一种回声测深精度评定方法、系统、电子设备及可读介质与流程

1.本发明涉及海洋测绘水深测量应用技术领域，具体涉及一种回声测深精度评定方法、系统、电子设备及可读介质。


背景技术：

2.回声测深是根据超声波在均匀介质中将匀速直线传播和在不同介质界面上将产生反射的原理，选择对水的穿透能力最佳、频率在1500赫兹附近的超声波，垂直地向水底发射声信号，并记录从声波发射至信号由水底返回的时间间隔，通过模拟法或直接计算而确定水深的工作。
3.目前，回声测深仪的测量受比测环境及条件限制，无法在不同条件、不同水深下进行大量数据的准确比测。业界普遍采用在人工定制的测深比测槽进行，但受比测槽条件限制，不能对不同水深，特别是在大水深条件下进行精确比测及数据采集，从而不能对测深仪精度进行准确评定。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明提供的一种回声测深精度评定方法、系统、电子设备及可读介质，有效解决对不同深度进行水深测量的问题，实现对不同水深的深度准确测量的效果。
5.为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：
6.一种回声测深精度评定方法，包括以下步骤：
7.采集不同水深的比测数据；
8.计算不同水深比测数据的中误差；
9.建立“水深-精度”数据模型；
10.计算“水深-精度”数据模型的相关系数。
11.进一步地，所述采集不同水深的比测数据为在水电站蓄水后，对不同测深基准场在不同的水位高程处进行定点比测，得到不同水深的比测数据；
12.在水电站蓄水前，采用陆上观测仪器对不同高程测深基准场进行观测，得到不同基准场的准确高程值，准确高程值包括水位高程值和基准场高程值。
13.进一步地，所述计算不同水深比测数据的中误差的步骤包括：
14.对不同水深比测数据进行粗差剔除，其中粗差为2s，当时，说明 hi中含有粗差，将hi剔除，其中，hi为某一测深基准场某一水深值的第i个水深比测值，n为某一测深基准场某一水深值的比测数量，为某一测深基准场某一水深值所有水深比测值的均值；
15.对粗差剔除后的不同水深比测数据进行中误差σi进行计算，其中，
为与第i个水深比测值对应的测深基准场的基准场水深值，zj为与第i个水深比测值对应的测深基准场的基准场高程值， h
sw
为与第i个水深比测值对应的水位高程值，m为粗差剔除后与对应的比测数量。
16.进一步地，所述建立“水深-精度”数据模型的步骤包括：
17.利用最小二乘法计算斜率a，
18.利用待定系数法确定截距b，
[0019]“水深-精度”数据模型的表达式为σi＝ahi b。
[0020]
进一步地，所述计算“水深-精度”数据模型的相关系数r
hσ
，相关系数r
hσ
取值范围为[-1，1]，为所有不同水深比测数据中误差σi的均值。
[0021]
本发明还提供一种回声测深精度评定系统，包括：
[0022]
比测数据获取模块，其用于采集不同水深的比测数据；
[0023]
中误差计算模块，其用于计算不同水深比测数据的中误差；
[0024]
数学模型建立模块，其用于建立“水深-精度”数据模型；
[0025]
相关系数计算模块，其用于计算“水深-精度”数据模型的相关系数。
[0026]
本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器用于存放计算机程序；
[0027]
所述处理器用于执行存储器上所存放的程序时，实现如权利要求1-5任一项所述的方法。
[0028]
本发明还提供一种计算机可读介质，包括执行指令，当处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任一项所述的方法。
[0029]
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：本发明利用测深仪采集不同水深的比测数据，计算不同水深比测数据的中误差，建立“水深-精度”数据模型，计算“水深-精度”数据模型的相关系数，有效解决对不同深度进行水深测量的问题，实现对测深仪精度准确评定的技术效果，有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0031]
图1为本发明方法的流程图；
[0032]
图2为本发明“水深-精度”数据模型的图；
[0033]
图3为本发明系统的模块图。
具体实施方式
[0034]
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0035]
请参阅图1，本实施例提供的一种回声测深精度评定方法，包括以下步骤。
[0036]
采集不同水深的比测数据，通过回声探测仪对不同水深值进行定点和动态比测。
[0037]
计算不同水深比测数据的中误差。
[0038]
建立“水深-精度”数据模型，对回声测深仪的精度作了准确的判定。
[0039]
计算“水深-精度”数据模型的相关系数，通过相关系数的计算，充分证实了回声探测仪精度判定的可靠性，具有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
[0040]
在本实施例中，所述采集不同水深的比测数据为在水电站蓄水后，对不同测深基准场在不同的水位高程值进行定点比测，得到不同水深的比测数据。
[0041]
陆上获取的数据的精度高于测深仪采集的数据精度。在水电站蓄水前，采用陆上观测仪器对不同高程测深基准场进行观测，得到不同基准场的准确高程值。准确高程值包括水位高程值和基准场高程值，水位高程值也是采用陆上观测仪器进行观测。水位高程值与基准场高程值的差值为基准场水深值。
[0042]
测深基准场的布置应在水电站蓄水前在不同高程处布置，并采用陆上测量方式准确测量其测深基准场的坐标及高程。回声测深仪的观测数据应在测深基准场范围内，并在回声探测仪进行定点比测时，同步获取测深基准场范围内的水位值。
