海底地形

摘要： 海底地形影响着海洋自然灾害、资源开发以及军事国防.海底地形的探测手段由过去传统的船载声呐技术发展到依靠重力数据反演水深.国外从1980年代就开始利用船载和卫星测高数据开发全球水深模型,截至目前发布的水深模型空间分辨率达到15″.本文总结了声呐、激光测深雷达、卫星测高重力数据和遥感影像反演水深的研究现状,并分析每种测深手段的优缺点,介绍了五种水深模型代表产品ETOPO、DTU、GEBCO、SRTM、SIO topo系列的发展历程,并利用我国近海海域的船测水深数据对各系列的最新产品进行精度评估,结果表明近期发布的产品精度明显优于2009年发布的ETOPO1,SRTM15+V2.3的精度最高,其误差标准差为30.297 m,误差小于50 m的数据量占比87.2%.本文可为了解测深方法以及水深模型的发展过程提供参考.

摘要： 目前,基于重力数据反演海底地形方法的主要原理是利用测深数据拟合出海底地形与重力(或重力梯度)数据之间的线性关系,这会导致对不同的海底地形会有不同的线性关系。为了克服这种不确定性的制约,本文基于长方体海山产生的垂直重力梯度的表达式,通过将研究海域进行格网化,建立了垂直重力梯度(vertical gravity gradient,VGG)与海深之间的函数关系,即关于海深的观测方程组,在此基础上,通过模拟计算,验证了观测方程组的解不仅唯一可解,而且具有较好的抗误差干扰性质。由于观测方程组受到研究海域外海山的影响(分为边界效应、远区影响),因此,需要相应的数学方法来处理这些影响。本文将研究海域进行扩充得到扩展区域,然后在扩展海域上研究观测方程组,此时为了避免观测方程组出现奇异性,引入了正则化方法对扩展后的观测方程组进行求解,并从中截取研究海域上的海深。模拟试验表明,使用正则化方法后,边界效应对反演海深的均方根误差为0.48 m。最后,对南中国海真实海底地形进行了反演计算,将反演的海深与研究海域内的289个船测数据点进行对比,反演结果的均方根误差达到109 m。

摘要： 针对海底地形水深数据插值点数定量化计算问题,提出一种自适应屏幕分辨率的海底地形三维可视化建模方法。首先提取电子海图存储的稀疏水深数据,利用三角形内插法得到网格顶点高度值,接着将海底地形水平面均匀划为初始二维网格,然后自动获取显示设备屏幕分辨率,引入单元网格像素值定量化求解得到插值点数,最后采用多项式拟合法对初始网格顶点高度值进一步内插,生成海底地形细分三维网格。仿真结果表明,上述方法能够定量化求解出海底地形水深数据插值点的数量,提高建模效率和准确度。

摘要： 渤海中部海域位于三湾(渤海湾、莱州湾、辽东湾)交汇处,形成与演化历史悠久,沉积物源丰富,其内部蕴含着丰富的地质信息。本研究基于多年来采集和搜集的高精度地形地貌数据、浅地层剖面数据和沉积物样品的测试分析数据,精细刻画了渤海中部海域海底地形地貌特征,并对其影响因素进行了分析。研究表明,渤海中部海域海底地形总体上呈现中间低、南北两侧高的特征,北部区域地形复杂,南部区域地形较平坦。根据海底地貌特点,本文将研究区海底地貌单元划分为陆架侵蚀洼地、陆架堆积平原及海湾堆积平原。地貌形态是区域地质构造运动、海平面变化、现代海洋水动力、沉积物来源等共同作用的结果。研究渤海中部海域海底地形地貌特征,有助于深化对其地质构造演化的认识,并且对海洋工程建设、海洋牧场开发、海洋资源利用及海洋经济发展具有重要意义。

摘要： 为实现复杂海域高精度海底地形测量,本文研究了软质海底无依托验潮站的布设、远距离GNSS PPK测量,GNSS同步法确定验潮站深度基准面大地高和区域无缝垂直基准的构建等关键问题。以苏北浅滩海域为例,通过一系列关键技术的应用,解决了远距离大范围潮汐复杂海域的高精度海底地形测量问题,实际应用结果表明:基线距离在92 km时,GNSS PPK大地高的解算精度优于10 cm;与GNSS同步法计算出的深度基准面大地高进行对比分析,距离在100 km内,结果互差小于5 cm,两者精度具有一致性;区域无缝垂直基准模型的精度优于5 cm,综合精度优于10 cm。本文提出的方法可以满足远距离复杂海域的高精度海底地形测量的需要。

