一種單波束測深儀水深粗差檢測修正方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種單波束測深儀水深粗差檢測修正方法，包括輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，利用水深值進(jìn)行閾值判定，將水深采集點(diǎn)序列分割成多個(gè)地形鏈；對各地形鏈的權(quán)值進(jìn)行判斷，標(biāo)記為P=0或2，對地形鏈權(quán)值P=0的地形鏈中水深采集點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)完成后標(biāo)記地形鏈的權(quán)P=1。本發(fā)明針對原始水深值粗差處理問題，創(chuàng)新性地提出地形鏈的概念，設(shè)計(jì)了一種新的針對單波束測深儀水深觀測值的粗差檢測與修正方案，針對長江流域的單波束測深數(shù)據(jù)處理表明，對各類粗差有明顯的檢測和修正效果。
【專利說明】一種單波束測深儀水深粗差檢測修正方法及系統(tǒng)
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及水深檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種單波束測深儀水深粗差檢測修正方法及系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0003]水下地形測量需要綜合處理定位、測深、潮汐觀測以及包括延遲改正、吃水改正、姿態(tài)改正等因素在內(nèi)的數(shù)據(jù)。水深數(shù)據(jù)是水下地形測量中最重要的數(shù)據(jù)源之一。測深裝置從原始的測桿、測繩、水壓式測深儀、繩索式測深儀逐步發(fā)展起來。20世紀(jì)20年代出現(xiàn)了單波束回聲測深，單波束回聲測深儀的出現(xiàn)對人類探索水下世界具有劃時(shí)代的意義。其原理是通過換能器向水下發(fā)射聲波，再經(jīng)換能器接收回波。根據(jù)聲速及往返的時(shí)間計(jì)算水深。20世紀(jì)70年代，又在單波束的基礎(chǔ)上研制了多波束測深儀，能一次獲取與航跡垂直平面內(nèi)一條一定寬度的水深條帶，具有測量范圍大、速度快和精度高的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)的測深技術(shù)對水下的點(diǎn)、線測量發(fā)展到面測量。相較于單波束測量儀，多波束測量儀價(jià)格要昂貴的多，一臺多波束的價(jià)格往往可以買幾十臺單波束，使用中還需要高精度的姿態(tài)儀調(diào)配使用，數(shù)據(jù)量及后期處理工作量也相對較大。另外，由于其測量寬度與水深成正比，在內(nèi)河測深中其測量寬度的優(yōu)勢也相對減弱。因此，雖然多波束儀在海洋深水測量中優(yōu)勢巨大，但在內(nèi)河航道測深中，單波束測深儀仍然是最為普及的現(xiàn)代水深測量裝置。
[0004]單波束水下地形測量時(shí)，利用RTK (實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)差分法)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航定位，測量船依據(jù)預(yù)先設(shè)定好的計(jì)劃線航行，單波束測深儀以設(shè)定的頻率不斷地測得原始水深值，并通過潮位改正、吃水位改正、延時(shí)改正、姿態(tài)改正等，得到水下點(diǎn)的高程。
[0005]由于單波束測深儀利用聲波進(jìn)行測量，即使在聲速設(shè)定正確的條件下，原始的水深觀測值也常受以下幾個(gè)方面的影響而產(chǎn)生粗差:一是發(fā)射脈沖遇到浮游生物、懸浮物和懸空管道等物體時(shí)，測深儀的發(fā)射脈沖到不了水底而被這些水中物體發(fā)射回來，造成所測水深的錯(cuò)誤，水深值表現(xiàn)為突然變淺甚至為零值(吃水深度)；二是由于設(shè)備多次發(fā)射、潛水混響及發(fā)射余振影響，水深值表現(xiàn)為大幅突變加深。此外，由于船的尾流、水中氣泡的影響，大大削弱了回波的強(qiáng)度，增大了額外的干擾，也對觀測值有不同程度的影響。
[0006]原始的水深粗差值往往表現(xiàn)為較大的深度突變，必須進(jìn)行剔除和數(shù)值的恢復(fù)。傳統(tǒng)的解決水深數(shù)據(jù)粗差的方法一般是靠有經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員，用手工的方式，通過比較數(shù)值的大小或分析水深的變化趨勢等手段進(jìn)行判別處理，但效率較低。另外，也有一些水深異常的自動(dòng)處理算法，如中值濾波法、深度門技術(shù)、趨勢面分析法等，但仍各有不足。如趨勢面分析法除涉及多項(xiàng)式階數(shù)選取、門限選擇外，還要求測線布設(shè)較密。中值濾波法等常規(guī)濾波對連續(xù)異常處理能力較差，且正常點(diǎn)易受粗差影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明目的是提供一種單波束測深儀水深粗差檢測修正技術(shù)方案。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
一種單波束測深儀水深粗差檢測修正方法，包括以下步驟:
步驟1，輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，設(shè)原始的長度為η的水深采集點(diǎn)序列Z中包含η個(gè)水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn，序號分別為1，2，…，η，水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn的水深值依次記為水深值H1, H2,......Hn ;