[0043]
在本实施例中，所述计算不同水深比测数据的中误差的步骤包括：
[0044]
对不同水深比测数据进行粗差剔除，其中粗差为2s，当时，说明 hi中含有粗差，将hi剔除，其中，hi为某一测深基准场某一水深值的第i个水深比测值，n为某一测深基准场某一水深值的比测数量，为某一测深基准场某一水深值所有水深比测值的均值。对不同水深比测数据进行粗差剔除，有利于消除水位变化对水深比测值的影响。
[0045]
在对不同水深比测数据进行粗差剔除之前，首先对不同水深的比测数据进行校对，以剔除水深噪点，确保不同水深比测数据的准确性。然后，如果水体中存在温跃层，则应对水深进行声速剖面改正，以获得真实的水深比测值。
[0046]
对粗差剔除后的不同水深比测数据进行中误差σi进行计算，其中，为与第i个水深比测值对应的测深基准场的基准场水深值，zj为与第i个水深比测值对应的测深基准场的基准场高程值， h
sw
为与第i个水深比测值对应的水位高程值，m为粗差剔除后与对应的比测数量。
[0047]
若基准场水深值采集的比测数量为m个，按计算该基准场水深值的中误差。在不同水位采集不同的基准场水深值时，不同水位时会对应多个中误差，多个中误差的设置增加了比测数据采集的多样性和广泛性，避免了单一“比测值”进行精度评定
存在的缺陷。
[0048]
在本实施例中，所述建立“水深-精度”数据模型的步骤包括：
[0049]
利用“水深—精度”误差离散点统计数值采用一元线性回归分析法确定其数学模型，“水深—精度”误差离散点统计数值如表1所示。
[0050]
首先，利用最小二乘法计算斜率a，
[0051]
最后，根据斜率a和“水深—精度”误差离散点统计数值，利用待定系数法确定截距b，
[0052]“水深-精度”数据模型的表达式为σi＝ahi b。根据“水深—精度”误差离散点统计数值建立“水深-精度”数据模型，从而推导出仪器在不同深度时精度的计算公式，实现回声测深仪对不同水深的精度准确评定的效果。
[0053]
根据表1的“水深—精度”误差离散点统计数值求得该回声测深仪的精度误差模型，如图2所示，水深h与精度σ的数据模型式为：σ＝
±
(0.00239h-0.00178)。
[0054][0055]
表1“水深—精度”误差离散点统计表
[0056]
在本实施例中，所述计算“水深-精度”数据模型的相关系数r
hσ
，
相关系数r
hσ
取值范围为[-1，1]，为所有不同水深比测数据中误差σi的均值。|r
hσ
|越接近1，说明变量h和变量σ的相关程度越高。相关系数值r
hσ
的大小所代表的相关性如表2所示。本实施例中，相关系数 r
hσ
＝0.98，由此可见，变量h与变量σ之间具有极高相关性。
[0057][0058]
表2|r
hσ
|的取值与相关程度
[0059]
本发明在测试前需要进行测前安装：第一步安装回声测深仪，利用具有照准竖丝的全站仪、经纬仪和水准仪等辅助设备，使得回声测深仪换能器在船舶静止状态下处于竖直状态。第二步安装gnss天线，利用具有照准竖丝的全站仪、经纬仪、水准仪或垂球等辅助设备，实现gnss天线相位中心与回声测深仪相位中心处于同一竖直轴心线上。第三步量取换能器吃水深度。第四步测定水体声速，如水体有温度梯度，应测定声速剖面数据。
[0060]
比测数据获取：利用回声探测仪采集比测数据，且应同步采集基准场的坐标，根据已获取原有基准场数据，在基准场坐标范围内进行比测数据采集，对比测数据进行数据处理前应进行初筛，把基准场范围外的数据剔除。校准数据测量时应同时观测水位。
[0061]
然后，对剔除后的把不同深度的比测数据进行中误差计算，建立测深仪“水深-精度”数学模型，实现对测深仪精度准确评定目的。
[0062]
如图3所示，一种回声测深精度评定系统，包括比测数据获取模块、中误差计算模块、数学模型建立模块和相关系数计算模块。
[0063]
比测数据获取模块用于采集不同水深的比测数据，通过回声探测仪对不同水深值进行定点和动态比测。
[0064]
中误差计算模块用于计算不同水深比测数据的中误差。
[0065]
数学模型建立模块用于建立“水深-精度”数据模型，对回声测深仪的精度作了准确的判定。
[0066]
相关系数计算模块用于计算“水深-精度”数据模型的相关系数。通过相关系数的计算，充分证实了回声探测仪精度判定的可靠性，具有良好的经济效益和社会效益，适合推广使用。
[0067]
本发明还提供一种电子设备，包括处理器和存储器。
[0068]
所述存储器用于存放计算机程序，存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，简称ram)，也可以包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如，至少一个磁盘存储器。
[0069]
所述处理器用于执行存储器上所存放的程序时，实现如权利要求1-5任一项所述的方法。处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，简称cpu)、网络处理器(network processor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal processing，简称dsp)、专用集成电路 (application specific integrated circuit，简称asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
[0070]
本发明还提供一种计算机可读介质，包括执行指令，当处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1-5任一项所述的方法。执行指令是一种回声测深精度评定系统所对应计算机程序。
[0071]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。