多波束測深及圖像數(shù)據(jù)處理

前言

隨著陸地資源的逐漸匱乏，人類已將資源開發(fā)和利用的重點轉(zhuǎn)向了占整個地球面積71%、蘊藏著豐富自然資源的海洋。我國已于20世紀末制定了21世紀海洋強國戰(zhàn)略，其宗旨是將我國建設成為世界級的海洋強國。在這一世紀性戰(zhàn)略中，海洋測量作為人類一切海洋活動的基礎，必將扮演著十分重要的作用。隨著電子、計算機、信息等相關技術的迅速發(fā)展，當今的海洋測量正呈現(xiàn)蓬勃的立體發(fā)展態(tài)勢。在這一大背景下，基于船載測量設備的海洋調(diào)查和勘測技術、手段及方法在我國也取得了日新月異的成就，尤其是自20世紀90年代引進的多波束系統(tǒng)，無論是測點的精度、密度和代表性，均是以往傳統(tǒng)水下地形測量方法所不能比擬的，真正地實現(xiàn)了從“點”、“線”水下地形測量到條帶式、全覆蓋、“面”測量的變革，給我們真實、詳細地呈現(xiàn)出了海底的精細地形和地貌，使人類能夠首次全面地認識“漆黑”的海底世界。然而，由于多波束系統(tǒng)引進的時間較短，我國對該系統(tǒng)的認知還基本處于初始階段，許多擁有多波束系統(tǒng)的測量單位到目前為止還停留在依照系統(tǒng)參考手冊和操作規(guī)范實施作業(yè)的初始應用階段，遠沒有最大限度地發(fā)揮該系統(tǒng)的應用潛力。另外，由于對相關知識的了解和認識不足，系統(tǒng)的應用遠沒有達到預期的精度。

內(nèi)容概要

本書在簡述多波束系統(tǒng)的發(fā)展歷史、工作原理的基礎上，圍繞多波束測深數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)處理兩大主題，就系統(tǒng)測量過程中的基準、聲速、輔助參數(shù)測定、測深數(shù)據(jù)處理、聲吶圖像的形成、處理、應用以及與側(cè)掃聲吶信息的融合等問題展開了深入的研究，重點介紹了這些領域的最新進展、采用的理論方法及其應用，對從事海洋測繪的科研及工作人員具有較大的參考價值。

作者簡介

趙建虎，武漢大學副教授，1970年3月出生，1994年畢業(yè)于原武漢測繪科技大學大地測量專業(yè)，1998年獲工學碩士學位，2002年獲工學博士學位，2003年在加拿大University of New Brunswick的Ocean Mapping Group做博士后，2005年博士后出站?，F(xiàn)主要從事海洋測繪的教學和研究工作，主持和參加國家自然科學基金、國家863計劃及省部級項目多項，在多波束精密測深及聲吶圖像處理方面取得了一系列突破性的研究成果，并在國內(nèi)外核心刊物和國際會議上發(fā)表論文40余篇。