步驟2，利用水深值H1, H2,……Hn進(jìn)行閾值判定，將水深采集點(diǎn)序列Z分割成N個(gè)地形鏈C1, C2,……CN；
步驟3，對各地形鏈的權(quán)值進(jìn)行判斷，判斷方式為，對于某地形鏈Ck，如果滿足以下三個(gè)條件之任一，則地形鏈Ck的地形鏈權(quán)值P=0，否則定權(quán)P=2，
設(shè)Hl代表左側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈左側(cè)的權(quán)值P=2的地形鏈Cx時(shí)，令Hl等于Cx最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值，否則令Hl等于Ck的第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；Hr代表右側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈右側(cè)的地形鏈Cy，其中Cy的長度L要滿足L>U，L0為預(yù)設(shè)的右鄰長度閾值，取Cy中第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值Hr，否則令Hr為Ck的最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；
條件1，地形鏈Ck的長度小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1 ；
條件2，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)地形鏈Ck起點(diǎn)序號為Sk，終點(diǎn)序號為Ek，其中序號為[(Ek+SK)/2]的水深采集點(diǎn)的水深值為HM，存在IHm-HciIxi^t1為異常跳變點(diǎn)判定閾值，[]表示去尾法取整；
其中，H。為參考水深值，H0=(Hl+Hr)/2 ；
條件3，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于L1時(shí)，設(shè)其前L1個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值的集合為Ha，存在一個(gè)水深值H e Hck,滿足IH-2H11 <T0或者| Η-3Η11 <Τ0 ；
步驟4，對地形鏈權(quán)值P=O的地形鏈中水深采集點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式為，對于權(quán)值P=O的某地形鏈Ck，設(shè)其起點(diǎn)序號為Sk,令X=Sk，其終點(diǎn)序號為Ek，令Y=Ek ;若能夠?qū)ふ业紺k左側(cè)第一個(gè)P幸O的地形鏈Q(jìng)，則令X等于Q的終點(diǎn)序號Ey否則X=Sk不變；若能夠?qū)ふ业紺k右側(cè)第一個(gè)PfO的地形鏈CK，則令Y等于Ck的起點(diǎn)序號SK，否則Y=Ek不變；
對于Ck中的任一水深采集點(diǎn)Zi,其與序號為X、Y的相應(yīng)水深采集點(diǎn)Zx和Zy的平面距離 Dix= I G1-GxI I, Diy= I G1-GyI |，其中 I I I I 為 Euclidean 范數(shù)，G1、GX、GY 分別為水深采集點(diǎn)Zi' Zx和Zy的坐標(biāo)向量，則Zi點(diǎn)的水深值為Hi=Hx+ Dix X (Hy-Hx) / (DiX+DiY)，
對于Ck中的所有水深采集點(diǎn)分別修復(fù)完成后，標(biāo)記地形鏈Ck的權(quán)P=I。
[0009]而且，步驟2的實(shí)現(xiàn)方式為，水深采集點(diǎn)序列Z中，第一個(gè)水深采集點(diǎn)Z1歸屬于地形鏈C1，然后逐個(gè)判斷Z1, Z2,……Zn處是否進(jìn)行分割；
對于當(dāng)前地形鏈ck，設(shè)當(dāng)前判斷出水深采集點(diǎn)Zi屬于地形鏈ck，判斷下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+1處是否進(jìn)行分割的實(shí)現(xiàn)方式為，如果有IHw-HiK T0或I UHi+(H1-HiJ) |〈 T。，T0為預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值，則水深采集點(diǎn)Zi+1屬于當(dāng)前地形鏈Ck，繼續(xù)判斷再下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+2處是否進(jìn)行分割，否則當(dāng)前地形鏈Ck終止于Zi且從下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+1開始新的地形鏈Ck+1，如果水深采集點(diǎn)序列中所有水深采集點(diǎn)都已判斷完畢，則對水深采集點(diǎn)序列分割完成。
[0010]一種單波束測深儀水深粗差檢測修正系統(tǒng)，包括以下模塊:
輸入模塊，用于輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，設(shè)原始的長度為η的水深采集點(diǎn)序列Z中包含η個(gè)水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Ζη，序號分別為1，2，…，η，水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn的水深值依次記為水深值H1, H2,……Ηη。
[0011]閾值判定模塊，用于利用水深值H1, H2,……Hn進(jìn)行閾值判定，將水深采集點(diǎn)序列Z分割成N個(gè)地形鏈C1, C2,……Cn;
權(quán)值判斷模塊，用于對各地形鏈的權(quán)值進(jìn)行判斷，判斷方式為，對于某地形鏈Ck，如果滿足以下三個(gè)條件之任一，則地形鏈Ck的地形鏈權(quán)值P=0，否則定權(quán)P=2，
