一种多波束探头校正方法和多波束测深数据校正方法与流程

1.本发明涉及海底地形观测技术领域，具体涉及一种多波束探头校正方法和多波束测深数据校正方法。


背景技术：

2.当前海上风电桩基基础施工后会在附近形成冲刷坑，容易造成倾斜倒塌风险。目前，海底地形多采用多波束测深系统进行冲刷坑监测，但测量中由桩基附近冲刷坑及大直径金属桩基形成的复杂地形对测量数据的准确采集造成了影响。原有多波束测深系统中的多波束测量针仅对测量仪采集到的船只初始姿态数据进行校正且多使用在平整结合处采集到的数据的校正。这种在港口、锚地等平坦区域测量时采用且仅能对船只初始姿态数据的校正方法，无法精准校正如冲刷坑等复杂地形场景下的多波束数据。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种多波束探头校正方法和多波束测深数据校正方法，以解决现有技术中无法精准校正多波束数据的技术问题。
4.本发明提出的技术方案如下：
5.本发明实施例第一方面提供一种多波束探头校正方法，该多波束探头校正方法包括：确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点；根据所述海底地形特点构建对应的目标校准测线模型；根据所述目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准得到校准后的所述目标姿态校准数据的姿态值；根据所述姿态值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。
6.可选地，所述确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点之前，所述方法还包括：获取gps相位中心、所述多波束探头和姿态仪的三维相对关系；根据所述三维相对关系对所述多波束探头进行安装校准。
7.可选地，所述根据所述目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准得到校准后的所述目标姿态校准数据的姿态值之后，所述方法还包括：获取相邻两次所述多波束探头对应的所述目标姿态校准数据的姿态值；若当前船只所在位置对应的海底地形包含冲刷坑，根据海上风电桩基基础的大直径金属圆柱形结构及所述冲刷坑形成的地形结构对所述目标姿态校准数据的姿态值进行校准得到校准后的姿态改正值；根据所述姿态改正值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。
8.本发明实施例第二方面提供一种多波束测深数据校正方法，该多波束测深数据校正方法包括：利用如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的多波束探头校正方法对多波束探头与船体之间的相对位置关系进行校正；利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量。
9.可选地，所述利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量，包括：获
取表面声速探头数据，所述表面声速探头设置在所述多波束探头的一侧；根据所述表面声速探头数据对所述多波束探头发射对应的多波束声音时的角度进行校正；利用校正发射角度后的多波束探头进行测深点数据的测量。
10.可选地，所述利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量之后，所述方法还包括：利用高精度声速剖面仪对不同时间和不同位置的海洋垂直剖面进行声速量取得到对应的声速数据；利用所述声速数据对测量得到的测深点数据进行校正。
11.本发明实施例第三方面提供一种多波束探头校正装置，该多波束探头校正装置包括：确定模块，用于确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点；构建模块，用于根据所述海底地形特点构建对应的目标校准测线模型；校准模块，用于根据所述目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准得到校准后的所述目标姿态校准数据的姿态值；第一校正模块，用于根据所述姿态值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。
12.本发明实施例第四方面提供一种多波束测深数据校正装置，该多波束测深数据校正装置包括：第二校正模块，用于利用如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的多波束探头校正方法对多波束探头与船体之间的相对位置关系进行校正；测量模块，用于利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量。
13.本发明实施例第五方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的多波束探头校正方法，或者如本发明实施例第二方面及第二方面任一项所述的多波束测深数据校正方法。
14.本发明实施例第六方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的多波束探头校正方法，或者如本发明实施例第二方面及第二方面任一项所述的多波束测深数据校正方法。
15.本发明提供的技术方案，具有如下效果：
16.本发明实施例提供的多波束探头校正方法，确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点；根据所述海底地形特点构建对应的目标校准测线模型；根据所述目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准得到校准后的所述目标姿态校准数据的姿态值；根据所述姿态值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。该方法利用根据海底地形特点构建的目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准，考虑了复杂地形场景下对船只初始姿态校准值的校准，并利用校准后的姿态值对多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正，使得对应的多波束探头在复杂地形场景下也可以更精准地使用，进一步，可以精准的对复杂地形场景下的多波束数据进行校准。
