测量，获取带有时延的单波束水下地形数据。所述有时延的单波束水下地形数据包括观测时间、平面定位数据和水深数据。所述观测时间包括测线的采集时间t，所述平面定位数据包括测线的平面坐标x与测线的平面坐标y，水深数据为高度z。
对于单波束测线获取的原始地形数据，数据的高程值由平面位置和时间确定，其可以表示为函数：z＝f(x2,y2,t)。
上式中，x2代表测线的平面坐标x，y2代表测线的平面坐标y，t代表数据的采集时间t。
所述带有延迟的水下地形数据至少为一根测线的数据。由于利用了DEM作为基础数据，最少仅需采集一根测线的数据，就可以与基础数据进行比较并解算得到时延的结果，降低了检校的时间，减少了检校的成本。
所述多波束测深系统，具有全覆盖、高分辨率、高精度和高密度等特征，使用多波束测深仪对单波束时延进行检校，可以提高检校的准确率，增加检校结果的可信度。
所述步骤S3包括以下步骤：对带有时延的单波束水下地形数据进行检查核对，根据测线的航迹线和采集的水深数据，与数字高程模型(DEM)数据进行地形匹配，解算得到最优的时延参数。
对于增加时延的地形数据，有：
z’＝f’(x2，y2，t+Δt)。
其中Δt为时延的时间，x2为t时的测线的平面坐标x，y2为t时的测线的平面坐标y，z’为t+Δt时的水深数据。
时延计算即搜索两组数据ZDEM与z’，在同一平面位置上，高程误差最小时的时间改正值，其公式表示包括：
F(Δt)min＝(ZDEM-z’)2min。
解算过程包括以下步骤：在用户给定的时间延迟范围内(如0.1秒到5秒)，时间延迟是F(Δt)为最小值时的Δt。在解得时间延迟的值之后，将其代入函数z中，对单波束水下地形数据进行改正。
然后利用得到的时延参数对有时延的单波束水下地形数据进行改正，并利用改正后的单波束水下地形数据与DEM数据进行比对，验证得到的时延数据是否满足要求，即求取以下公式的结果是否小于用户给定的值(如0.15m)：
其中，n为(ZDEM-z’)的个数，n-1为统计学中的自由度。
如果精度满足实际工作需要，则保存数据并输出；若精度不满足要求，则需要检查数据，并再次对时延参数进行解算。
本发明利用了多波束测深系统全覆盖、高分辨率、高精度和高密度的特征的特点建立了DEM模型，并基于DEM模型计算单波束测深数据的延迟参数，检定场的DEM可重复用于求解延迟参数，同时也无需要采用传统的同向和反向测线进行参数求解，最少仅需采集一根测线便可用于时延参数的计算，大幅降低了测线采集对船舶及操作等的要求。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.单波束时延检校方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:通过多波束测深系统，对标定场地进行测量，生成数字高程模型，得到数字高程模型数据；步骤S2:通过单波束测深系统，对标定场地进行测量，获得带有时延的单波束水下地形数据；步骤S3:通过地形匹配技术、根据得到的数字高程模型数据与单波束水下地形数据，解算得到最优的时延参数；步骤S4:通过得到的时延参数，改正单波束水下地形数据，并进行验证；
所述步骤S3包括以下步骤：
对带有时延的单波束水下地形数据进行检查核对，根据测线的航迹线和采集的水深数据，与数字高程模型数据进行地形匹配，计算数字高程模型数据与单波束水下地形数据之间的延迟关系，通过解算得到最优的时延参数；
所述单波束水下地形数据的高程值由平面位置和时间确定，其表示为:
z=f(x2，y2，t)，
其中，x2代表测线的平面坐标x， y2代表测线的平面坐标y，t代表采集时间t；
时延计算公式包括：
F(Δt)min=（ZDEM-z’）2min，
其中，z’=f’(x2，y2，t+Δt)；
所述解算的过程包括以下步骤：在用户给定的时间延迟范围内，解算得出的时间延迟是F(Δt)为最小值时的时间延迟Δt；
所述带有延迟的水下地形数据至少为一根测线的数据。
2.根据权利要求1所述的单波束时延检校方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S101:选定适当标定场地；
S102:基于多波束测深系统，对标定场地进行水下地形测量，获得标定场地多波束水下地形数据；
S103:根据获得的多波束水下地形数据，得到标定场地的三维坐标数据；
S104:根据所述的三维坐标数据，建立数字高程模型，得到数字高程模型数据。
3.根据权利要求2所述的单波束时延检校方法，其特征在于，所述数字高程模型数据，每个平面坐标X1与平面坐标Y1，都对应一个高程值ZDEM，其表示为：
ZDEM= f（X1，Y1）。
4.根据权利要求2所述的单波束时延检校方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：控制单波束测深仪和GNSS定位设备，对所述标定场地进行水下地形测量，获取带有时延的单波束水下地形数据。
5.根据权利要求4所述的单波束时延检校方法，其特征在于，所述带有时延的单波束水下地形数据包括航迹线、观测时间、平面定位数据和水深数据。
6.根据权利要求1-5任一项所述的单波束时延检校方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S401:通过得到的时延参数，改正单波束测深系统的单波束水下地形数据；
S402：对改正的单波束测深系统的单波束水下地形数据进行验证，若精度满足实际工作需要，则保存并输出数据；若精度不满足要求，则需要检查数据，并再次对时延参数进行解算。