設(shè)Hl代表左側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈左側(cè)的權(quán)值P=2的地形鏈Cx時(shí)，令Hl等于Cx最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值，否則令Hl等于Ck的第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；Hr代表右側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈右側(cè)的地形鏈Cy，其中Cy的長度L要滿足L>U，L0為預(yù)設(shè)的右鄰長度閾值，取Cy中第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值Hr，否則令Hr為Ck的最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；
條件1，地形鏈Ck的長度小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1 ；
條件2，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)地形鏈Ck起點(diǎn)序號為Sk，終點(diǎn)序號為Ek，其中序號為[(Ek+SK)/2]的水深采集點(diǎn)的水深值為HM，存在IHm-HciIxi^t1為異常跳變點(diǎn)判定閾值，[]表示去尾法取整；
其中，H。為參考水深值，H0=(Hl+Hr)/2 ；
條件3，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于L1時(shí)，設(shè)其前L1個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值的集合為Ha，存在一個(gè)水深值H e Hck,滿足IH-2H11 <T0或者| Η-3Η11 <Τ0 ；
修復(fù)模塊，用于對地形鏈權(quán)值P=O的地形鏈中水深采集點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式為，對于權(quán)值P=O的某地形鏈Ck，設(shè)其起點(diǎn)序號為Sk，令X=Sk，其終點(diǎn)序號為Ek，令Y=Ek ;若能夠?qū)ふ业紺k左側(cè)第一個(gè)P古O的地形鏈Q(jìng)，則令X等于Q的終點(diǎn)序號Ey否則X=Sk不變；若能夠?qū)ふ业紺k右側(cè)第一個(gè)P Φ O的地形鏈CK，則令Y等于Ck的起點(diǎn)序號SK，否則Y=Ek不變；對于Ck中的任一水深采集點(diǎn)Zi,其與序號為X、Y的相應(yīng)水深采集點(diǎn)Zx和Zy的平面距離 Dix= I G1-GxI I, Diy= I G1-GyI |，其中 I I I I 為 Euclidean 范數(shù)，G1、GX、GY 分別為水深采集點(diǎn)Zi' Zx和Zy的坐標(biāo)向量，則Zi點(diǎn)的水深值為Hi=Hx+ Dix X (Hy-Hx) / (DiX+DiY)，
對于Ck中的所有水深采集點(diǎn)分別修復(fù)完成后，標(biāo)記地形鏈Ck的權(quán)P=I。
[0012]而且，閾值判定模塊中，進(jìn)行閾值判定的實(shí)現(xiàn)方式為，水深采集點(diǎn)序列Z中，第一個(gè)水深采集點(diǎn)Z1歸屬于地形鏈C1，然后逐個(gè)判斷Z1, Z2,……Zn處是否進(jìn)行分割；
對于當(dāng)前地形鏈ck，設(shè)當(dāng)前判斷出水深采集點(diǎn)Zi屬于地形鏈ck，判斷下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+1處是否進(jìn)行分割的實(shí)現(xiàn)方式為，如果有IHw-HiK T0或I UHi+(H1-HiJ) |〈 T。，T0為預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值，則水深采集點(diǎn)Zi+1屬于當(dāng)前地形鏈Ck，繼續(xù)判斷再下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+2處是否進(jìn)行分割，否則當(dāng)前地形鏈Ck終止于Zi且從下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+1開始新的地形鏈Ck+1，如果水深采集點(diǎn)序列中所有水深采集點(diǎn)都已判斷完畢，則對水深采集點(diǎn)序列分割完成。
[0013]本發(fā)明基于地形連續(xù)性的特點(diǎn)提出一種以所謂地形鏈為基本處理單元的新技術(shù)方案，成功檢測到多種水深異常值，并進(jìn)行了線性插值修復(fù)。實(shí)現(xiàn)過程簡單、粗差檢測效果明顯。本方法基于水深測量中異常水深造成的原因和異常特點(diǎn)，創(chuàng)新提出了地形鏈的概念，較好地適應(yīng)了這類特殊數(shù)據(jù)的粗差檢測，在檢測異常粗差水深方面效果明顯。除能有效處理多倍水深、零水深等突然跳變外，對于粗差值連續(xù)出現(xiàn)多個(gè)時(shí)的抵制效果明顯優(yōu)于其他方法，另外本方法對于判定為正確的點(diǎn)不予修改，區(qū)別于常規(guī)濾波法，本方法最大的特點(diǎn)在于能使異常水深附近的正常值避免受錯(cuò)誤值的影響。針對長江流域的單波束測深數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明技術(shù)方案對各類粗差有明顯的檢測和修正效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的流程框圖；
圖2是原始水深序列一示意圖；