17.本发明实施例提供的多波束测深数据校正方法，利用如本发明实施例所述的多波束探头校正方法对多波束探头与船体之间的相对位置关系进行校正；利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量，实现了对复杂地形场景下的多波束数据的精准校正，提高了多波束探头对测深点数据的测量精度。
附图说明
18.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，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是根据本发明实施例的多波束探头校正方法的流程图；
20.图2是根据本发明实施例提供的校准测线布设图的示意图；
21.图3是根据本发明实施例提供的以船体中心为中心的三维坐标系的示意图；
22.图4是根据本发明实施例的多波束测深数据校正方法的流程图；
23.图5是根据本发明实施例的多波束探头校正装置的结构框图；
24.图6是根据本发明实施例的多波束测深数据校正装置的结构框图；
25.图7是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；
26.图8是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本发明实施例提供一种多波束探头校正方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
29.步骤s101：确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点。具体地，海底地形表示水覆盖之下的固体地球表面形态，与陆地一样，有山岭、高原、盆地、丘陵等形态。当对海上风电桩基基础施工后会在附近形成冲刷坑等，根据桩基附近冲刷坑及大直径金属桩基会形成复杂地形，这种复杂地形对设备的测量要求较高。因此，在测量之前，首先，确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点，本技术实施例对海底地形特点的确定方式不作限定，可以通过任意可探测海底地形状况的设备探测得到。其中，目标范围可以是包括当前船只所在位置、当前船只附近的海上风电桩基基础所在位置以及对海上风电桩基基础施工过后形成的施工场景所在位置等构成的范围。
30.步骤s102：根据所述海底地形特点构建对应的目标校准测线模型。具体地，目标校准测线模型可以包括同线往返测线、平行同向测线、平行往返测线、井字测线等测线改正模型中的任意一个或多个。
31.在利用多波束探头进行测量时，多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据对应的姿态值(本技术实施例包括roll、pitch、yaw这3个校准参数)会对多波束数据探测结果产生影响。具体地，roll的偏移会造成严重的水深误差，且同一测线方向相反的数据也会产生交叉；pitch的偏移会造成较小的水深误差，且同一测线方向相反的数据会产生水下物体的重影；yaw的偏移会造成定位误差，且相邻测线数据会产生水下物体的重影。
32.因此，利用该不同参数可以构建对应的不同校准测线模型，其中，该不同参数对应不同的海底地形。具体地，首先计算3个参数值：
33.roll值选择对应平坦海底地形中央波束重叠的往返测线中央区域；
34.pitch值选择对应风基基础一侧中央波束重叠的风基基础水下结构部分，当两次测量有重影，调整参数重影重合后对应的参数即为pitch值；
35.yaw值选择两次同向并平行且在风基基础两侧通过的风基基础水下结构部分，当两次测量数据的风基结构会有重影，调整参数重影重合后对应的参数即为yaw值。
36.通过计算得到的3个参数值可以得到对应的校准测线布设图，如图2所示。其中，虚线表示测线的中央位置，每条测线有一定宽度，两侧的测线有重叠；实线表示测线的宽度；a、b、c、d分别表示4条不同的测线，每次测线中央位置沿着虚线跑，3条在左侧，1条在右侧，箭头代表测线的行驶方向；slow、normal、fast分别表示对应行驶速度。
37.然后，针对不同参数构建对应的校准测线模型：针对roll参数选择平坦区域中央波束重叠的往返测线模型，针对pitch参数选择一侧为已形成冲刷坑的海上风机桩基基础的中央波束重叠的往返测线模型，针对yaw参数选择在已经形成冲刷坑的海上风机桩基基础的同向平行且分别在风基两侧通过的测线模型。
38.步骤s103：根据所述目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准得到校准后的所述目标姿态校准数据的姿态值。具体地，多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值即对应roll、pitch、yaw3个校准参数的初始值。
39.在实际测量过程中，多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据对应的姿态值会存在误差，即实时校准roll、pitch、yaw3个姿态值。
40.具体地，利用对应的目标校准测线模型可以使得该3个姿态值对应的误差被放大至2倍量级，根据放大后的误差反复校准量取对应的3个姿态值直至误差值满足要求，即可以得到对应的校准后的目标姿态校准数据的姿态值。
41.步骤s104：根据所述姿态值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。具体地，多波束水深测量的结果是要基于准确测定多波束探头的位置、方位和倾斜度，在实际测量过程中，要对多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正，即确定该多波束探头与船体的之间的相对位置。具体地，首先，确定在以船体纵轴、横轴、垂直轴中探头的3个轴与船体的3个轴之间的夹角(分别为roll、pitch、yaw对应的数值)，然后根据工程gps远距离打桩定位工法并结合该roll、pitch、yaw3个夹角值即可以确定多波束探头与船体的之间的相对位置。
42.本发明实施例提供的多波束探头校正方法，利用根据海底地形特点构建的目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准，考虑了复杂地形场景下对船只初始姿态校准值的校准，并利用校准后的姿态值对多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正，使得对应的多波束探头在复杂地形场景下也可以更精准地使用，进一步，可以精准的对复杂地形场景下的多波束数据进行校准。
