多波束测深系统安装校正值的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋测量技术领域，设及一种校正值的计算方法，具体指多波束测深 系统安装校正值的计算方法。
【背景技术】
[0002] 多波束测深系统是20世纪60年代W来发展起来的海底地形地貌测量系统，其能 快速、准确地获取大面积海底形态信息，从而为海底地形地貌勘测提供了有效技术手段。多 波束测深系统被广泛应用于海道测量、海洋工程测量、海底资源勘察W及海底光缆路由调 查等领域。
[0003] 在多波束采集水深数据时，多波束换能器的姿态应与罗经和涌浪补偿仪相互间的 姿态在理论上要做到垂直和水平，但由于存在各种不可控因素，多波束换能器的姿态不可 能安装到理想水平，因其在3个轴向上均会产生一定的旋转角而出现偏差，该偏差可W分 解为横摇偏差（简称Roll)、纵摇偏差（简称Pitch)、腊摇偏差（简称Yaw)。而该3项偏差 对测深数据的影响又可分解为测深误差和位置误差。实况数据表明旋转角越大、作业区域 水越深时，存在的测深误差、位置误差也就越大。
[0004] 多波束测深系统的安装校准与改正方法最早由美国国家海洋大气管理局（N0AA) 提出，用于SeaBeam系列多波束测深系统对横摇（Roll)、纵摇（Pitch)、腊摇（Yaw)的偏差 进行改正，并将该个过程称为"斑片试验（PatchTest)"，"斑片试验（PatchTest)"是指将 试验测量的水深数据绘制成等深线图，然后从图上量取等深线的偏移量并作统计分析，从 而计算出横摇（Roll)、纵摇（Pitch)、腊摇（Yaw)的校正值。目前，"斑片试验（PatchTest)" 是多波束测深系统安装校正值计算的通用方法，挪威Simrad公司Neptune后处理软件和加 拿大CARIS多波束后处理软件均采用了该方法。然而"斑片试验（PatchTest)"，一方面， 其在计算过程中需要人员W人机交互的方式进行手动图形匹配，即需要人员从图上手动量 取等深线的偏移量作出统计分析，从而衡量匹配度，存在自动化程度低，作业效率的问题。 另一方面，部分校正如纵摇（Pitch)值和腊摇（Yaw)值肉眼不易判读，计算结果存在误差较 大，很难得出精确的校正值。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种多波束测深系统安装校正值的计算方法，其目的是针对多波束 测深系统在安装过程中存在的安装误差，通过快速、精确计算出安装校正值来消除安装误 差，从而有效保证了多波束测深系统的测量精度，提高了作用效率。
[0006] 本发明通过W下技术方案来实现上述目的：
[0007] 一种多波束测深系统安装校正值的计算方法，包括W下步骤：
[000引 （1)、选定一检测区域，通过多波束测深系统在该检测区域内测出A、B两组水深点 数据；多波束测深系统安装校正值包括横摇校正值、纵摇校正值和腊摇校正值，需要根据不 同的安装校正值在不同的区域采用不同的测量方法获取A、B两组水深点数据。
[0009] (2)、通过断面匹配法计算出A、B两组水深点数据的断面匹配度q，当断面匹配度q 所对应的改正值的精度小于预设精度K时，该断面匹配度q所对应的改正值即为所求的横 摇校正值/纵摇校正值/腊摇校正值。采用断面匹配法水深点投影在同一断面后，后续的 图形匹配可由计算机自动完成，避免了现有"斑片试验（PatchTest)"只能从图上量取等深 线偏移量的工序，解决了其自动化程度低，作业效率的技术问题，能够快速、精确得出所求 校正值，确保了多波束测深系统的测量精度。
[0010] 进一步地，所述断面匹配法进一步包括W下步骤：
[0011] a、将检测区域内的A、B两组水深点投影到同一断面上；
[0012] b、在该断面内建立W检测区域的投影区域中屯、线为X轴，水深为y轴，投影区域 中屯、线的起点为坐标原点（〇,〇)的断面坐标系，断面坐标系内A、B两组水深点的坐标记为 值X,Hy);
[0013] C、根据A、B两组水深点的坐标，在断面坐标系的X轴方向上，按照水深点相互邻近 的原则，对A组水深点和B组水深点进行匹配，形成一系列匹配点对（ai，bi);
[0014] t在校正值变化的合理范围-20°~+20°内，取出N个样本值，此处所说的样本 值即为预设的改正值，用样本值对A、B两组水深点进行改正；匹配点对的水深差为&-Hb，计 算所有匹配点对的水深差值平方和f(a,b) = 2 (&-Hb)2,用W恒量A组水深点和B组水深 点的断面匹配度q;f(a,b)越小，则表明A组水深点和B组水深点的断面匹配度q越好，断 面匹配度q越好则说明A，B两组水深所反映的地形吻合度越好，该正是衡量横摇校正值/ 纵摇校正值/腊摇校正值好坏的重要指标；通过所有匹配点对的水深差值平方和f(a,b)= 2 (&-Hb)2求出每个样本值所对应的断面匹配度q;
