[发明专利]基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法

说明书

技术领域

本发明涉及海底地形地貌制图、海洋测绘、海洋地理信息系统、计算机图形学和海底科学等技术领域。

背景技术

声速剖面（Sound Velocity Profile,SVP）是实现多波束准确勘测必须的基本参数。声速剖面一般通过直接法（仪器测定）和间接法（声速经验模型）确定。目前，声速剖面测量设备的采样率普遍可达到20Hz，如果按1m/s的仪器下降速度算，100m水深所采集的声速剖面数据点的数量将达到2000组。在深水区进行多波束勘测，SVP数据量将非常庞大。高采样密度的声速剖面数据，导致射线追踪与波束脚印归算的运算时间大幅增加，从而降低了多波束勘测工作效率，有时甚至导致多波束系统不能正常运行。很多多波束测深系统对所使用SVP的数量提出了限制，如：最早引进我国的深水多波束系统SeaBeam 2112就限制声速剖面数据文件中声速数据不超过30行；又如：Kongsberg EM系列多波束系统对输入到处理单元用于实时射线追踪计算的SVP文件进行限制，要求声速剖面文件不能大于30kB，对于EM710、EM302和EM 122，最大采用数据点数量不超过1000组，对于更老型号的系统，则不超过570组。为了提升多波束勘测与数据处理的时效性，必须筛除原始声速剖面中的冗余点，同时需要评估和控制精简后的声速剖面所带来的误差。

目前对于声速剖面简化的方法多采取人工方法挑选声速剖面特征点，但人工方法挑选的SVP精度难以评估，也易遗漏SVP的特征点，同时效率也非常低。也有方法通过选定一定深度值大小的窗口，对声速数据进行滑动平均后，将所求的平均声速值作为窗口中心位置深度所对应的声速值，但此方法可能会遗漏原始声速剖面的特征点。

在申请专利“一种适用海底探测与假地形处理的实测SVP重构方法（申请号：201310152512）”中提到“使用D-P算法，对原始SVP剖面进行特征提取与拟合，调整曲线偏离因子D来拟合并简化原始SVP，保留原始SVP曲线的拐点”，该专利主要目的是对SVP曲线的特征提取而非删除曲线冗余点，同时该专利未给出SVP曲线简化的技术细节，最重要的一点是因为声速剖面的坐标维度不同，无法直接采用基于D-P算法的距离判断的方法来进行剖面精简，因为该算法所依赖的物理模型与数学模型已经发生改变，但该专利未给出如何解决坐标维度不同问题的具体方案。

发明内容

本发明公开了一种基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法，以解决因原始测量的声速剖面数据量大而严重影响多波束测深的工作效率问题。基于声速维最大偏移量的计算来快速精简声速剖面，并通过射线追踪和均方差分析评估简化后的声速剖面精度，同时以阈值自动调节为纽带，实现了声速剖面的自动精简、评估与优选。

本发明是通过下述技术方案得以实现的：

基于声速最大偏移的声速剖面快速精简与自动优选方法，包括下列步骤：

1）形成原始声速剖面数据集

1.1)若有声速剖面，直接形成声速剖面数据集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n，i为声速剖面序号，n为采集的声速剖面个数，i和n均自然数；

1.2)若无声速剖面，可采用声速剖面采集仪器，在海洋中获取原始声速剖面，并形成原始声速剖面数据集合SVP_in＝{in_svp_i}_i＝1,n；

1.3)每个声速剖面in_svp_i＝{P_j＝(d_j,v_j)}_j＝1,m，其中，P_j为声速剖面点，d_j和v_j为每个声速剖面点P_j所对应的深度值和声速值，m为声速剖面中的有效点数，j和m均为自然数；

1.4)输出一个声速剖面in_svp_i，转入步骤2）；

2)确定优选阈值区间

2.1）输入声速剖面in_svp_i；

2.2）遍历声速剖面in_svp_i，获取声速项的最小值v_s和最大值v_e；

T_step＝0.001×(v_e-v_s)，T_step为阈值自动计算步长；