多波束水柱数据中海底气体羽状流处理方法、系统及应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112529841A(43)申请公布日2021.03.19(21)申请号202011278968.2G06K9/38(2006.01)(22)申请日2020.11.16G06K9/62(2006.01)(71)申请人中国海洋大学地址266100山东省青岛市崂山区松岭路238号(72)发明人丁咚秦浩森李广雪任昕王蕊韩慧慧(74)专利代理机构北京汇捷知识产权代理事务所(普通合伙)11531代理人盛君梅(51)Int.Cl.G06T7/00(2017.01)G06T7/73(2017.01)G06T5/00(2006.01)G06T5/20(2006.01)权利要求书5页说明书15页附图18页(54)发明名称多波束水柱数据中海底气体羽状流处理方法、系统及应用(57)摘要本发明属于海洋测绘、海洋探测技术领域，公开了一种多波束水柱数据中海底气体羽状流提取方法、系统及应用，气体或气‑液混合的水体会比正常的水体环境产生更大的声阻抗，为利用水体的散射信息来识别气体羽状流提供了可能性。针对多波束原始数据进行解析提取，使用提取到的船位坐标及艏向、测量船姿态信息等信息计算获取各类多波束WCI并依据其空间参考进行三维重建，构建基于水体声学散射信息的三维点云模型。利用图像学方法实现WCI降噪、滤波、二值化以从整体水体点云中初步分离羽状流部分数据；将Kmeans、局部异常因子数据挖掘算法引入水体信息处理，在尽可能保证羽状流保留的基础上进一步去噪，提升羽状流的提取效果。CN112529841ACN112529841A权利要求书1/5页1.一种多波束水柱数据中海底气体羽状流处理方法，其特征在于，所述多波束水柱数据中海底气体羽状流处理方法包括：解析提取多波束原始数据信息，根据数据记录信息完成水体、水深采样点归位，计算回波强度值真实的地理位置，以获取测区完整水体点云信息、水深地形图、各类多波束WCI；通过对称作差、图像滤波实现多波束水柱影像提取气体羽状流前处理工作；若WCI无第三方声呐干扰，图像二值化后获取初步分离气体羽状流的水体点云数据；若WCI有第三方声呐干扰，则先选取NPing不包含羽状流的二值化WCI，采用开操作设置像素阈值滤除小连通分量的方式将第三方声呐干扰提取出来，并对NPing提取结果求并生成模板，滤除每Ping二值化WCI中与模板相交部分，以获取初步分离气体羽状流后的水体点云数据；引入Kmeans、局部异常因子方法进一步迭代去噪提取气体羽状流；绘制各类多波束WCI、气体羽状流点云图、多波束水深地形图。2.如权利要求1所述的多波束水柱数据中海底气体羽状流处理方法，其特征在于，所述多波束水柱数据中海底气体羽状流处理方法还包括：第一步，根据数据存储方式解析提取原始数据，转换为可用格式数据；第二步，转换后的数据显示多波束记录了水深、底质和水体回波强度、采样频率、声速及波束入射角等信息，利用提取到的信息，对每一Ping数据进行采样点归位计算，得到每一水体、水深采样点实际位置信息，进而获取测区水深地形图、完整水体点云信息、多波束WCI波束阵列图、扇面图、航向剖面图；扇面图包括投影和先对坐标；第三步，船舶、换能器自身产生的噪声仅在水体浅表层数十次采样序列中存在，直接将浅表层水体一定数量等时采样序列去除，并以中央波束为分界线，将两侧呈镜面对称WC数据对称作差初步压制WCI中噪声；第四步，对滤除表层噪声并对称作差法初步去噪的WCI采用图像滤波方法，平滑增强气体羽状流目标，完成数据前处理；第五步，基于大津算法OSTU逐一对全部Ping多波束WCI进行二值化处理，并设置系数w供用户设置；第六步，若多波束WCI有第三方声呐干扰，则先选取NPing不包含羽状流的二值化WCI，采用开操作设置像素阈值P滤除小连通分量的方式提取第三方声呐干扰，并对NPing提取结果求并生成模板，滤除全部二值化WCI每Ping中与模板相交部分，以获取初步分离气体羽状流后的水体点云；若无则第五步处理结果即为初步分离气体羽状流的水体点云数据；第七步，将每Ping初步分离气体羽状流的水体点云在以换能器为原点的相对坐标空间叠加，首次尝试以点云水深值为特征值，通过Kmeans将点云分为2类，若类间聚类中心比值≥r去除上层分布噪点，≤r则不去除；第八步，采用LOF方法迭代去除剩余区域噪点；第九步，再次尝试以点云水深值为特征值，通过Kmeans将点云分为2类，若类间聚类中心比值≥r去除上层分布噪点，≤r则不去除，完成羽状流提取；第十步，利用提取结果和解析的数据，实现气体羽状流点云图、多波束各类WCI、地形图的成图。3.如权利要求2所述的多波束声呐水柱数据中海底气体羽状流处理方法，其特征在于，所述第二步的水深及水体采样点计算包括：根据