[0015] e、采用插值极限法求出满足预设精度K的样本值即为所求的横摇校正值/纵摇校 正值/腊摇校正值。
[0016] 进一步地，所述插值极限法是指；在所有样本值所对应的断面匹配度q中，找出最 大的断面匹配度q所对应的的样本值，然后在该样本值前后各插入一个新的样本，通过迭 代的方法，使得最大的断面匹配度q所对应的样本值无限接近所求取的改正值，当样本值 的变化差值即改正值的精度小于预设精度K时，该样本值即为所求的横摇校正值/纵摇校 正值/腊摇校正值；
[0017] 进一步地，所述预设精度K<0.01°。
[001引进一步地，横摇校正值的存在将导致从斜距到水深转换时存在误差，误差大小与 水深密切相关，水越深转换的深度误差也就越大。求取横摇校正值时，需要在海底地形平坦 的区域，在同一测线上采用相同的船速，相反的航向测取A、B两组水深点数据。
[0019] 进一步地，纵摇校正值的存在主要影响测深、位置偏差；求取纵摇校正值时，需要 在有特征地物的海底，垂直于特征地物的方向布置测线，在同一测线上采用相同的船速，相 反的航向测取A、B两组水深点数据。有特征地物是指能被辨识的物体，例如石头、珊瑚等物 体。或者在第二种区域测得纵摇校正值，即斜坡区域，垂直斜坡的方向布置测线，在同一测 线上采用相同的船速，相反的航向测取A、B两组水深点数据。
[0020] 进一步地，腊摇校正值的存在也会影响测深、位置的偏差，且边缘波束误差较大， 中央波束的误差较小可W忽略。计算腊摇校正值时，需要在有特征地物的海底或者斜坡的 区域，在特征地物上或垂直斜坡方向布置两条平行测线，该两条测线间的间距为水深Hy的 2倍，在两条测线上采用相同的船速及航向测取A、B两组水深点数据。
[0021] 本发明的有益效果是：
[0022] 1、自动化程度高，本发明通过"断面匹配法"能快速、精确求得校正值，该方法只需 划定一检测区域后对水深点进行投影，图形匹配可由计算机自动完成，简化了人员操作难 度，提高了工作效率；有效避免了现有技术中"斑片试验（PatchTest)"只能从图上量取的 工序，解决了自动化程度、作业效率低的问题，确保了多波束测深系统的测量精度。
[002引2、计算效率、精度高，本发明采用"插值极限法"，代替了现有技术中主要采用无法 保证校正值精确的穷举法，插值极限法一方面能确保计算出高精度的校正值，另一方面其 计算量小，进一步确保了多波束测深系统的测量精度，提升了作用效率。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的流程框图；
[0025] 图2为本发明中检测区域水深点分布图；
[0026] 图3为本发明中的断面坐标系；
[0027] 图4为匹配度与改正值的关系对应曲线图：
[002引图5为实施例中匹配度与改正值的关系对应曲线图。
【具体实施方式】
[0029] 下面将结合附图及具体实施例对本发明及其效果作进一步阐述。
[0030] 如图1所示，一种多波束测深系统安装校正值的计算方法，包括W下步骤：
[0031] (1)、选定一检测区域，通过多波束测深系统在该检测区域内测出A、B两组水深点 数据；
[0032] (2)、通过断面匹配法计算出A、B两组水深点数据的断面匹配度q，当断面匹配度q 所对应的改正值的精度小于预设精度K时，该断面匹配度q所对应的改正值即为所求的横 摇校正值/纵摇校正值/腊摇校正值。采用断面匹配法水深点投影在同一断面后，后续的 图形匹配可由计算机自动完成，避免了现有"斑片试验（PatchTest)"只能从图上量取等深 线偏移量的工序，解决了其自动化程度低，作业效率的技术问题，能够快速、精确得出所求 校正值，确保了多波束测深系统的测量精度。
[003引如图2检测区域水深点分布图所示，其中实屯、圆点为A组水深点数据，空屯、圆点为B组水深点数据，矩形框为选定的检测区域的投影区域，虚线为投影区域中屯、线。
[0034] 所述断面匹配法进一步包括W下步骤：
[0035]a、将检测区域内的A、B两组水深点投影到同一断面上；
[0036] b、在该断面内建立W检测区域的投影区域中屯、线为X轴，水深为y轴，投影区域 中屯、线的起点为坐标原点（〇,〇)的断面坐标系，断面坐标系内A、B两组水深点的坐标记为 值X,Hy);
[0037] C、根据A、B两组水深点的坐标，在断面坐标系的X轴方向上，按照水深点相互邻近 的原则，对A组水深点和B组水深点进行匹配，形成一系列匹配点对（ai，bi);例如图3中所 示的匹配点对（a2，bi)