摘要： 1977年,美国科学家Marie Tharp和Bruce Heezen发表了首幅全景海底地形图,海底的种种特征第一次完整、直观地展现在世人面前。这张图在当时引起巨大轰动,即便是现在,这张图在地球科学领域仍有着不可撼动的地位。这张地形图的背后隐藏着两位科学家对世界海底长达20余年系统、细致的研究。文章对Marie Tharp和Bruce Heezen当年研究的过程、技术及方法加以回顾,并阐述二人所做研究的重要意义。

摘要： 针对联合船载水深测量数据和海面重力信息构建海底地形模型时,判断测区水深测量数据分布均匀性主要依靠目视判别方法,致使效率较低缺点,借鉴图像处理领域特征点分布均匀性评价方法,结合船载水深数据抽稀简化技术,给出了描述船载水深测量测区数据均匀性分布量化指标方法。首先以4′网格边长为划分依据,将密集的船载水深测量数据抽稀简化;计算海域不同方向水深点数量构成的一维向量的标准差;依据标准差计算结果,评估了船载水深测量靶区数据均匀性分布特征。结果表明,均匀性分布定量评价结果与目视判别一致,本文给出的船载水深测量测区数据均匀性分布量化指标可信度高。研究结论可为联合船载水深测量数据和海面重力信息构建海底地形模型时,自动化评判目标海域水深测量分布均匀程度提供参考。

摘要： 针对当前水深综合中注记分布质量难以快速定量评估的现状,提出了海图水深注记分布度的精细化评估方法。以《中国航海图编绘规范》为基础,建立了水深点参考间距的量化计算模型,设计了水深注记分布度指标,并推导了计算公式,实现了单个水深注记对象图上分布质量的精细评估。实验结果表明:与平均间距法相比,所提方法可以定量评估海图制图综合水深分布合理性。

摘要： 海洋卫星测高在全球和区域大地水准面建模、全球海洋重力场反演、海底地形探测、海平面变化监测、构造板块运动研究等大地测量领域至关重要。本文概述了海洋微波测高卫星的简要发展历程,重点梳理了卫星测高在全球海洋重力场和全球海底地形建模方面取得的丰硕成果,对比分析了主流的海洋重力场和海底地形模型;介绍了合成孔径雷达高度计、Ka频段雷达高度计、合成孔径雷达干涉仪3种先进微波测高技术,并分析了其各自的优缺点,表明它们将在未来若干年呈并驱发展趋势;较为系统地阐述了海洋卫星测高的另一新型技术,即GNSS反射信号测量技术的研究动态,给出了GNSS-R(GNSS reflectometry)类(试验)卫星的发展脉络和发展前景。卫星测高的发展趋势之一是多颗测高卫星的组网观测,本文概括了曾经提出的和拟议中的若干组网测高计划,扼要介绍了由我国提出并正在实施的双星跟飞测高模式;最后指出了卫星测高发展的几个主要关注点,包括双星跟飞测高和SWOT(surface water ocean topography)任务的2维海面高(差)测量、卫星测高反演海底地形与高级地形激光高度计观测数据及遥感卫星图像的结合、星载GNSS-R厘米级海面高的载波相位测量、人工智能技术在卫星测高中的潜在应用等。

摘要： 舟山群岛地处长江口以南、杭州湾东部,为中国第一大群岛。该区域海洋地质环境条件复杂,海底地形复杂多变,海岛间最大水深达120 m。水动力环境复杂多变,最大潮差约8 m,特别是受多岛环境影响,潮流场复杂多变,最大瞬时潮流流速近5 m/s,受台风和风暴潮影响显著。同时,该区域也是巨量长江入海物质运移的必经之路,陆海相互作用强烈。研究区海底滑坡、海底侵蚀、海底浅层气等相关的海洋地质灾害问题多发、频发。

摘要： 多波束测深声纳采用收发合置的单基地模式,远距离情况下会出现图像模糊问题.收发分置下的双基地声纳利用声信号的前向传播避开了发射阵的干扰,扩大探测范围,为海底地形声成像提供了新的研究思路.本文研究了基于垂直发射阵和水平接收线列阵的双基地声成像方法,分析研究发射阵和接收阵的配置方法,实现成像区域的网格划分;利用方位偏差指示方法(Bearing Deviation Indication,BDI),获得信号的到达角度和到达时间等参数信息,结合成像单元坐标计算公式,得到海底地形估计参数,实现了海底地形的绘制.

