基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法

摘要

本发明公开了一种基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法。本发明在实测条带测深数据基础上，通过可调大小的移动子窗，加载距离反比、均值、样条和克里格等多种可变算子，通过子窗内已有水深值来估算待处理的水深点，并通过阈值自动识别误差点，进而对其作出删除或修正的快速处理，还将处理结果在三视图上展示，从而达到自动识别、可视去噪与修正误差之目的。该发明兼顾了人机交互具有可视且易操作，以及自动处理效率高的双重优点，并克服了传统方法固有的缺陷，可大幅提升多波束测深数据的处理工作效率，还有效提升了实测数据的利用率，在海底探测、海洋测绘、海底地形地貌自动成图等方面均具有非常重要的实际应用价值。

主权项

一种基于移动子窗与可变算子的多波束测深数据自动处理方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1：多波束测深数据加载，按采集顺序加载一个多波束测深数据文件，按照以测深数据的Ping编号为横坐标、以Beam编号为纵坐标建立测深数据二维矩阵M为最大Ping号，N为最大Beam号，i、j、M和N均为自然数；Ping为多波束测深一次发射的顺序编号，Beam为一次发射Ping中所对应的测深点的顺序编号；每个测深点dep_i,j包括Ping号、Beam号、经度值Lon、纬度值Lat、水深值d_i,j、处理后的水深值D_i,j、横摇值Roll、纵摇值Pitch、艏摇值Yaw、船艏起伏值Heave、表层声速值svp和识别标志Mark信息；步骤2：多波束测深数据的分类展示，2.1)以下述模式之一建立二维坐标系：a)以Ping为x轴，Beam为y轴；b)以Ping为x轴、以水深值为y轴；c)以Beam为x轴，以水深为y轴；2.2)以Ping为x轴、Beam为y轴、水深为z轴建立三维坐标系；2.3)根据dep_i,j中识别标志Mark值展示测深点：a)当Mark>0时，为删除的测深点，不需要展示该点；b)当Mark＝0时，是未处理的或处理后确认为好测深点，以实心圆来表示，其颜色值按照水深值自浅至深用渐变的颜色来表达；c)当Mark<0时，是处理后被修正的测深点，采用空心圆来表示，其颜色值按照水深值自浅至深用渐变的颜色来表达；2.4)将Ping值相同的测深点dep_i,j，按照Beam值的大小顺序用线连接，形成多波束测深剖面；2.5)采用条带中的地形总体变化原则来判断测深数据MBES是否存在误差，如无误差则结束处理；如有误差数据，可手动处理，或者转入步骤3进行自动处理；步骤3：多波束自动处理的参数设置，3.1)设置处理子窗口$\mathrm{win}=\{{\mathrm{dep}}_{k,l}{\}}_{\underset{l=l1.l2}{k=k1,k2}},$其中，$\mathrm{win}⋐\mathrm{MBES};$k1＝i‑0.5m,k2＝i+0.5m，当k1<0时k1＝0，当k2>M时k2＝M；l1＝j‑0.5n，l2＝j+0.5n，当l1<0时l1＝0，当l2>N时l2＝N；m和n分别为win的长和宽，可根据N值自动设置为m＝n＝N/10，或由外部直接输入；k、k1、k2、l、l1、l2、m和n均为自然数；3.2)设置自动处理算子，ProcMethod，为下述情形之一：a)距离反比算子，DRW:公式1：$D_{i,j}=(\underset{k=k1}{\overset{k2}{\Sigma }}\underset{l=l1}{\overset{l2}{\Sigma }}{w}_{k,l}\times d_{k,l})÷\left(\underset{k=k1}{\overset{k2}{\Sigma }}\underset{l=l1}{\overset{l2}{\Sigma }}{w}_{k,l}\right);$公式2：w_k,l＝1÷((k‑i)²+(l‑j)²)；d_k,l为测深点dep_k,l所对应的水深值，D_i,j为处理后的水深值；b)均值算子:公式3：$D_{i,j}=\frac{1}{m\times n}\underset{k=k1}{\overset{k2}{\Sigma }}\underset{l=l1}{\overset{l2}{\Sigma }}{d}_{k,l};$c)克里格算子：公式4：其中，为权值系数，采用克里格方法计算；d)其他算子：由用户自由构建权值系数即B样条或者最小二乘，采用公式4来建立算子；3.3)设置数据处理方式，ProcType：删除时ProcType＝0，修正时ProcType＝1；步骤4：多波束测深数据的自动处理，4.1)按照Beam和Ping的大小顺序，并按照先Beam、后Ping的方式在二维矩阵中移动子窗口win，并采用步骤3.2)中选择的算子ProcMethod，计算D_i,j；4.2)按下述公式评估D_i,j和d_i,j：公式5：per＝100×|d_i,j‑D_i,j|÷D_i,j；a)如果per≤err，则dep_i,j为好测深点，该点可予以保留且不做任何处理，此时设置识别标志Mark为0；err为测深误差阈值，缺省值为2％，也可由外部直接输入；b)如果per＞err，则dep_i,j为坏测深点；如果ProcType＝0，则删除该测深点，且设置识别标志Mark为1；如果ProcType＝1，则用D_i,j替代d_i,j，且设置识别标志Mark为‑1；4.3)移动子窗口win，依次处理完MBES后，转入所述的步骤2，重新展示处理后的多波束测深数据。