多波束測(cè)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(diǎn)轉(zhuǎn)向了占整個(gè)地球面積71%、蘊(yùn)藏著豐富自然資源的海洋。我國已于20世紀(jì)末制定了21世紀(jì)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略，其宗旨是將我國建設(shè)成為世界級(jí)的海洋強(qiáng)國。在這一世紀(jì)性戰(zhàn)略中，海洋測(cè)量作為人類一切海洋活動(dòng)的基礎(chǔ)，必將扮演著十分重要的作用。隨著電子、計(jì)算機(jī)、信息等相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，當(dāng)今的海洋測(cè)量正呈現(xiàn)蓬勃的立體發(fā)展態(tài)勢(shì)。在這一大背景下，基于船載測(cè)量設(shè)備的海洋調(diào)查和勘測(cè)技術(shù)、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(jì)90年代引進(jìn)的多波束系統(tǒng)，無論是測(cè)點(diǎn)的精度、密度和代表性，均是以往傳統(tǒng)水下地形測(cè)量方法所不能比擬的，真正地實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)”、“線”水下地形測(cè)量到條帶式、全覆蓋、“面”測(cè)量的變革，給我們真實(shí)、詳細(xì)地呈現(xiàn)出了海底的精細(xì)地形和地貌，使人類能夠首次全面地認(rèn)識(shí)“漆黑”的海底世界。然而，由于多波束系統(tǒng)引進(jìn)的時(shí)間較短，我國對(duì)該系統(tǒng)的認(rèn)知還基本處于初始階段，許多擁有多波束系統(tǒng)的測(cè)量單位到目前為止還停留在依照系統(tǒng)參考手冊(cè)和操作規(guī)范實(shí)施作業(yè)的初始應(yīng)用階段，遠(yuǎn)沒有最大限度地發(fā)揮該系統(tǒng)的應(yīng)用潛力。另外，由于對(duì)相關(guān)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)不足，系統(tǒng)的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有達(dá)到預(yù)期的精度。

內(nèi)容概要

本書在簡(jiǎn)述多波束系統(tǒng)的發(fā)展歷史、工作原理的基礎(chǔ)上，圍繞多波束測(cè)深數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)處理兩大主題，就系統(tǒng)測(cè)量過程中的基準(zhǔn)、聲速、輔助參數(shù)測(cè)定、測(cè)深數(shù)據(jù)處理、聲吶圖像的形成、處理、應(yīng)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(diǎn)介紹了這些領(lǐng)域的最新進(jìn)展、采用的理論方法及其應(yīng)用，對(duì)從事海洋測(cè)繪的科研及工作人員具有較大的參考價(jià)值。