摘要： 卫星测高技术的出现,使得大面积,高密度的海洋测绘成为现实.文章以重力异常作为数据源反演了马里亚纳海沟部分海域海底地形.根据反演模型水深和检核点水深的均方差和相关系数,确定了最优密度差异常数为1.50g/cm3,并以最优密度差异常数进行试验分析.结果表明,研究海域内,重力地质法反演的海深模型精度优于直接格网化船测海深得到的模型,更优于ETOPO1海深模型.相较于ETOPO1海深模型,精度提高了22％左右.在船测点密集的海域,格网化船测海深模型对海底地形的反映比较详细;在船测点稀疏的海域,GGM模型对海底地形的呈现细致.

摘要： 本文运用虚拟现实技术,以Unity3D为建模工具,介绍了三维海底地形地貌建模的建模步骤以及最终的建模效果,实现了三维海底地形地貌建模,为三维可视化海底管道集成系统的建立创造条件.

摘要： 多波束测量技术在现代海洋测绘工作中已经得到了广泛的应用,逐步取代了传统的单波束测量.本文结合工程实例介绍了多波束测量系统的安装、调试、数据编辑、三维成图等方面内容,探讨了多波束测量技术在海底地形浅点探测中的应用,分析了多波束测量技术在浅点探测中的优势、不足以及解决问题的方法.

摘要： 海洋环境噪声是由大量噪声源及海洋环境共同作用形成的一种随机过程.因此噪声场的空间结构必然受到海底地形的影响.本文基于抛物方程理论建立了距离有关波导中噪声场空间相关性和指向性模型,仿真计算了大陆坡海区风成噪声场水平指向性.该模型可进行复杂环境下噪声场空间特性预报.

摘要： 在遵循水深制图综合原则的基础上,分析以往水深自动综合方法的特点,鉴于海底地形的表达与识别的重要性,提出了基于海底地形特征的水深选取方法,为海图制图提供新的思路.

摘要： 研究分析了卫星测高技术的基本原理和发展现状,对卫星测高技术在海洋重力场、海底地形等方面的应用进行了总结归纳,最后对卫星测高存在的问题和发展趋势进行了分析.当前，卫星测高技术本身的发展方向相对比较清晰，卫星测高分辨率的提高主要依靠遥感传感器的改进，以及现有卫星测高任务的持续与未来测高任务的执行。在测高仪本身精度难以很快得到大幅度提高的情况下，卫星测高精度的提高将有赖于波形重构等数据处理算法的开发与改进。尤其在近海、湖泊等区域，卫星测高的精度受近岸或湖泊环境的影响明显降低。因此，可针对近岸和湖泊波形特征提出相应的新的波形重构方法，以最大可能地消除波形噪声对数据精度的影响。在这方面，国内学者做了相关的研究，但在今后工作中，该部分研究还需要进一步的加强和深人。另外，在近30多年间，多种海洋卫星测高计划得到不断实施，卫星测高数据以海量形式增加。而多种测高卫星项目的出现，也为地学、大地测量学和海洋学的研究提供了更加丰富的数据。对所有这些测高系统的综合和交叉运用，可以充分发挥各测高系统的优势。然而多种多代测高卫星数据的精度水平差距较大，有些还存在参考椭球和参考框架的差别，联合处理多种多代卫星测高数据必须考虑对各测高系统使用参考椭球和参考框架进行统一，即参考基准的统一，该项工作的开展还需得到进一步的重视和加强。