圖3是原始水深序列一的中值濾波法處理序列圖；
圖4是原始水深序列一的加權(quán)平均濾波法處理序列圖；
圖5是原始水深序列一的本發(fā)明方法處理序列圖；
圖6是原始水深序列二示意圖；
圖7是原始水深序列二的中值濾波法處理序列圖；
圖8是原始水深序列二的加權(quán)平均濾波法處理序列圖；
圖9是原始水深序列二的本發(fā)明方法處理序列圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0016]單波束測深儀是現(xiàn)代海洋測量尤其是內(nèi)河水下地形測量中的主要測量儀器。即使在聲速設(shè)定正確的前提下，單波束測深儀的觀測值仍然會有各類型的粗差。本發(fā)明針對其原始水深值粗差處理問題，基于地形連續(xù)性的特點(diǎn)提出地形鏈的概念，通過給地形鏈配置一個(gè)權(quán)重值屬性，用它來標(biāo)定該地形鏈為真實(shí)地形或假水深。
[0017]地形鏈的定義:連續(xù)的水深觀測值的集合C稱之為一條地形鏈，其中任意點(diǎn)與相鄰兩點(diǎn)的水深值H差異都沒有超過一個(gè)限值或者滿足其他用戶定義的限制規(guī)則。
[0018]地形鏈的屬性:設(shè)地形鏈的起始水深點(diǎn)序號S，地形鏈的終止水深點(diǎn)序號E，地形鏈的權(quán)值P，地形鏈的長度L，其中L=E-S+1，一般來說，地形鏈的長度L越長，該地形鏈的可靠性也就越大，其為真實(shí)地形的可能性也就越大。
[0019]地形鏈的權(quán)值確定原則:當(dāng)?shù)匦捂溨泻挟惓Ｋ钪等缌阒禃r(shí)，地形鏈權(quán)值P=O ；地形鏈中的點(diǎn)確定都為真實(shí)水深點(diǎn)時(shí)，定權(quán)P=2 ;權(quán)值為零的地形鏈經(jīng)過插值修正，地形鏈權(quán)值設(shè)為P=I。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例流程框架如圖1所示，具體實(shí)施時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員可采用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程的自動(dòng)運(yùn)行。實(shí)施例提供具體的方法步驟如下:
步驟1，輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，設(shè)有原始的長度為η的水深采集點(diǎn)序列Z= [I1, Z2,……ZJ，其中包含η個(gè)水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn,序號分別為I, 2，…，η。對于每一個(gè)水深采集點(diǎn)，包含水深值H、坐標(biāo)向量G Cr，_f)等信息。水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn的水深值依次記為水深值H1, H2,……Ηη。
[0021]步驟2，水深采集點(diǎn)序列的地形鏈分解:即利用水深采集點(diǎn)的水深值H進(jìn)行分析、通過閾值判定等原則分割為N個(gè)地形鏈C1, C2,……Cn，構(gòu)成集合C=IC1, C2,……CN}。具體來說，從水深采集點(diǎn)序列的起始水深點(diǎn)開始，逐個(gè)判斷是否進(jìn)行分割，分割得到的地形鏈依次為C1, C2,……Cn。
[0022]具體來說，作為起始條件，水深采集點(diǎn)序列Z中第一個(gè)水深采集點(diǎn)Z1歸屬于地形鏈C1，然后逐個(gè)判斷Z1, Z2,……Zn處是否進(jìn)行分割。對于當(dāng)前地形鏈ck，設(shè)當(dāng)前判斷出水深采集點(diǎn)Zi屬于地形鏈Ck，設(shè)Zi水深值Hi為當(dāng)前水深值，接著判斷下一個(gè)水深采集點(diǎn)Zi+1處是否進(jìn)行分割。如果下一個(gè)水深采集點(diǎn)Zi+1的水深值Hi+1與當(dāng)前水深值Hi之差的絕對值小于閾值Ttl或者當(dāng)?shù)匦捂淐k當(dāng)前長度大于等于2時(shí)，下一個(gè)序列點(diǎn)Zi+1的水深值Hi+1與在考慮地形一階變化趨勢的預(yù)測值之差的絕對值小于閾值Ttl，(如取Ttl=0.3)S卩IHw-Hi I〈 T0或I Hi+1- (Hi+ (H1-HH)) I < T0,則下一個(gè)水深采集點(diǎn)Zi+1屬于當(dāng)前地形鏈Ck，繼續(xù)按同樣方式判斷再下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+2處是否進(jìn)行分割，否則當(dāng)前地形鏈Ck終止于Zi且從下一個(gè)水深采集點(diǎn)Zi+1開始新的地形鏈ck+1，如果水深采集點(diǎn)序列中所有水深采集點(diǎn)都已判斷完畢，則水深采集點(diǎn)序列的地形鏈分解過程結(jié)束，此時(shí)分割得到的地形鏈總數(shù)即N。具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行根據(jù)情況預(yù)先設(shè)置閾值Ttl的取值。
[0023]步驟3，地形鏈權(quán)值判斷:利用地形鏈的長度L、地形鏈中的水深值及其與相鄰地形鏈中水深值的關(guān)系等判定地形鏈的權(quán)值。具體來說，對于某地形鏈Ck，如果滿足以下三個(gè)條件之任一，則地形鏈權(quán)值P=O，否則定權(quán)p=2。
