一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法技术

本发明专利技术提供一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，包括：利用仪测水深回声数据最强回波对水深数据进行校对，对水温跃层进行SVP梯度改正，得到断面预处理数据集；对所述断面预处理数据集进行断面起点距计算，得到断面数据集；对所述断面数据集中的断面点按照断面点起伏形态进行区分，对断面点坡度影响最大的两个倾角进行坡度拟合；根据建立的数学几何模型，实现对河道断面的单波束测量波束角效应的水深改正；通过潮位改正，得到断面成果数据集；该法大大削弱单波束测深中人们常常忽略的波束角效应的影响，提高了单波束测深精度。束测深精度。束测深精度。

【技术实现步骤摘要】
一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法


[0001]本专利技术涉及海洋测绘水深测量应用
，尤其涉及一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法。

技术介绍

[0002]由于单波束测深系统性能成熟、价格低廉、使用便捷，目前业内多采用单波束测量方式。单波束测深波束角效应是由于测深仪换能器自身发射波束存在一定开角，在测深过程中，测深仪换能器记录接收的声波信号作为计算水深的依据。因此测深仪记录的声波信号最强的位置，极可能为水底波束角脚印内至换能器的最短距离。波束角效应的表现形式为凸形水底地形凸点没有失真，凸部变宽。凹形水底地形凹部变浅变窄，凹点水深失真。波束角效应使得水底趋向平坦。目前在实际的项目生产中，单波束测深波束角效应带来的影响常常被忽略。根据数学几何模型表明，波束角效应的影响与水底地形的坡度、水深以及测深仪自身的波束角大小密切相关，水底地形的坡度越大、水深越深、仪器的波束角越大，对测深精度影响越大。在对上述波束角效应分析的基础上，经实测数据分析、验证，提出利用拟合坡度建立几何数学模型的方法解决波束角效应改正难题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，解决波束角效应带来的测深影响。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术提供了一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，包括以下步骤： S1、利用仪测水深回声数据最强回波对水深数据进行校对，对水温跃层进行SVP梯度改正，得到断面预处理数据集；S2、对所述断面预处理数据集进行断面起点距计算，得到断面数据集；S3、对所述断面预处理数据集中的断面点按照断面点起伏形态进行区分，对断面点坡度影响最大的两个倾角进行坡度拟合；S4、根据建立的数学几何模型，实现对河道断面的单波束测量波束角效应的水深改正；S5、通过潮位改正，得到断面成果数据集。
[0005]进一步，所述S1中，断面预处理数据集为：为：
其中，为断面第个断面点；为第个断面点的北坐标；为第个断面点的东坐标；为第个断面点的水深值。
[0006]进一步，所述S2中，断面起点距为以断面零点桩为起点，计算所述断面预处理数据集中各二维在断面线上的投影点至零点桩的距离；其中，为断面零点桩的北坐标，为断面零点桩的东坐标；设断面坐标方程为，断面另一桩点为，其中，为断面另一桩点的北坐标，为断面另一桩点的东坐标，则：，，则所述断面预处理数据集中，二维在断面直线上的投影点为：若，则坐标方程为，则所述断面预处理数据集中，二维在断面直线上的投影点为：若方位角为，有象限角：：：若用值判断距离的方向，则：
则二维在断面上的起点距表达式为：则，输出所述断面数据集为：,其中。
[0007]进一步，断面数据集中，，为所述断面上连续的三个点，则的凸形断面点数学表达式为：的凸形断面点数学表达式为：的凹形断面点数学表达式为：的凹形断面点数学表达式为：的倾斜断面点数学表达式为：如果为凸形断面点，那么：。
[0008]进一步，所述断面数据集中，，为断面上连续的三个点，那么：
，其中，为相邻两点投影在断面上的水平间距；则坡度倾角的相关角度的数学表达式为：令令，其中，为中较小值，为中较大值；当时，令；当，；当时，，即：。
[0009]进一步，若断面点为凸形断面点，根据波束效应的规律，则认为所述凸形断面点不受波束角效应的影响；若断面点为凹形或者倾斜断面点，则根据拟合坡度进行水深改正，得到断面改正数据集，改正数学模型及改正数据集为：
其中，为测深仪波束角，为改正过后的水深值；，其中，。
[0010]进一步，依据潮位涨幅以及潮位值建立潮位数据集；依据原始数据建立时间数据集，以及断面改正数据集，内插改正得到断面成果数据集：：。
[0011]本专利技术的有益效果为：本专利技术利用仪测水深回声数据最强回波对水深数据进行校对，对水温跃层进行SVP梯度改正，得到断面预处理数据集；对集进行起点距计算，得到断面数据集；对中断面点按照断面点起伏形态进行区分，对断面点坡度影响最大的两个倾角进行坡度拟合；根据建立的数学几何模型，实现对河道断面的单波束测量波束角效应的水深改正；最后通过潮位改正，得到断面成果数据集。
