自适应分辨率水深曲面滤波方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自适应分辨率水深曲面滤波方法及装置，在根据多波束测量采集的点云水深数据构建初始分辨率格网水深曲面后，在格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网，最后根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，以获得滤波结果。基于此，通过第一水深点格网和第二水深点格网的格网大小差异带来的分辨率差异，更准确地判别滤波处理所要针对的波束点，以提高多波束数据的滤波准确性，以更好地适应复杂地形条件下多波束数据滤波要求。

【技术实现步骤摘要】
自适应分辨率水深曲面滤波方法及装置
本专利技术涉及测绘
，特别是涉及一种自适应分辨率水深曲面滤波方法及装置。
技术介绍
水深测量是指测定水底点至水面的高度和点的平面位置的工作。水深测量作为海道测量和海底地形测量的中心环节，目的是为船舶航行提供航道深度和确定航行障碍物的位置、深度和性质。传统的水深测量，主要是通过测深杆、水铊、回声测深仪、多波束回声测深系统和海底地貌探测仪等设备完成水深测量，获得测绘数据以完成测绘图。其中，进行多波束水深测量作业的方式主要是通过多波束回声测深系统，通过系统内仪器完成测量得到多波束测量数据后，由特定软件进行相应水深数据处理，获得相应的水深图。由于多波束测量数据中会出现一定的噪点，且噪点呈现出明显的多源性特点。在进行水深数据处理的过程中，必须对多波束测量数据中的噪点进行相应的处理，且这部分处理是水深数据处理中计算强度最大的部分。传统的噪点数据处理方法主要有交互式滤波和自动滤波两种，交互式滤波方法耗时较长、效率较低，无法满足大面积水下地形的数据快速处理的要求。为了减少人工干预、提高工作效率，国内外研究学者提出了多种自动滤波方法，包括基于抗差估计的选权迭代插值比较检验法、基于最小二乘支持向量机算法构造海底趋势面的粗差剔除方法、基于不确定性与测深学联合估值(combineduncertaintyandbathymetryestimator，CUBE)方法、基于中值滤波、局部方差检验和小波分析详解和的方法、基于逆传播(backpropagation，BP)神经网络的方法等。自动滤波中主要被应用的是曲面滤波算法，即通过多项式拟合得到格网曲面的趋势面滤波算法。然而，由于大型、超大型耙吸船疏浚施工时，在耙头开挖的区域，会形成沟槽，耙头未开挖的区域，会形成一定的垄沟，特别是当海底土质较硬时，会形成3～4米的地形高差。当多波束水深测量时，该区域会呈现出尖细的突出地形。而由于传统的曲面滤波算法，是基于水下地形连续可导。在耙吸船施工过程中，由于开挖，导致地形变化复杂，区域内分布着大量的垄沟现象。在这种情况下，传统的曲面滤波算法，会将这些突出的波束点判断为噪点进行删除。此时，需要人工进行干预，将部分自动删除的数据再手动恢复，需要耗费大量人力和作业时间，影响作业效率。综上，可见在传统多波束回声测深系统的水深数据处理过程中，还存在以上缺陷。
技术实现思路
基于此，有必要针对在传统多波束回声测深系统的水深数据处理中还存在的缺陷，提供一种自适应分辨率水深曲面滤波方法及装置。一种自适应分辨率水深曲面滤波方法，包括步骤：根据多波束测量采集的点云水深数据构建初始分辨率格网水深曲面；在格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网；其中，第一水深点格网大于第二水深点格网；根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，以获得滤波结果。上述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，在根据多波束测量采集的点云水深数据构建初始分辨率格网水深曲面后，在格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网，最后根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，以获得滤波结果。基于此，通过第一水深点格网和第二水深点格网的格网大小差异带来的分辨率差异，更准确地判别滤波处理所要针对的波束点，以提高多波束数据的滤波准确性，以更好地适应复杂地形条件下多波束数据滤波要求。在其中一个实施例中，第一水深点格网的构建过程，包括步骤：获取点云水深数据的水深平均值；根据预设映射关系确定设定格网分辨率；其中，预设映射关系包括水深值与格网分辨率的映射关系；根据设定格网分辨率对点云水深数据进行格网化，确定各波束点的格网面积之和以及占比最大波束点数；对占比最大波束点数进行收敛，根据格网面积之和以及收敛结果确定收敛格网分辨率；根据收敛格网分辨率对点云水深数据进行格网化，确定收敛占比最大波束点数；在收敛占比最大波束点数小于等于收敛结果时，根据收敛格网确定第一水深点格网。在其中一个实施例中，第二水深点格网的构建过程，包括步骤：确定第一水深点格网内选定格网内波束点的中误差和平均水深，并根据平均水深确定水深精度参考值；在中误差大于水深精度参考值时，将选定格网进行细化分割，得到第二水深点格网。在其中一个实施例中，在构建第一水深点格网和第二水深点格网的过程之前，还包括步骤：通过卷积算法过滤格网水深曲面的噪点。在其中一个实施例中，卷积算法如下式：其中，(f*g)(n)为f*g的卷积，卷积核大小为N*N，滑动步长为1。在其中一个实施例中，在构建第一水深点格网和第二水深点格网的过程之前，还包括步骤：根据格网水深曲面对应水下地形的变化幅度或波束点间距，确定地形平坦区域和地形突变区域。在其中一个实施例中，根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据作滤波处理的过程，包括步骤：获取任一格网点各断面坐标位置的水深估计值和水深估计误差；确定各水深估计误差的平方和为最小时的水深真值；滤除多波束原始数据中水深差值大于限制值的波束点；其中，水深差值为波束点水深与水深真值的差值。在其中一个实施例中，根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据作滤波处理的过程，还包括步骤：通过任一格网点的相邻格网点水深值的迭代计算结果，获得任一格网点的水深估计值。在其中一个实施例中，限制值如下式：其中，E为限制值，A为选定精度指标不随深度变化部分，B为选定精度指标随深度变化部分的系数，D为水深真值。在其中一个实施例中，根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理的过程，包括步骤：以某一波束点为中心，在第二水深点格网上搜索设定半径范围内的格网节点；将格网节点代入预设滤波器方程，确定某一波束点的参考深度；根据格网节点的平均深度确定某一波束点的水深精度参考值；滤除深度与参考深度的差值大于水深精度参考值的波束点。一种自适应分辨率水深曲面滤波装置，包括：曲面建立模块，用于根据多波束测量采集的点云水深数据构建格网水深曲面；分辨率调整模块，用于在格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网；其中，第一水深点格网大于第二水深点格网；曲面滤波模块，用于根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，以获得滤波结果。上述的自适应分辨率水深曲面滤波装置，在根据多波束测量采集的点云水深数据构建初始分辨率格网水深曲面后，在格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网，最后根据第一水深点格网和第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，包括步骤：/n根据多波束测量采集的点云水深数据构建初始分辨率格网水深曲面；/n在所述格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在所述格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网；其中，所述第一水深点格网大于所述第二水深点格网；/n根据所述第一水深点格网和所述第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，以获得滤波结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，包括步骤：
根据多波束测量采集的点云水深数据构建初始分辨率格网水深曲面；
在所述格网水深曲面的地形平坦区域构建第一水深点格网，在所述格网水深曲面的地形突变区域构建第二水深点格网；其中，所述第一水深点格网大于所述第二水深点格网；
根据所述第一水深点格网和所述第二水深点格网对多波束原始数据的波束点作滤波处理，以获得滤波结果。