[0024]設(shè)Hl代表左側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈左側(cè)的權(quán)值P=2的地形鏈Cx時(shí)，令Hl等于Cx最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值，否則令Hl等于Ck的第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值。設(shè)Hr代表右側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈右側(cè)的地形鏈Cy，其中Cy的長度L要滿足L>U，取其第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值Hr，否則令Hr為Ck的最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值。Ltl為預(yù)設(shè)的右鄰長度閾值。
[0025]條件I):當(dāng)?shù)匦捂湹拈L度小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，可以認(rèn)為此鏈的長度過短，可靠性較低，定地形鏈權(quán)值P=O。
[0026]條件2):當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)其起點(diǎn)序號為Sk，終點(diǎn)序號為Ek，其中序號為[(Ek+SK)/2]([]表示去尾法取整)的水深采集點(diǎn)的水深值為HM，若存在I Hm-H0 I >1\，T1為預(yù)設(shè)的異常跳變點(diǎn)判定閾值，則定地形鏈權(quán)值P=0。
[0027]其中，H。為參考水深值，H。= (HI+Hr)/2。
[0028]條件3):當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)其前L1個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值的集合為Ha，若存在一個(gè)水深值H e Hck,滿足IH-2H11 <T0或者| Η-3Η11 <Τ0,則地形鏈定權(quán)值P=O。
[0029]具體實(shí)施時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可自行根據(jù)情況設(shè)置閾值LpLc^T1的取值。建議預(yù)設(shè)的閾值L1=SAci滿足U>3，如Ltl=1即可，過長的地形鏈雖然更可靠，但卻容易丟掉距離近的地形鏈。T1相對前文Ttl 一般較大，如1\=3。
[0030]步驟4，對地形鏈權(quán)值P=O的地形鏈中水深采集點(diǎn)的修復(fù):利用兩側(cè)權(quán)值不為零的地形鏈中的水深點(diǎn)的坐標(biāo)G和水深H信息，利用距離加權(quán)進(jìn)行線性插值，得到權(quán)值為零點(diǎn)的地形鏈中各點(diǎn)水深值。
[0031]具體來說，對于權(quán)值P=O的某地形鏈Ck，其起點(diǎn)序號為Sk，令X=Sk，其終點(diǎn)序號為Ek,令Y=Ek ;若能夠?qū)ふ业紺k左側(cè)第一個(gè)P古O的地形鏈Q(jìng)，則令X等于Q的終點(diǎn)序號Ey即X=&，否則X=Sk不變；若能夠?qū)ふ业紺k右側(cè)第一個(gè)P Φ O的地形鏈CK，則令Y等于Ck的起點(diǎn)序號SK，即Y=SK，否則Y=Ek不變；
對于Ck中的每個(gè)水深采集點(diǎn)分別修復(fù)，對Ck中的任一水深采集點(diǎn)Zi,其與序號為X、Y的相應(yīng)水深采集點(diǎn)ZdP Zy的平面距離Dix=I G1-Gx I，DiY=| G1-Gy |，其中| | | |為Euclidean范數(shù)，G1、GX、GY分別為水深采集點(diǎn)ZpZx和Zy的坐標(biāo)向量，則Zi點(diǎn)的水深值為Hi=Hx+ Dix X (Hy-Hx)/(DiX+DiY)。對于Ck中的所有水深采集點(diǎn)分別修復(fù)完成后，標(biāo)記地形鏈Ck的權(quán)P=I。
[0032]類似于其他各類算法，如中值濾波要設(shè)置窗口大小值，加權(quán)平均要設(shè)置權(quán)值，本文方法實(shí)現(xiàn)時(shí)也不可避免的涉及到地形鏈判定閾值等閾值的設(shè)定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可依經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。這類閾值往往依測量區(qū)域和水深采樣參數(shù)的確定而具有一定的穩(wěn)定性，選定后無須頻繁更改。
[0033]為檢測本發(fā)明技術(shù)方案的效果，本文利用長江流域紅花磧河段水下地形測量中利用HY-1600進(jìn)行1:500水下地形圖測量時(shí)，水深采樣頻率為5Hz，換能器吃水深度0.45m,以采集的水深數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別用中海達(dá)水深測量數(shù)據(jù)處理商業(yè)軟件中的兩種濾波算法以及本文方法進(jìn)行效果對比分析。
[0034]中海達(dá)商業(yè)軟件中的兩種算法為中值濾波法和加權(quán)平均法。
[0035]中值濾波法Ai=HiecHHj, j E [i_M，i+M] Π [I, N]}, Hj為序號為j的水深點(diǎn)的水深值，i e [1，扣，其中21+1為中值濾波的窗口大小』為水深序列長度，1116(1{}為序列取中值操作。h為濾波后序號為i的水深點(diǎn)的水深值。
[0036]加權(quán)平均法所得濾波后的水深值:hfEAp A2,…，A2M+1][氏_?，-,Hi,…，HiJT，i e [1，N]，H為水深值，Hg，-,Hi,…，Hi+M為序號為1-Μ,…，i，…，i+M的水深點(diǎn)的水深值，對于不在觀察序列中的點(diǎn)，水深值補(bǔ)為零值，且其中2M+1為中值濾波的窗口大小，A =[A1；A2,…，A2M+1]為水深值對應(yīng)的權(quán)值向量，且A中各元素和為I。N為水深序列長度，[]τ為轉(zhuǎn)置運(yùn)算。Iii為濾波后序號為i的水深點(diǎn)的水深值。