書籍目錄

第1章 緒論 　1.1 引言 　1.2 船載測深系統(tǒng)的發(fā)展歷史 　　1.2.1 原始測深方法 　　1.2.2 常規(guī)測深系統(tǒng) 　　1.2.3 多波束測深系統(tǒng) 　　1.2.4 多波束測深系統(tǒng)的最新進展 　　1.2.5 我國的多波束測深系統(tǒng) 　1.3 多波束數(shù)據(jù)處理技術的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 　　1.3.1 聲速及其聲線跟蹤 　　1.3.2 多波束輔助參數(shù)的測定和濾波 　　1.3.3 深度數(shù)據(jù)濾波 　　1.3.4 圖像處理 　　1.3.5 多波束數(shù)字信息與側(cè)掃聲吶圖像信息的融合 　1.4 本書的結構體系 　1.5 本章小結 　參考文獻 第2章 多波束系統(tǒng)的工作原理 　2.1 多波束系統(tǒng)的組成 　2.2 多波束系統(tǒng)的聲學原理 　　2.2.1 相長干涉和相消干涉以及換能器的指向性 　　2.2.2 換能器基陣的束控 　　2.2.3 波束的形成 　2.3 波束的發(fā)射、接收流程及其工作模式 　2.4 波束的能量衰減及其時間增益補償 　2.5 底部檢測及系統(tǒng)探測能力的估算 　2.6 波束腳印的歸位問題 　2.7 本章小結 　參考文獻 第3章 平面基準及其相互轉(zhuǎn)換 　3.1 地心坐標系 　　3.1.1 地心坐標系的定義 　　3.1.2 地心坐標系的建立 　　3.1.3 已有的地心坐標系統(tǒng)廈其參數(shù) 　3.2 參心坐標系 　　3.2.1 參心坐標系的定義 　　3.2.2 參心坐標系的建立 　　3.2.3 我國常用的參心坐標系及其參數(shù) 　3.3 坐標系間的相互轉(zhuǎn)換 　　3.3.1 大地坐標系與空間大地直角坐標系轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型 　　3.3.2 不同的三雛空間直角坐標系轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型 　　3.3.3 不同大地坐標系轉(zhuǎn)換的數(shù)學模型 　3.4 高斯投影 　　3.4.1 高斯投影概述 　　3 4 2 橢球面元素到高斯投影面的轉(zhuǎn)換 　　3.4.3 高斯投影的鄰帶坐標換算 　3.5 UTN（通用橫軸墨卡托）投影 　3.6 獨立坐標系 　　3.6.1 獨立坐標系概述 　　3.6.2 獨立坐標系的建立 　　3.6.3 獨立坐標系與其他幾種典型坐標系的轉(zhuǎn)換 　3.7 本章小節(jié) 　參考文獻 第4章 潮汐調(diào)和分析及海洋垂直基準面 　4.1 平衡潮理論 　　4.1.1 引潮力（勢） 　　4.1.2 引潮力勢的調(diào)和展開 　　4.1.3 平衡潮及其主要結論 　　4.1.4 實際潮汐的潮高 　4.2 潮汐、潮流分析 　　4.2.1 潮汐分析 　　4.2.2 潮流分析 　　4.2.3 潮汐動力學理論 　4.3 垂直基準 　　4.3.1 平均海平面 　　4.3.2 國家高程基準 　　4.3.3 海圖深度基準面 　4.4 基準傳遞與推估 　　4.4.1 短期驗潮站平均海平面的確定 　　4.4.2 深度基準面?zhèn)鬟f與推估 　　4.4.3 平均海平面和深度基準面的綜合傳遞 　4.5 海洋垂直基準統(tǒng)框架 　　4.5.1 平均海平面作為海洋統(tǒng)垂直參考基準 　　4.5.2 以橢球面作為海洋統(tǒng)垂直參考基準 　4.6 本章小結 　參考文獻 第5章 聲速殛聲線跟蹤 第6章 輔助參數(shù)的測定、濾波及補償 第7章 多波束深度數(shù)據(jù)濾波 第8章 基于隨機軟件的多波束測深數(shù)據(jù)處理 第9章 聲強數(shù)據(jù)的處理及聲吶圖像的形成 第10章 聲吶圖像處理 第11章 多波束聲吶圖像的應用 第12章 多波束系統(tǒng)和測掃聲吶系統(tǒng)測量信息的融合

章節(jié)摘錄

從廣義的角度來講，海洋測繪是一門對海洋表面及海底形狀和性質(zhì)參數(shù)進行準確測定和描述的科學。海洋表面及海底的形狀和性質(zhì)是與大陸以及海水的特性和動力學有關的，這些參數(shù)包括水深、地質(zhì)、地球物理、潮汐、海流、波浪和其他一些海水的物理特性。一切海洋活動，無論是經(jīng)濟、軍事還是科學研究，像海上交通、海洋地質(zhì)調(diào)查和資源開發(fā)、海洋工程建設、海洋疆界勘定、海洋環(huán)境保護、海底地殼和板塊運動研究等，都需要海洋測繪提供不同種類的海洋地理信息要素、數(shù)據(jù)和基礎圖件。因此可以說，海洋測繪在人類開發(fā)和利用海洋活動中扮演著“先頭兵”的角色，是一項基礎而又非常重要的工作。隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人口的急劇增加和陸地資源的逐漸匱乏，人類已將資源的勘探、開發(fā)和利用深入到海洋領域，在21世紀，開發(fā)和利用海洋這一使命變得越來越迫切，人們有一個普遍的共識，21世紀是人類開發(fā)和利用海洋的世紀。海底地形測量作為這一活動的基礎，也必將在探測海底地形地貌、建設海洋工程、開發(fā)海洋資源、發(fā)展海洋科學以及維護海洋權益等方面發(fā)揮極其重要的作用。這些作用具體表現(xiàn)在如下方面。

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