一种岛礁区水下空间结构精细刻画方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种岛礁区水下空间结构精细刻画方法及系统，利用高精度的多波束地形数据结合全球海底地形数据中的岛礁区的水下斜坡地形数据，通过归一化各种数据，网格插值形成数据网格，然后融合多源数据网格，再进行网格的修正及评估，最终构建出岛礁区空间结构模型，利用多种来源的数据解决了部分岛礁区水深数据量不足的问题，在数据处理过程中利用多重步骤解决了不同格式数据结合效果较差的问题，提高了岛礁三维重建的精度，解决了岛礁区水下斜坡地形无法获取高精度数据以及多源数据无缝拼接的问题。缝拼接的问题。缝拼接的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种岛礁区水下空间结构精细刻画方法及系统


[0001]本专利技术涉及海洋测绘领域，特别是涉及一种基于多源数据融合的岛礁区水下空间结构精细刻画方法及系统。

技术介绍

[0002]全球大洋水深数据具有多元性、复杂性。充分融合多源、多精度、多时间的水深数据，构建水下地形模型，是众多学者所关注的问题。目前主要的研究是利用单波束、多波束、海图、全球海底地形数据等数据，使用张力样条、克里金插值等算法绘制水下地形图。随着海洋战略的地位不断提升，岛礁作为各国之间易发生争端之地，逐渐成为重要的堡垒和基站。岛礁的地形信息对于航行安全、岛礁开发和利用具有不可或缺的意义。
[0003]然而，高精度的水深数据获取需要耗费大量的人力、物力，有时还会因领土争端、地形复杂、海况恶劣等因素，造成出现数据空白区。尤其是很多岛礁区都具有水下斜坡这一地形特征，此区域坡度较大，地势陡峭，对于行船安全具有较强威胁性，船只往往在斜坡根部停止测量，无法获取水下斜坡区域的高精度测量数据，因此需与低精度的水深数据进行融合。现有的多源水深数据融合研究大多融合结果的分辨率较低，且无法保证数据低密度区的精度。
[0004]因此，本领域亟需一种融合多种来源的数据的刻画岛礁区空间结构的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种岛礁区水下空间结构精细刻画方法及系统，解决了岛礁区水下斜坡地形无法获取高精度数据以及多源数据无缝拼接的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种岛礁区水下空间结构精细刻画方法，所述方法包括：
[0008]获取岛礁区的多波束地形数据；
[0009]利用全球海底地形数据获取所述岛礁区的水下斜坡地形数据；
[0010]将所述多波束地形数据和所述水下斜坡地形数据投影到同一地理坐标系和同一投影坐标系，得到归一化多波束地形数据和归一化水下斜坡地形数据，构成归一化数据集；
[0011]利用反距离加权法将所述归一化数据集和所述归一化多波束地形数据分别进行网格插值，得到基础网格和多波束网格；
[0012]计算所述基础网格和所述多波束网格的差值，并利用反距离加权法形成差值网格；
[0013]将所述差值网格与所述多波束网格进行叠加融合，得到第一融合数据网格；
[0014]裁剪所述第一融合数据网格，仅保留所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据；
[0015]裁剪掉所述多波束网格中的水下斜坡区域的数据，得到其他区域多波束数据；
[0016]将所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据与所述其他区域多波束数据融
合，得到第二融合数据网格；
[0017]利用所述第二融合数据网格构建岛礁区空间结构模型。
[0018]可选的，所述获取岛礁区的多波束地形数据，具体包括：
[0019]利用测量船使用多波束测量仪测量岛礁区的地形，得到岛礁区的多波束地形数据；
[0020]对所述多波束地形数据进行预处理：在水平方向，结合电罗经、GPS和姿态传感器将所述多波束地形数据从船体平面坐标系转换至地理坐标系；在垂直方向，通过潮汐校正将所述多波束地形数据转化到深度基准面上。
[0021]可选的，在所述获取岛礁区的多波束地形数据之后，还包括：
[0022]通过交互式滤波删除所述多波束地形数据的异常数据点并导出各数据点的经纬度和高程信息。
[0023]可选的，在所述将所述多波束地形数据和所述水下斜坡地形数据投影到同一地理坐标系和同一投影坐标系，得到归一化多波束地形数据和归一化水下斜坡地形数据，构成归一化数据集之后，还包括：
[0024]计算所述归一化数据集中某个z(x,y)窗口范围内m个点的深度中值，z
med
＝median{z
i
(x,y)},i＝1,2,...,m，其中，z
med
为窗口内所有点的深度中值，(x,y)表示经纬度坐标，i表示第i个点，z
i
(x,y)为检测窗口内各个点的初始深度值；
[0025]比较窗口内每个点的初始深度值与所述深度中值，以2σ或者3σ为粗差判断准则，判断测深点中包含的异常点：如果满足：其中，其中，其中，为均方根误差，则认为该点为异常点，并以所述深度中值替代所述初始深度值。
[0026]可选的，所述利用反距离加权法将所述归一化数据集和所述归一化多波束地形数据分别进行网格插值，得到基础网格和多波束网格，具体包括：
[0027]利用反距离加权法将所述归一化数据集进行网格插值，形成9
″×9″
的粗略网格；
[0028]对所述粗略网格进行重采样，形成3
″×3″
的基础网格；
[0029]利用反距离加权法将所述归一化多波束地形数据进行网格插值，形成3