[0037]本發(fā)明選用幾處典型的粗差異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了效果分析:
圖2表示原始水深序列一，水深序列中有明顯的起伏的異常水深，其中兩處向下的跳變?yōu)榈湫偷膬杀端町惓?，而兩處向上跳?其中一處持續(xù)較長)為典型的零水深異常(水深值僅為吃水深度值)。幾種算法中，如圖3的中值濾波法處理序列圖，窗口大小9，可見中值濾波法有一定的處理效果，對兩處跳變進(jìn)行了較為成功的判斷和僅為合理的濾波，但由于其中一處異常持續(xù)時(shí)間長，中值濾波法受窗口大小的固有限制無法很好的處理，效果一般。如圖4的加權(quán)平均濾波處理序列圖，權(quán)值比為1:1:2:1:1，可見加權(quán)平均法具有抵制異常點(diǎn)的功能，但一方面會對臨近異常點(diǎn)的正常水深產(chǎn)生影響，另一方面對于持續(xù)較長的連續(xù)異常抵制能力也較差。而本發(fā)明方法成功地檢測到了這幾種異常水深值并進(jìn)行了合理的修正，參見圖5。
[0038]圖6表示原始水深序列二，水深序列中有明顯的起伏的異常水深，其中兩處向下的跳變?yōu)榈湫偷膬杀端町惓＃鴥商幭蛏咸儤O有可能為懸浮物或氣泡等產(chǎn)生的假水深。幾種算法中，如圖7的中值濾波法處理序列圖，窗口大小9，可見中值濾波法有一定的處理效果，對兩處跳變進(jìn)行了較為成功的判斷和僅為合理的濾波。如圖8的加權(quán)平均濾波處理序列圖，權(quán)值比為1:1:2:1:1，可見加權(quán)平均法具有抵制異常點(diǎn)的功能，但臨近異常點(diǎn)的正常水深值會受到影響。而本發(fā)明方法成功地檢測到了這幾種異常水深值并進(jìn)行了合理的修正，參見圖9。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例還提供了相應(yīng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案，一種單波束測深儀水深粗差檢測修正系統(tǒng)，包括以下模塊:
輸入模塊，用于輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，設(shè)原始的長度為η的水深采集點(diǎn)序列Z中包含η個(gè)水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Ζη，序號分別為1，2，…，η，水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn的水深值依次記為水深值H1, H2,……Hn ；
閾值判定模塊，用于利用水深值H1, H2,……Hn進(jìn)行閾值判定，將水深采集點(diǎn)序列Z分割成N個(gè)地形鏈C1, C2,……Cn;
權(quán)值判斷模塊，用于對各地形鏈的權(quán)值進(jìn)行判斷，判斷方式為，對于某地形鏈Ck，如果滿足以下三個(gè)條件之任一，則地形鏈Ck的地形鏈權(quán)值P=0，否則定權(quán)P=2，
設(shè)Hl代表左側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈左側(cè)的權(quán)值P=2的地形鏈Cx時(shí)，令Hl等于Cx最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值，否則令Hl等于Ck的第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；Hr代表右側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈右側(cè)的地形鏈Cy，其中Cy的長度L要滿足L>U，L0為預(yù)設(shè)的右鄰長度閾值，取Cy中第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值Hr，否則令Hr為Ck的最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；
條件1，地形鏈Ck的長度小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1 ；
條件2，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)地形鏈Ck起點(diǎn)序號為Sk，終點(diǎn)序號為Ek，其中序號為[(Ek+SK)/2]的水深采集點(diǎn)的水深值為HM，存在IHm-HciIxi^t1為異常跳變點(diǎn)判定閾值，[]表示去尾法取整；
其中，H。為參考水深值，H0=(Hl+Hr)/2 ；
條件3，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于L1時(shí)，設(shè)其前L1個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值的集合為Ha，存在一個(gè)水深值H e Hck,滿足IH-2H11 <T0或者| Η-3Η11 <Τ0 ；
修復(fù)模塊，用于對地形鏈權(quán)值P=O的地形鏈中水深采集點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式為，對于權(quán)值P=O的某地形鏈Ck，設(shè)其起點(diǎn)序號為Sk，令X=Sk，其終點(diǎn)序號為Ek，令Y=Ek ;若能夠?qū)ふ业紺k左側(cè)第一個(gè)P古O的地形鏈Q(jìng)，則令X等于Q的終點(diǎn)序號Ey否則X=Sk不變；若能夠?qū)ふ业紺k右側(cè)第一個(gè)P Φ O的地形鏈CK，則令Y等于Ck的起點(diǎn)序號SK，否則Y=Ek不變；對于Ck中的任一水深采集點(diǎn)Zi,其與序號為X、Y的相應(yīng)水深采集點(diǎn)Zx和Zy的平面距離 Dix= I G1-GxI I, Diy= I G1-GyI |，其中 I I I I 為 Euclidean 范數(shù)，G1、GX、GY 分別為水深采集點(diǎn)Zi' Zx和Zy的坐標(biāo)向量，則Zi點(diǎn)的水深值為Hi=Hx+ Dix X (Hy-Hx) / (DiX+DiY)，