2.根据权利要求1所述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，所述第一水深点格网的构建过程，包括步骤：
获取所述点云水深数据的水深平均值；
根据预设映射关系确定设定格网分辨率；其中，所述预设映射关系包括水深值与格网分辨率的映射关系；
根据所述设定格网分辨率对所述点云水深数据进行格网化，确定各波束点的格网面积之和以及占比最大波束点数；
对所述占比最大波束点数进行收敛，根据所述格网面积之和以及所述收敛结果确定收敛格网分辨率；
根据所述收敛格网分辨率对所述点云水深数据进行格网化，确定收敛占比最大波束点数；
在所述收敛占比最大波束点数小于等于所述收敛结果时，根据收敛格网确定所述第一水深点格网。


3.根据权利要求1或2所述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，所述第二水深点格网的构建过程，包括步骤：
确定所述第一水深点格网内选定格网内波束点的中误差和平均水深，并根据所述平均水深确定水深精度参考值；
在所述中误差大于所述水深精度参考值时，将选定格网进行细化分割，得到所述第二水深点格网。


4.根据权利要求1所述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，在所述构建第一水深点格网和第二水深点格网的过程之前，还包括步骤：
通过卷积算法过滤所述格网水深曲面的噪点。


5.根据权利要求4所述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，所述卷积算法如下式：



其中，(f*g)(n)为f*g的卷积，卷积核大小为N*N，滑动步长为1。


6.根据权利要求1所述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，在所述构建第一水深点格网和第二水深点格网的过程之前，还包括步骤：
根据格网水深曲面对应水下地形的变化幅度或波束点间距，确定所述地形平坦区域和所述地形突变区域。


7.根据权利要求1所述的自适应分辨率水深曲面滤波方法，其特征在于，所述根据所述第一水深点格网...

【专利技术属性】
技术研发人员：史书强，李炜，叶桂河，白万里，李华山，黄幼明，李若飞，苏文杰，
申请(专利权)人：中交广州航道局有限公司，中交华南勘察测绘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44