″×3″
的多波束网格。
[0030]可选的，将所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据与所述其他区域多波束数据融合，得到第二融合数据网格，具体包括：
[0031]将所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据与所述其他区域多波束数据融合，使用局部多项式法插值形成网格数据，网格间距为3
″
。
[0032]可选的，在将所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据与所述其他区域多波束数据融合，得到第二融合数据网格之后，还包括：
[0033]利用无人机遥感数据以及卫星遥感数据结合地形特征，通过三维地形浏览寻找所述第二融合数据网格中的异常点；
[0034]对所述异常点进行剔除或者改正。
[0035]可选的，在将所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据与所述其他区域多波
束数据融合，得到第二融合数据网格，还包括：
[0036]使用Monte Carlo方法，通过估计网格的深度标准差判断插值精度。
[0037]可选的，利用所述第二融合数据网格构建岛礁区空间结构模型，具体包括：
[0038]在所述第二融合数据网格中，利用电子海图数据绘制出0米等深线；
[0039]将所述第二融合数据网格中0米等深线及其包围的数据剔除，并用全球数字高程数据中的相关数据代替，得到岛礁区空间结构模型。
[0040]一种岛礁区水下空间结构精细刻画系统，所述系统包括：
[0041]多波束数据获取单元，用于获取岛礁区的多波束地形数据；
[0042]水下斜坡数据获取单元，用于利用全球海底地形数据获取所述岛礁区的水下斜坡地形数据；
[0043]数据归一化单元，用于将所述多波束地形数据和所述水下斜坡地形数据投影到同一地理坐标系和投影坐标系，得到归一化多波束地形数据和归一化水下斜坡地形数据，构成归一化数据集；
[0044]网格插值单元，用于利用反距离加权法将所述归一化数据集和所述归一化多波束地形数据分别进行网格插值，得到基础网格和多波束网格；
[0045]差值网格计算单元，用于计算所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岛礁区水下空间结构精细刻画方法，其特征在于，所述方法包括：获取岛礁区的多波束地形数据；利用全球海底地形数据获取所述岛礁区的水下斜坡地形数据；将所述多波束地形数据和所述水下斜坡地形数据投影到同一地理坐标系和同一投影坐标系，得到归一化多波束地形数据和归一化水下斜坡地形数据，构成归一化数据集；利用反距离加权法将所述归一化数据集和所述归一化多波束地形数据分别进行网格插值，得到基础网格和多波束网格；计算所述基础网格和所述多波束网格的差值，并利用反距离加权法形成差值网格；将所述差值网格与所述多波束网格进行叠加融合，得到第一融合数据网格；裁剪所述第一融合数据网格，仅保留所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据；裁剪掉所述多波束网格中的水下斜坡区域的数据，得到其他区域多波束数据；将所述第一融合数据网格中水下斜坡区域的数据与所述其他区域多波束数据融合，得到第二融合数据网格；利用所述第二融合数据网格构建岛礁区空间结构模型。2.根据权利要求1所述的岛礁区水下空间结构精细刻画方法，其特征在于，所述获取岛礁区的多波束地形数据，具体包括：利用测量船使用多波束测量仪测量岛礁区的地形，得到岛礁区的多波束地形数据；对所述多波束地形数据进行预处理：在水平方向，结合电罗经、GPS和姿态传感器将所述多波束地形数据从船体平面坐标系转换至地理坐标系；在垂直方向，通过潮汐校正将所述多波束地形数据转化到深度基准面上。3.根据权利要求1所述的岛礁区水下空间结构精细刻画方法，其特征在于，在所述获取岛礁区的多波束地形数据之后，还包括：通过交互式滤波删除所述多波束地形数据的异常数据点并导出各数据点的经纬度和高程信息。4.根据权利要求1所述的岛礁区水下空间结构精细刻画方法，其特征在于，在所述将所述多波束地形数据和所述水下斜坡地形数据投影到同一地理坐标系和同一投影坐标系，得到归一化多波束地形数据和归一化水下斜坡地形数据，构成归一化数据集之后，还包括：计算所述归一化数据集中某个z(x,y)窗口范围内m个点的深度中值，z
med
＝median{z
i
(x,y)},i＝1,2,...,m，其中，z
med
为窗口内所有点的深度中值，(x,y)表示经纬度坐标，i表示第i个点，z
i
(x,y)为检测窗口内各个点的初始深度值；比较窗口内每个点的初始深度值与所述深度中值，以2σ或者3σ为粗差判断准则，判断测深点中包含的异常点：如果满足：其中，中，中，为均方根误差，则认为该点为异常点，并以所述深度中值替代所述初始深度值。5.根据权利要求1所述的岛礁区水下空间结构精细刻画方法，其特征在于，所述利用反距离加权法将所述归一化数据集和所述归一化多波束地形数据分别进行网格插值，得到基础网格和多波束网格，具体包括：
利用反距离加权法将所述归一化数据集进行网格插值，形成9
″×...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦志亮，万佳馨，马本俊，刘雪芹，陶善军，王城，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：