對于Ck中的所有水深采集點(diǎn)分別修復(fù)完成后，標(biāo)記地形鏈Ck的權(quán)P=I。
[0040]各模塊具體實(shí)現(xiàn)與方法步驟相應(yīng)，本發(fā)明不予贅述。
[0041]以上實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種單波束測深儀水深粗差檢測修正方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，設(shè)原始的長度為η的水深采集點(diǎn)序列Z中包含η個(gè)水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn，序號分別為1，2，…，η，水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn的水深值依次記為水深值H1, H2,......Hn ; 步驟2，利用水深值H1, H2,……Hn進(jìn)行閾值判定，將水深采集點(diǎn)序列Z分割成N個(gè)地形鏈C1, C2,……CN； 步驟3，對各地形鏈的權(quán)值進(jìn)行判斷，判斷方式為，對于某地形鏈Ck，如果滿足以下三個(gè)條件之任一，則地形鏈Ck的地形鏈權(quán)值P=0，否則定權(quán)P=2， 設(shè)Hl代表左側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈左側(cè)的權(quán)值P=2的地形鏈Cx時(shí)，令Hl等于Cx最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值，否則令Hl等于Ck的第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；Hr代表右側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈右側(cè)的地形鏈Cy，其中Cy的長度L要滿足L>U，L0為預(yù)設(shè)的右鄰長度閾值，取Cy中第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值為Hr，否則令Hr為Ck的最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值； 條件1，地形鏈Ck的長度小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1 ； 條件2，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)地形鏈Ck起點(diǎn)序號為Sk，終點(diǎn)序號為Ek，其中序號為[(Ek+SK)/2]的水深采集點(diǎn)的水深值為HM，存在IHm-HciIxi^t1為異常跳變點(diǎn)判定閾值，[]表示去尾法取整； 其中，H。為參考水深值，H0=(Hl+Hr)/2 ； 條件3，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于L1時(shí)，設(shè)其前L1個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值的集合為Ha，存在一個(gè)水深值H e Hck,滿足IH-2H11 <T0或者| Η-3Η11 <Τ0 ； 步驟4，對地形鏈權(quán)值P=O的地形鏈中水深采集點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式為，對于權(quán)值P=O的某地形鏈Ck，設(shè)其起點(diǎn)序號為Sk,令X=Sk，其終點(diǎn)序號為Ek，令Y=Ek ;若能夠?qū)ふ业紺k左側(cè)第一個(gè)P幸O的地形鏈Q(jìng)，則令X等于Q的終點(diǎn)序號Ey否則X=Sk不變；若能夠?qū)ふ业紺k右側(cè)第一個(gè)PfO的地形鏈CK，則令Y等于Ck的起點(diǎn)序號SK，否則Y=Ek不變； 對于Ck中的任一水深采集點(diǎn)Zi,其與序號為X、Y的相應(yīng)水深采集點(diǎn)Zx和Zy的平面距離 Dix= I G1-GxI I, Diy= I G1-GyI |，其中 I I I I 為 Euclidean 范數(shù)，G1、GX、GY 分別為水深采集點(diǎn)Zi' Zx和Zy的坐標(biāo)向量，則Zi點(diǎn)的水深值為Hi=Hx+ Dix X (Hy-Hx) / (DiX+DiY)， 對于Ck中的所有水深采集點(diǎn)分別修復(fù)完成后，標(biāo)記地形鏈Ck的權(quán)P=I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述單波束測深儀水深粗差檢測修正方法，其特征在于:步驟2的實(shí)現(xiàn)方式為，水深采集點(diǎn)序列Z中，第一個(gè)水深采集點(diǎn)Z1歸屬于地形鏈C1，然后逐個(gè)判斷Z1, Z2,……Zn處是否進(jìn)行分割； 對于當(dāng)前地形鏈Ck，設(shè)當(dāng)前判斷出水深采集點(diǎn)Zi屬于地形鏈Ck，判斷下一個(gè)水深采集點(diǎn)Zi+1處是否進(jìn)行分割的實(shí)現(xiàn)方式為，如果有IHw-HiK T0或I Hw-Oli+(H1-HiJ) |〈 T。，T0為預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值，則水深采集點(diǎn)Zi+1屬于當(dāng)前地形鏈Ck，繼續(xù)判斷再下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+2處是否進(jìn)行分割，否則當(dāng)前地形鏈Ck終止于Zi且從下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+1開始新的地形鏈Ck+1，如果水深采集點(diǎn)序列中所有水深采集點(diǎn)都已判斷完畢，則對水深采集點(diǎn)序列分割完成。