43.作为本发明实施例一种可选的实施方式，步骤s101之前，所述方法还包括：获取gps相位中心、所述多波束探头和姿态仪的三维相对关系；根据所述三维相对关系对所述多波束探头进行安装校准。具体地，测量之前，精确安装多波束探头使探头尽量与船艏向保持一致，探杆与海面保持铅锤，精确量取在以船只中心为中心的3维坐标中gps相位中心、多波束探头及姿态仪的xyz相对关系，如图3所示为具体的探头与船体的安装位置相对关系，其中y轴表示从船尾到船首，x轴表示从船首到船尾；x＝hortzonral(port－stbd line)表示
沿着船体的首尾线；y＝hortzonral(fore－aft line)表示沿着船体的侧边线；z＝vertical表示垂直线。对每个设备(roll、pitch、yaw)进行安装校准，通过这种方法可以减少数据(roll、pitch、yaw)的静态误差。其中，roll表示围绕船体y轴的偏移；pitch表示围绕船体x轴的偏移；yaw表示围绕船体z轴的偏移。
44.作为本发明实施例一种可选的实施方式，步骤s103之后，所述方法还包括：获取相邻两次所述多波束探头对应的所述目标姿态校准数据的姿态值；若当前船只所在位置对应的海底地形包含冲刷坑，根据海上风电桩基基础的大直径金属圆柱形结构及所述冲刷坑形成的地形结构对所述目标姿态校准数据的姿态值进行校准得到校准后的姿态改正值；根据所述姿态改正值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。具体地，若当前船只所在位置对应的海底地形包含冲刷坑，显示出的如立体的大直径金属圆柱形结构对应的地形会出现错位的现象，首先，获取对应的两次多波束探头对应的目标姿态校准数据的姿态值，然后结合该海上风电桩基基础的大直径金属圆柱形结构以及冲刷坑形成的地形结构，通过调整姿态值使得两次测量的大直径金属圆柱形结构重合，此时对应的调整后的姿态值即为对应的姿态改正值。比如，pitch值，相同测线相反方向得出的海底地形如立体的大直径圆柱形结构会出现错位的现象，通过调整pitch值使两次测量后显示的大直径金属圆柱形结构重合，重合后的大直径金属圆柱形结构对应的地形即为最准确的待测量的地形位置，此时对应的pitch值即为对应的更准确的pitch改正值。通过这种方法，多波束校正参数精度大大提高，降低了船只的姿态值对多波束的影响，提高了冲刷量的量取精度，提高了对施工放量的预估和评判的准确性；利用海上风电桩基基础对应结构数据进行校准，减少了单独进行校正的次数。
45.最后，利用该姿态改正值再对多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。具体的校正方法参考步骤s104中的描述，此处不再赘述。
46.本发明实施例提供一种多波束测深数据校正方法，如图4所示，该方法包括如下步骤：
47.步骤s201：利用如本发明实施例所述的多波束探头校正方法对多波束探头与船体之间的相对位置关系进行校正。具体的校正过程参考步骤s101至步骤s104的过程，此处不再赘述。
48.步骤s202：利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量。具体地，对多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正后，对应位置的多波束探头为最准确的测量点，此时，在该位置利用该多波束探头进行水深测量得到对应的测深点数据，即为最准确的测量数据。
49.本发明实施例提供的多波束测深数据校正方法，实现了对复杂地形场景下的多波束数据的精准校正。
50.作为本发明实施例一种可选的实施方式，步骤s202，包括：获取表面声速探头数据，所述表面声速探头设置在所述多波束探头的一侧；根据所述表面声速探头数据对所述多波束探头发射对应的多波束声音时的角度进行校正；利用校正发射角度后的多波束探头进行测深点数据的测量。具体地，表层声速探头的声音在海水中传播的速度值用于精确校核多波束声音发射时的角度，因多波束是利用多个声音发射单元的干涉原理进行声音波束的发射，发射的角度要求极其精准，精确的声速值是其发射准确的保证，所以采用表面声速
探头安装在多波束探头附近可以最大限度地采集用于多波束发射校准的声速值即表面声速探头数据，然后通过该声速值对多波束发射的角度进行校准，最后，利用校准角度后的多波束探头进行测深点数据的测量，通过这种方法测量得到的测深点数据更为精准。
51.作为本发明实施例一种可选的实施方式，步骤s202之后，所述方法还包括：利用高精度声速剖面仪对不同时间和不同位置的海洋垂直剖面进行声速量取得到对应的声速数据；利用所述声速数据对测量得到的测深点数据进行校正。具体地，对于已经采集回来的测深点数据因为探头发射的声音信号在水中传播的速度在不同时间、温度、盐度、压力下会有很大的不同，所以采用高精度声速剖面仪在时间和空间两个方面互相结合进行改正。首先，利用高精度声速剖面仪对不同时间和不同位置的海洋垂直剖面进行声速量取得到对应的声速数据，然后利用该声速数据在时间和空间两个方面互相结合使得去除该测深点数据中的声速误差。具体地，在小范围内使用间隔一定时间的声速数据进行改正(如海上风机附近0.3平方公里范围内)，长距离大范围内可以使用间隔一定距离的声速数据进行改正，距离间隔一般为相同海洋深度声速变化超过10米每秒进行量取。
52.本发明实施例还提供一种多波束探头校正装置，如图5所示，该装置包括：
53.确定模块501，用于确定当前船只所在位置对应的目标范围内的海底地形特点；详细内容参见上述方法实施例中步骤s101的相关描述。
54.构建模块502，用于根据所述海底地形特点构建对应的目标校准测线模型；详细内容参见上述方法实施例中步骤s102的相关描述。
55.校准模块503，用于根据所述目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准得到校准后的所述目标姿态校准数据的姿态值；详细内容参见上述方法实施例中步骤s103的相关描述。
56.第一校正模块504，用于根据所述姿态值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正；详细内容参见上述方法实施例中步骤s104的相关描述。