作者簡(jiǎn)介

趙建虎，武漢大學(xué)副教授，1970年3月出生，1994年畢業(yè)于原武漢測(cè)繪科技大學(xué)大地測(cè)量專業(yè)，1998年獲工學(xué)碩士學(xué)位，2002年獲工學(xué)博士學(xué)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。現(xiàn)主要從事海洋測(cè)繪的教學(xué)和研究工作，主持和參加國家自然科學(xué)基金、國家863計(jì)劃及省部級(jí)項(xiàng)目多項(xiàng)，在多波束精密測(cè)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(huì)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(cè)深系統(tǒng)的發(fā)展歷史 　　1.2.1 原始測(cè)深方法 　　1.2.2 常規(guī)測(cè)深系統(tǒng) 　　1.2.3 多波束測(cè)深系統(tǒng) 　　1.2.4 多波束測(cè)深系統(tǒng)的最新進(jìn)展 　　1.2.5 我國的多波束測(cè)深系統(tǒng) 　1.3 多波束數(shù)據(jù)處理技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 　　1.3.1 聲速及其聲線跟蹤 　　1.3.2 多波束輔助參數(shù)的測(cè)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(jié)構(gòu)體系 　1.5 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 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(xué)原理 　　2.2.1 相長(zhǎng)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(shí)間增益補(bǔ)償 　2.5 底部檢測(cè)及系統(tǒng)探測(cè)能力的估算 　2.6 波束腳印的歸位問題 　2.7 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第3章 平面基準(zhǔn)及其相互轉(zhuǎn)換 　3.1 地心坐標(biāo)系 　　3.1.1 地心坐標(biāo)系的定義 　　3.1.2 地心坐標(biāo)系的建立 　　3.1.3 已有的地心坐標(biāo)系統(tǒng)廈其參數(shù) 　3.2 參心坐標(biāo)系 　　3.2.1 參心坐標(biāo)系的定義 　　3.2.2 參心坐標(biāo)系的建立 　　3.2.3 我國常用的參心坐標(biāo)系及其參數(shù) 　3.3 坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換 　　3.3.1 大地坐標(biāo)系與空間大地直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型 　　3.3.2 不同的三雛空間直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)模型 　　3.3.3 不同大地坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的數(shù)學(xué)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(biāo)換算 　3.5 UTN（通用橫軸墨卡托）投影 　3.6 獨(dú)立坐標(biāo)系 　　3.6.1 獨(dú)立坐標(biāo)系概述 　　3.6.2 獨(dú)立坐標(biāo)系的建立 　　3.6.3 獨(dú)立坐標(biāo)系與其他幾種典型坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 　3.7 本章小節(jié) 　參考文獻(xiàn) 第4章 潮汐調(diào)和分析及海洋垂直基準(zhǔn)面 　4.1 平衡潮理論 　　4.1.1 引潮力（勢(shì)） 　　4.1.2 引潮力勢(shì)的調(diào)和展開 　　4.1.3 平衡潮及其主要結(jié)論 　　4.1.4 實(shí)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(dòng)力學(xué)理論 　4.3 垂直基準(zhǔn) 　　4.3.1 平均海平面 　　4.3.2 國家高程基準(zhǔn) 　　4.3.3 海圖深度基準(zhǔn)面 　4.4 基準(zhǔn)傳遞與推估 　　4.4.1 短期驗(yàn)潮站平均海平面的確定 　　4.4.2 深度基準(zhǔn)面?zhèn)鬟f與推估 　　4.4.3 平均海平面和深度基準(zhǔn)面的綜合傳遞 　4.5 海洋垂直基準(zhǔn)統(tǒng)框架 　　4.5.1 平均海平面作為海洋統(tǒng)垂直參考基準(zhǔn) 　　4.5.2 以橢球面作為海洋統(tǒng)垂直參考基準(zhǔn) 　4.6 本章小結(jié) 　參考文獻(xiàn) 第5章 聲速殛聲線跟蹤 第6章 輔助參數(shù)的測(cè)定、濾波及補(bǔ)償 第7章 多波束深度數(shù)據(jù)濾波 第8章 基于隨機(jī)軟件的多波束測(cè)深數(shù)據(jù)處理 第9章 聲強(qiáng)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(yīng)用 第12章 多波束系統(tǒng)和測(cè)掃聲吶系統(tǒng)測(cè)量信息的融合

章節(jié)摘錄

從廣義的角度來講，海洋測(cè)繪是一門對(duì)海洋表面及海底形狀和性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定和描述的科學(xué)。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(dòng)力學(xué)有關(guān)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(dòng)，無論是經(jīng)濟(jì)、軍事還是科學(xué)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(shè)、海洋疆界勘定、海洋環(huán)境保護(hù)、海底地殼和板塊運(yùn)動(dòng)研究等，都需要海洋測(cè)繪提供不同種類的海洋地理信息要素、數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)圖件。因此可以說，海洋測(cè)繪在人類開發(fā)和利用海洋活動(dòng)中扮演著“先頭兵”的角色，是一項(xiàng)基礎(chǔ)而又非常重要的工作。隨著經(jīng)濟(jì)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(lǐng)域，在21世紀(jì)，開發(fā)和利用海洋這一使命變得越來越迫切，人們有一個(gè)普遍的共識(shí)，21世紀(jì)是人類開發(fā)和利用海洋的世紀(jì)。海底地形測(cè)量作為這一活動(dòng)的基礎(chǔ)，也必將在探測(cè)海底地形地貌、建設(shè)海洋工程、開發(fā)海洋資源、發(fā)展海洋科學(xué)以及維護(hù)海洋權(quán)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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