摘要： 本文将自适应非结构网格有限元法应用于MCSEM三维正演技术中。首先分析了自适应有限元算法策略，然后推导了自适应有限元算法中的梯度恢复型后验误差估计计算公式，并以此实现了MCSEM法三维自适应有限元算法，最后以一个带复杂地形的地电模型为例，分析了自适应有限元算法的精确性和可行性。

摘要： 利用最新的地质和地球物理资料,对琼州海峡西部海底地质灾害类型进行了系统的识别和分析,发现研究区存在沙波、冲刷槽和陡坎、珊瑚礁和浅埋基岩、沙土液化区等.沙波主要为直线型沙波或新月型沙波,随着水深的增大,沙波规模也在增大,且活动性增强;冲刷槽和陡坎相伴存在,位于海峡中部的深水区;珊瑚礁主要分布在南北两侧浅水区;浅埋基岩在南北两侧被沉积物覆盖,在中部为一处隆起区,为玄武岩残留,北侧落差约20m,南侧落差约10m,北侧边缘发育沙波;沙土液化区主要分布于海峡两侧,细砂层较厚且存在坡度.分析发现,琼州海峡强烈的底层海流,对灾害地质起到了主要的塑造作用,同时对海缆等海洋工程存在较大的影响.

摘要： 本文采用非结构化三角网格剖分的自适应有限元方法作为海洋可控源电磁场二维正演模拟方法，非线性共扼梯度方法作为反演模拟方法。通过拟合各测点的轴向(In-line)电场分量，然后通过迭代计算将初始模型修正为海底电阻率模型，为海洋地层电性结构分析和研究提供依据。

摘要： 本发明公开了一种海底微地形激光扫描成像系统及三维地形重建方法，所述系统包括坐底平台、移动平台、摄像机、激光器、电机舱、驱动舱、控制舱和上位机交互系统；上位机交互系统通过传输机构与电机舱、驱动舱和控制舱连接，用于输送电能、发送控制指令、获取摄像机拍摄的图像以及根据图像绘制海底三维地形图。本发明通过在海底设置用于拍摄海底激光条纹图像的摄像机以及带动和承载摄像机、激光器运动的坐底平台、移动平台等，实现了对海底一定范围内的激光图像扫描，同时根据拍摄的图像能够还原出海底三维地形，实现对海底的探测。

摘要： 本发明公开了一种海底微地形激光扫描成像系统及三维地形重建方法，所述系统包括坐底平台、移动平台、摄像机、激光器、电机舱、驱动舱、控制舱和上位机交互系统；上位机交互系统通过传输机构与电机舱、驱动舱和控制舱连接，用于输送电能、发送控制指令、获取摄像机拍摄的图像以及根据图像绘制海底三维地形图。本发明通过在海底设置用于拍摄海底激光条纹图像的摄像机以及带动和承载摄像机、激光器运动的坐底平台、移动平台等，实现了对海底一定范围内的激光图像扫描，同时根据拍摄的图像能够还原出海底三维地形，实现对海底的探测。

摘要： 本发明公开了一种基于地形采样点位置的海底地形数据建立方法，属于地理信息系统空间领域。所述方法首先从电子海图中提取海底地形采样点数据，对海底地形采样数据进行四叉树空间索引，查找插值点所在四叉树空间索引中位置；根据插值点所处的位置得到合适的插值方法；最后对已经进行插值的次数和需要插值的总次数进行比较，如果小于需要插值的总次数，则继续插值过程，否则插值过程结束。本发明根据海底地形采样数据边界附近插值点无法获取连成环形自然邻点的特点，采用了自然邻点和加权平均法插值混合插值的方式，充分考虑到了插值方法的特点，有效减少了地形插值误差。

摘要： 本发明公开了一种利用海底反射波走时和地形数据定位海底地震仪的方法及处理终端，该方法包括：利用海底深度信息建立约束插值函数zr＝z(xr,yr)；其中，xr,yr,zr分别为海底地震仪的横坐标，纵坐标以及竖坐标；将所述反射波的走时转化为关于海底地震仪的横坐标、纵坐标以及海水均方根速度的函数；建立目标函数并将目标函数转化为关于xr,yr,vrms三个变量的函数；求解目标函数Φ的最小化问题，从而求取海底地震仪的坐标值。本发明提出一种利用海底反射波走时和地形数据定位海底地震仪的方法，解决传统的海底地震仪的定位方法海底深度信息约束不够强，海底地形复杂时，求解的海底地震仪OBS仍然精度不够的技术问题。