57.本发明实施例提供的多波束探头校正装置，利用根据海底地形特点构建的目标校准测线模型对多波束探头与船体之间形成的目标姿态校准数据的初始姿态校准值进行校准，考虑了复杂地形场景下对船只初始姿态校准值的校准，并利用校准后的姿态值对多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正，使得对应的多波束探头在复杂地形场景下也可以更精准地使用，进一步，可以精准的对复杂地形场景下的多波束数据进行校准。
58.作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：第一获取模块，用于获取gps相位中心、所述多波束探头和姿态仪的三维相对关系；第一校准模块，用于根据所述三维相对关系对所述多波束探头进行安装校准。
59.作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：第二获取模块，用于获取相邻两次所述多波束探头对应的所述目标姿态校准数据的姿态值；第二校准模块，用于若当前船只所在位置对应的海底地形包含冲刷坑，根据海上风电桩基基础的大直径金属圆柱形结构及所述冲刷坑形成的地形结构对所述目标姿态校准数据的姿态值进行校准得到校准后的姿态改正值；第三校正模块，用于根据所述姿态改正值对所述多波束探头与船体的之间的相对位置关系进行校正。
60.本发明实施例提供的多波束探头校正装置的功能描述详细参见上述实施例中多波束探头校正方法描述。
61.本发明实施例还提供一种多波束测深数据校正装置，如图6所示，该装置包括：
62.第二校正模块601，用于利用如本发明实施例所述的多波束探头校正方法对多波束探头与船体之间的相对位置关系进行校正；详细内容参见上述方法实施例中步骤s201的相关描述。
63.测量模块602，用于利用校正后对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量；详细内容参见上述方法实施例中步骤s202的相关描述。
64.本发明实施例提供的多波束测深数据校正装置，实现了对复杂地形场景下的多波束数据的精准校正。
65.作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：第三获取模块，用于获取表面声速探头数据，所述表面声速探头设置在所述多波束探头的一侧；第四校正模块，用于根据所述表面声速探头数据对所述多波束探头发射对应的多波束声音时的角度进行校正；第一测量模块，用于利用校正后的对应位置的多波束探头进行测深点数据的测量。
66.作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述装置还包括：量取模块，用于利用高精度声速剖面仪对不同时间和不同位置的海洋垂直剖面进行声速量取得到对应的声速数据；第五校正模块，用于利用校正发射角度后的多波束探头进行测深点数据的测量。
67.本发明实施例提供的多波束测深数据校正装置的功能描述详细参见上述实施例中多波束测深数据校正方法描述。
68.本发明实施例还提供一种存储介质，如图7所示，其上存储有计算机程序701，该指令被处理器执行时实现上述实施例中多波束探头校正方法或多波束测深数据校正方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read－only memory，rom)、随机存储记忆体(random accessmemory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid－state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
69.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read－only memory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid－state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
70.本发明实施例还提供了一种电子设备，如图8所示，该电子设备可以包括处理器81和存储器82，其中处理器81和存储器82可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。
71.处理器81可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器81还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field－programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
72.存储器82作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非
暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器81通过运行存储在存储器82中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的多波束探头校正方法或多波束测深数据校正方法。
73.存储器82可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器81所创建的数据等。此外，存储器82可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器82可选包括相对于处理器81远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器81。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
74.所述一个或者多个模块存储在所述存储器82中，当被所述处理器81执行时，执行如图1－4所示实施例中的多波束探头校正方法或多波束测深数据校正方法。
75.上述电子设备具体细节可以对应参阅图1至图4所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
76.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。