3.一種單波束測深儀水深粗差檢測修正系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊: 輸入模塊，用于輸入原始的水深采集點(diǎn)序列數(shù)據(jù)，設(shè)原始的長度為η的水深采集點(diǎn)序列Z中包含η個(gè)水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Ζη，序號分別為1，2，…，η，水深采集點(diǎn)Z1, Z2,……Zn的水深值依次記為水深值H1, H2,……Hn ； 閾值判定模塊，用于利用水深值H1, H2,……Hn進(jìn)行閾值判定，將水深采集點(diǎn)序列Z分割成N個(gè)地形鏈C1, C2,……Cn; 權(quán)值判斷模塊，用于對各地形鏈的權(quán)值進(jìn)行判斷，判斷方式為，對于某地形鏈Ck，如果滿足以下三個(gè)條件之任一，則地形鏈Ck的地形鏈權(quán)值P=0，否則定權(quán)P=2， 設(shè)Hl代表左側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈左側(cè)的權(quán)值P=2的地形鏈Cx時(shí)，令Hl等于Cx最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值，否則令Hl等于Ck的第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值；Hr代表右側(cè)參考水深值，當(dāng)找到該地形鏈右側(cè)的地形鏈Cy，其中Cy的長度L要滿足L>U，L0為預(yù)設(shè)的右鄰長度閾值，取Cy中第一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值為Hr，否則令Hr為Ck的最后一個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值； 條件1，地形鏈Ck的長度小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1 ； 條件2，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于預(yù)設(shè)的長度閾值L1時(shí)，設(shè)地形鏈Ck起點(diǎn)序號為Sk，終點(diǎn)序號為Ek，其中序號為[(Ek+SK)/2]的水深采集點(diǎn)的水深值為HM，存在IHm-HciIxi^t1為異常跳變點(diǎn)判定閾值，[]表示去尾法取整； 其中，H。為參考水深值，H0=(Hl+Hr)/2 ； 條件3，當(dāng)?shù)匦捂淐k長度不小于L1時(shí)，設(shè)其前L1個(gè)水深采集點(diǎn)的水深值的集合為Ha，存在一個(gè)水深值H e Hck,滿足IH-2H11 <T0或者| Η-3Η11 <Τ0 ； 修復(fù)模塊，用于對地形鏈權(quán)值P=O的地形鏈中水深采集點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)方式為，對于權(quán)值P=O的某地形鏈Ck，設(shè)其起點(diǎn)序號為Sk，令X=Sk，其終點(diǎn)序號為Ek，令Y=Ek ;若能夠?qū)ふ业紺k左側(cè)第一個(gè)P古O的地形鏈Q(jìng)，則令X等于Q的終點(diǎn)序號Ey否則X=Sk不變；若能夠?qū)ふ业紺k右側(cè)第一個(gè)P Φ O的地形鏈CK，則令Y等于Ck的起點(diǎn)序號SK，否則Y=Ek不變；對于Ck中的任一水深采集點(diǎn)Zi,其與序號為X、Y的相應(yīng)水深采集點(diǎn)Zx和Zy的平面距離 Dix= I G1-GxI I, Diy= I G1-GyI |，其中 I I I I 為 Euclidean 范數(shù)，G1、GX、GY 分別為水深采集點(diǎn)Zi' Zx和Zy的坐標(biāo)向量，則Zi點(diǎn)的水深值為Hi=Hx+ Dix X (Hy-Hx) / (DiX+DiY)， 對于Ck中的所有水深采集點(diǎn)分別修復(fù)完成后，標(biāo)記地形鏈Ck的權(quán)P=I。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述單波束測深儀水深粗差檢測修正系統(tǒng)，其特征在于:閾值判定模塊中，進(jìn)行閾值判定的實(shí)現(xiàn)方式為，水深采集點(diǎn)序列Z中，第一個(gè)水深采集點(diǎn)Z1歸屬于地形鏈C1，然后逐個(gè)判斷Z1, Z2,……Zn處是否進(jìn)行分割； 對于當(dāng)前地形鏈Ck，設(shè)當(dāng)前判斷出水深采集點(diǎn)Zi屬于地形鏈Ck，判斷下一個(gè)水深采集點(diǎn)Zi+1處是否進(jìn)行分割的實(shí)現(xiàn)方式為，如果有IHw-HiK T0或I Hw-Oli+(H1-HiJ) |〈 T。，T0為預(yù)設(shè)的相應(yīng)閾值，則水深采集點(diǎn)Zi+1屬于當(dāng)前地形鏈Ck，繼續(xù)判斷再下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+2處是否進(jìn)行分割，否則當(dāng)前地形鏈Ck終止于Zi且從下一個(gè)水深采集點(diǎn)zi+1開始新的地形鏈Ck+1，如果水深采集點(diǎn)序列中所有水深采集點(diǎn)都已判斷完畢，則對水深采集點(diǎn)序列分割完成。
【文檔編號】G01F23/296GK104180873SQ201410441855
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】劉力, 簡波, 孫再剛, 張建春, 沈繼青 申請人:長江航道測量中心