7.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序或代码集，所述计算机程序或所述代码集被处理器执行时实现权利要求1-6任一项所述的单波束时延检校方法。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5870192A (en) * 1998-05-08 1999-02-09 Barker; Lynn M. Multibeam visar using image coupling from one optical fiber bundle to another through the visar interferometer
CN101526616A (zh) * 2009-03-26 2009-09-09 上海大学 多波束声纳回波图像地形校正方法
CN104180873A (zh) * 2014-09-02 2014-12-03 长江航道测量中心 一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统
CN104949692A (zh) * 2015-06-25 2015-09-30 江苏中海达海洋信息技术有限公司 多波束测深系统安装校正值的计算方法
CN106871901A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 哈尔滨工程大学 一种基于地形特征匹配的水下地形匹配导航方法
CN107643082A (zh) * 2017-09-05 2018-01-30 东南大学 基于多波束的多路径并行iccp水下地形匹配方法
CN110081864A (zh) * 2019-04-24 2019-08-02 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局 一种顾及水深值的水深测量综合延迟改正方法
CN110441758A (zh) * 2019-07-18 2019-11-12 中国科学院光电研究院 一种星载线阵多波束测高激光雷达的在轨几何定标方法
CN113532438A (zh) * 2021-07-23 2021-10-22 东南大学 一种大初始定位误差下的改进iccp地形匹配方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101858972B (zh) * 2010-03-23 2013-01-30 深圳市蓝韵实业有限公司 基于延时参数实时计算和流水线的多波束合成方法和装置
CN103344954B (zh) * 2013-07-08 2014-07-02 国家海洋局第二海洋研究所 一种基于多来源水深数据融合的海底地形地貌构建方法
CN103400405B (zh) * 2013-08-01 2014-06-11 国家海洋局第二海洋研究所 基于海底数字水深模型特征提取的多波束水深图构建方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5870192A (en) * 1998-05-08 1999-02-09 Barker; Lynn M. Multibeam visar using image coupling from one optical fiber bundle to another through the visar interferometer
CN101526616A (zh) * 2009-03-26 2009-09-09 上海大学 多波束声纳回波图像地形校正方法
CN104180873A (zh) * 2014-09-02 2014-12-03 长江航道测量中心 一种单波束测深仪水深粗差检测修正方法及系统
CN104949692A (zh) * 2015-06-25 2015-09-30 江苏中海达海洋信息技术有限公司 多波束测深系统安装校正值的计算方法
CN106871901A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 哈尔滨工程大学 一种基于地形特征匹配的水下地形匹配导航方法
CN107643082A (zh) * 2017-09-05 2018-01-30 东南大学 基于多波束的多路径并行iccp水下地形匹配方法
CN110081864A (zh) * 2019-04-24 2019-08-02 长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局 一种顾及水深值的水深测量综合延迟改正方法
CN110441758A (zh) * 2019-07-18 2019-11-12 中国科学院光电研究院 一种星载线阵多波束测高激光雷达的在轨几何定标方法
CN113532438A (zh) * 2021-07-23 2021-10-22 东南大学 一种大初始定位误差下的改进iccp地形匹配方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DEM生成算法并行化研究;吕建峰, 刘定生, 焦伟利, 李国庆;中国图象图形学报(05);全文 *
Feasibility study of multiplexing method using digital signal encoding technique;Kyu Bom Kim et al.;Nuclear Engineering and Technology;第52卷;全文 *
地形匹配辅助导航中匹配区域的选择;郑彤等;中国惯性技术学报;第17卷(第2期);说明书第1-5节 *
基于激光雷达的多路径地形匹配算法;孟海东;王祺;慕春棣;陈丽萍;;计算机仿真(02);全文 *
多种物探仪器在海底路由管线检测中的综合应用探讨;胡建炯等;第三届长三角科技论坛（测绘分论坛）暨’2006江苏省测绘学术年会;全文 *
水深测量中单波束测深延时效应的改正和分析;梁佳;第二届"测绘科学前沿技术论坛"论文精选;正文第一-四节 *

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