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多波束测深边缘波束误差的综合校正 第27卷第4期 2005年7月 海洋 ACTAOCEAN0LoGICASINICA V01.27.No.4 July2005 多波束测深边缘波束误差的综合校正 吴自银,金翔龙,郑玉龙,李家彪,余平. (1.浙江大学地球科学系,浙江杭州310028;2.国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;3.广州 海洋地质调查局,广东广州510760) 摘要:边缘波束误差是影响多波束测深数据精度的主要因素,数据精度影响其可信度和使用范围, 也是进行相关研究的基础.多波束勘测系统声呐参数的精确校正,勘测区声场模型的建立以及实时 勘测海洋噪声的合理剔除是影响边缘波束数据质量的关键因素,严重时甚至导致勘测数据出现沿 测线方向的条带状假地形或地形位置偏移.上述因素对多波束勘测数据的影响是一个综合作用的 过程,靠单一的校正或编辑方法很难提高采集数据的精度.以多波束勘测原理和声学理论为指导, 以多波束实测数据为研究基础和分析对象,运用GIS面向对象方法,全面分析造成多波束勘测大 误差边缘波束的原因,并探寻改善已勘测多波束大误差数据,提高数据精度的综合处理方法,最终 以可视化的方式实现人机交互处理.该项研究成果已初步应用于海洋项目总图编绘工作,并取得了 预期效果. 关键词:多波束;边缘波束处理;噪声编辑;误差校正 中图分类号:P283;P209文献标识码:A文章编号:0253—4193(2005)04—0088—07 1引言 多波束测深系统是当代海洋基础勘测中的一项 高新技术产品.它采取多组阵和广角发射接收,并形 成条幅式高密度测深数据,是计算机技术,导航定位 技术和数字化传感器技术等多种高新技术的高度集 成,是一种全新的高精度全覆盖式测深系统[1q].从 20世纪90年代我国首次引进SeaBeam多波束勘测 系统以来,多波束勘测系统的引进呈蓬勃增加之势, 其中比较典型的多波束测深系统有美国SB1公司的 SeaBeam深水多波束测深系统,挪威Simard公司的 EM多波束测深系列,德国AlliedSignalELAC Nautik公司的ElacBottomChart1180/1050多波 束测深系统,STNATLASELEKTRONIK公司的 ATLASFansweep多波束测深系统及美国RES0N 公司的SeaBat多波束测深系统等[2],其中SeaBeam 深水系统在大洋调查和边缘海深水区勘测中起到重 要作用,EM950和ElacBottomChart1180/1050 中浅水多波束勘测系统被应用于海洋环境调查项 目,SeaBat浅水系统在光缆路由调查中起到重要作 用. 近年来开展了数个基础勘测项目,获取了相关 海域的多波束测深资料,但在上述多波束勘测数据 的后处理成图过程中也发现了一些问题(见图1). 图1a位于陆架浅水区域,从该图看出等深线极不光 滑,左部等深线呈南北向抖动,右下部等深线呈西 南一北东向抖动,反映了沿航迹方向的假地形.图 1b是用在深水区采集的多波束数据绘制的等值线 图,跟踪该图中单一等深线不难发现等深线极不光 滑,甚至相邻等深线在局部抖动区呈平行状,在该图 的左上部有一假海沟状地形,西南一北东向等深线 在该处被截止,通过实测航迹分析,上述地形均为沿 收稿日期:2004-01—04;修订日期:2004-07—08. 基金项目:大洋技术项目资助(DY105—03—01—07);863青年基金资助项目(2002AA616010);海洋局基金资助项目(2002316) 作者简介:吴自银(1972一),男,河南省光山县人,副研究员,从事海洋地质及信息技术研究.E-mail:ziyinwu@163.com 4期吴白银等:多波束测深边缘波束误差的综合校正89 航迹方向的假地形.图1c位于深海平原区,该图等 深线均呈锯齿状,甚至相互平行,实测的航迹为南北 向,通过三维图分析,基于该数据反映的海底形态为 南北向延伸,相互平行类砂脊状地形,是典型的假地 形.图1所显现的精度问题具有一定的代表性,这种 精度问题必须得到彻底解决才能制作符合规范要求 的海底地形图件.本文研究工作的目的在于对九 五期间已勘探的相关多波束数据进行全面分析,探 寻出现精度问题的原因并提出相应的解决办法,然 后用获得的经验和方法再去指导后续的多波束勘测 和相关研究工作. 图1测深误差数据实例 2多波束测深误差源分析 在多波束系统测量过程中由于仪器自噪声,海 况因素,声呐参数设置不合理或者使用了较大误差 的声速剖面,致使测量资料不可避免地存在假信号 (噪声),造成虚假地形,从而使绘制的海底地形图与 真实海底存在差异(图1)rlq].为了提高海底地形 图的精度,必须消除这些假地形信号,为此首先对实 时采集的测深资料进行编辑或校正,剔除假