[0012]该法大大削弱单波束测深中人们常常忽略的波束角效应的影响，提高了单波束测深精度，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
[0013]图1 为本专利技术一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法的流程图；图2为本专利技术凸形断面点形态示意图；图3为本专利技术凹形断面点形态示意图；图4为本专利技术倾斜断面点形态示意图；图5为本专利技术原始水深回声记录图；图6为本专利技术回声校准后水深回声记录图；图7为本专利技术改正模型几何示意图；图8为本专利技术改正前单波束、多波束断面图；图9为本专利技术改正后单波束、多波束断面图。
具体实施方式
[0014]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本专利技术进
行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0015]一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，包括以下步骤：S1、利用仪测水深回声数据最强回波对水深数据进行校对，对水温跃层进行SVP梯度改正，得到断面预处理数据集 ；S2、对所述断面预处理数据集进行断面起点距计算，得到断面数据集；S3、对所述断面预处理数据集中的断面点按照断面点起伏形态进行区分，对断面点坡度影响最大的两个倾角进行坡度拟合；S4、根据建立的数学几何模型，实现对河道断面的单波束测量波束角效应的水深改正；S5、通过潮位改正，得到断面成果数据集。
[0016]实践证明，该法大大削弱单波束测深中人们常常忽略的波束角效应的影响，提高了水下断面地形测量的精度。
[0017]具体的，该改正方法中，测深仪的仪测水深在回波内存在一定的不确定性。测深仪记录的声波信号最强的位置，极可能为水底波束角“脚印”内至换能器的最短距离。为得到波束角效应最大时的仪测水深值，应对仪测回声信息最强回波进行分析校对。若测深环境存在水温跃层，应对仪测水深值进行SVP梯度改正。
[0018]所述S1中，断面预处理数据集为：为：其中，为断面第个断面点；为第个断面点的北坐标；为第个断面点的东坐标；为第个断面点的水深值。
[0019]基准数据获取：由于水下地形测量的测深精度较陆上测量低，水库基准数据可根据水库蓄水前建立的测深基准场、施测的固定平坝、公路或者退水后的陆上地形获取。没有基准场的水库、天然的水域可利用多波束系统等精度更高的测深设备获取。
[0020]断面数据集获取：所述S2中，断面起点距为以断面零点桩为起点，计算所述断面预处理数据集中各二维在断面线上的投影点至零点桩的距离；其中，为断面零点桩的北坐标，为断面零点桩的东坐标；设断面坐标方程为，断面另一桩点为，其中，为断面另一桩点的北坐标，为断面另一桩点的东坐标，则：
，，则所述断面预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、利用仪测水深回声数据最强回波对水深数据进行校对，对水温跃层进行SVP梯度改正，得到断面预处理数据集；S2、对所述断面预处理数据集进行断面起点距计算，得到断面数据集；S3、对所述断面预处理数据集中的断面点按照断面点起伏形态进行区分，对断面点坡度影响最大的两个倾角进行坡度拟合；S4、根据建立的数学几何模型，实现对河道断面的单波束测量波束角效应的水深改正；S5、通过潮位改正，得到断面成果数据集。2.根据权利要求1所述的一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，其特征在于，所述S1中，断面预处理数据集为：为：其中，为断面第个断面点；为第个断面点的北坐标；为第个断面点的东坐标；为第个断面点的水深值。3.根据权利要求2所述的一种河道断面的单波束测量波束角效应的改正方法，其特征在于，所述S2中，断面起点距为以断面零点桩为起点，计算所述断面预处理数据集中各二维在断面线上的投影点至零点桩的距离；其中，为断面零点桩的北坐标，为断面零点桩的东坐标；设断面坐标方程为，断面另一桩点为，其中，为断面另一桩点的北坐标，为断面另一桩点的东坐标，则：，，则所述断面预处理数据集中，二维在断面直线上的投影点为：若，则坐标方程为，则所述断面预处理数据集中，二维
在断面直线上的投影点为：若方位角为，有象限角：：：若用值判断距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：董先勇，孙振勇，樊小涛，冯国正，秦蕾蕾，李俊，胥洪川，师义成，马耀昌，杜泽东，包波，何友福，杨柳，董宇，金奇，李启涛，孙征安，
申请(专利权)人：长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局中国三峡建工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：