摘要： 本发明公开了一种基于地形约束因子权重优化提高海底地形反演精度的方法，包括：确定Pi点对应位置处的自由空气重力异常和短波重力异常根据和解算得到Pi点对应位置处的长波重力异常根据和分配给每个Pi点的权重值λi，通过地形约束因子权重优化法，求解得到P′点对应位置处的预测长波重力异常根据解算得到预测短波重力异常根据进行海底地形反演，得到海底地形反演结果Epp(x0,y0)。本发明提高了低频重力场模型构建的精度，为高精度海底地形反演提供较好的基础数据。

摘要： 本发明提供的是一种基于地形特征提取的UUV海底地形跟踪系统及跟踪方法。海底地形特征提取模块根据三个测距声呐的安装角度及海底距离、姿态传感器测量的纵倾角和艏向角、深度计测量的实际航行深度、惯性导航仪测量的经度和纬度，提取当前所处的海底地形的特征，并解算出距海底的实际高度；高度指令生成模块根据提海底地形特征、多普勒测量的航行速度，结合期望航行高度，生成指令航行高度；高度指令转深度指令模块将指令航行高度转换成指令航行深度；深度控制器根据PID控制算法产生水平舵角控制指令。本发明可以使UUV具备对局部海底地形的在线构建能力和变化趋势的预判能力，在保证航行安全性的前提下，实现对未知海底地形的良好跟踪。

摘要： 本发明公开一种基于先验地形图的大范围海底地形图拓展构图方法，包括如下过程：S1，以先验地形图内的一个已确定的对准点为起点，沿一折返路径对先验地形图外的未知区域进行测绘以获取声呐测绘数据，然后返回至先验地形图内的重入点结束本次测绘；S2，重复步骤S1直至探测结束；S3，根据测绘得到的数据构建全局约束的数学模型；S4，求解所述数学模型的最优解得到折返路径上各个航测点的位置。本发明利用先验地形图中对载体和测量地形图进行定位，通过建立子地图的约束关系进行大范围的构图，获得较高精度的全局一致性地图。

摘要： 本发明公开了一种基于地形采样点位置的海底地形数据建立方法，属于地理信息系统空间领域。所述方法首先从电子海图中提取海底地形采样点数据，对海底地形采样数据进行四叉树空间索引，查找插值点所在四叉树空间索引中位置；根据插值点所处的位置得到合适的插值方法；最后对已经进行插值的次数和需要插值的总次数进行比较，如果小于需要插值的总次数，则继续插值过程，否则插值过程结束。本发明根据海底地形采样数据边界附近插值点无法获取连成环形自然邻点的特点，采用了自然邻点和加权平均法插值混合插值的方式，充分考虑到了插值方法的特点，有效减少了地形插值误差。

摘要： 本发明提出了一种用于海底地形参数及化学参数原位测量的系统，包括：测量设备搭载模块，分布于海底各个监测点，用于为化学参数测量模块和地形参数测量模块提供搭载环境；化学参数测量模块，设于海底各个监测点的测量设备搭载模块中，用于采集海底化学参数；地形参数测量模块，设于海底各个监测点的测量设备搭载模块中，用于采集海底地形参数；海底地形参数包括海底地层的扭曲量及倾斜量；数据采集及控制模块，分别与化学参数测量模块和地形参数测量模块连接，接收所述海底化学参数和所述海底地形参数。

摘要： 本公开提出一种基于多波束测深的海底地形精度自动质检方法和装置，该基于多波束测深的海底地形精度自动质检方法，包括：确定参考线，并根据参考线布设检查线，检查线与参考线之间的交叉角满足设定条件；获取测量船行进方向上设定宽度内检查线的目标多波束测深数据；对目标多波束测深数据与待检水下地形图进行匹配映射处理，以得到多个高程差；根据多个高程差自动生成质检数据结果。通过本公开，能够实现对海底地形精度的自动化质检，并自动化地生成质检数据结果，实现了检测精度的自动统计分析，辅助质检数据结果的报表输出。