[发明专利]一种基于MBES的海底沙波地貌运动探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到海洋测绘、海底地形地貌调查研究和海底科学等技术领域，具体是指一种基于MBES的海底沙波地貌运动探测方法。

背景技术

多波束测深(MBES,Multi-Beam Echo Sounding)技术代表当代测深领域最新发展的高新技术成果，是多传感器复杂集成与多源数据高度融合的综合处理系统。多波束测深系统于20世纪60年代萌芽于美国海军需求，80年代开始商业化，90年代引进中国并大规模应用。多波束测深与传统的单波束测深相比具有高分辨率、高精度、高效率和全覆盖的显著特点。该技术目前广泛应用于海底水深测量与地形地貌调查研究，如海底沙波、沙脊地貌的探测等。

海底沙波是一种在潮流环境下广泛分布的海底形态，是一种活动性极强的海底地貌类型，一般而言，海底沙波的出现表征了海底底形的强烈活动性。沙波发育在海底床面上的特征形态，被认为是海底床面沉积物为适应水流剪切作用而产生变形、从而使床面发生规律变化的形态。我国邻近海域砂质底形十分发育，从渤海东岸浅滩、北黄海、苏北岸外、东海扬子滩，到台湾海峡和南海北部海区都有大面积的水下沙波分布。研究沙波的运动变化规律，不仅对沙质海岸地貌演变过程和沙质陆架的沉积演变具有重要意义，同时对于海底管线与石油平台等海洋工程建设的安全评估具有重要的应用价值。

国内外对于海底沙波的研究历史悠久，现有的沙波运动研究方法主要有：数值模型计算方法、遥感探测方法和海底定位观测方法等。数值计算方法精度较低，且不同的数值计算方法结果差异很大，遥感方法难以精确的定位且精度较低，在海底沙波年运动仅几米或十余米的海区，这两种方法显得无能为力。海底定位观测方法精度高，但缺点是难以实施且成本较高，仅适用在小范围的海区进行海底沙波运动探测，对于沙波在垂向变化观测比较适合，对于沙波水平运动观测较为困难。多波束测深是当前最先进的海底地形地貌探测方法，如何使用该技术进行海底沙波短周期运动的精确探测与计算显得尤为重要。从检索的公开资料分析，目前尚无与本发明完全一致的方法适用于海底沙波地貌的探测与计算问题。

发明内容

本发明针对海底沙波地貌运动难以准确探测与定量计算问题，提出基于MBES的海底沙波地貌运动探测与计算方法，从而实现海底沙波地貌运动的高效探测与运动速率的准确计算。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

基于MBES的海底沙波地貌运动探测与计算方法，包括下列步骤：

步骤1：基于MBES的海底沙波探测前准备

（1）设备检测与标定：多波束测深系统是一种复杂的海底地形地貌探测系统，在测量之前所有仪器设备均需按照国家标准GB/T 12763.10-2007进行自校或送法定计量机构进行标定，以保证所有传感器处于正常工作状态，保证仪器精度符合国标要求。多波束系统的测深精度达到分米级甚至厘米级，GPS定位精度达到亚米级或分米级。

（2）潮位站布设：围绕沙波测量区布设2～4个临时验潮站，获取临时潮位资料Tide={tide_i}_i=1,4，以控制测区潮位。

（3）声速剖面测量：开始勘测前，必须在测区附近进行声速剖面测量,至少获取测区一个声速剖面Svp={v_i}_i=1,n1，n1为声速剖面层数。

步骤2：基于MBES的海底沙波地貌的探测

可采取十字正交测线或矩形区域两种布线方式进行海底沙波的多波束探测，具体步骤如下：

(1)十字测线探测法：在沙波区布设十字正交测线，其中一条平行沙波走向，一条垂直沙波走向。测线的宽度D应大于沙波的波长d，测线的长度L应大于沙波的横向延伸距离l。勘测时要求直线航行，船速6节左右，偏航小于5m,多波束全开角勘测，全程GPS有差分信号。

或(2)矩形区域探测法：在沙波区布设矩形区域，矩形的长边应平行沙波走向，短边垂直沙波走向，矩形的长边A应大于沙波的横向延伸距离l，矩形的短边B应大于沙波波长d的两倍。要求直线航行，船速6节左右，偏航小于5m,多波束全开角勘测，全程GPS有差分信号。

形成首次探测原始数据集合Raw_t1={raw1_i}，t1为海底地形测量时间。

步骤3：基于MBES实测数据的DDM(Digital Depth Model，简称网格)构建