基于多波束和ArcGIS的数字海底地形研究及其实现
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摘要
多波束系统是海底探测类声纳的最新形式之一,是目前进行水下地形勘测的先进的声遥感技术手段。以多波束技术为代表的海底地形测量技术具有3S集成应用的特点。本文阐述了利用GIS技术进行多波束数据处理和初步应用,系统平台采用ArcGIS,空间数据库采用GeoDatabase技术来构建。结果表明,该方法提高了多波束数据处理的效率和精度,可以建立大区域、高分辨率的海底DEM并实现了数据库管理。
本文将基于多波束的海底数字地形建立过程分为以下三个阶段:
(1)多波束数据预处理。包括数据滤波、吃水改正、声速改正、潮位改正、声呐图像处理等步骤,本文采用带阈值的中值滤波结合均值滤波方法来识别和削弱噪声影响,采用三角剖分算法来进行大区域范围的潮位改正,同时,根据多波束数据集的特点,运用测量误差理论来提高多波束的测深精度;
(2)海底DEM构建。多波束的DEM采用规则格网的结构形式,为了充分发挥其优点,采用尽可能高的分辨率而容忍数据冗余的存在,格网的计算采取距离加权和波束加权的原则,针对大范围高分辨率的DEM构建,采用层次细节模型技术进行管理;
(3)空间数据库建立。数据库采用客户端/服务器的模式,本文讨论了利用ArcGIS的GeoDatabase技术建立矢量、影像、DEM、属性一体化的空间数据库,并且通过ArcSDE存储在关系数据库中,并展示了部分应用成果;
通过进行二次开发,运用面向对象的方法设计并实现了进行水下地形测量数据处理和建库的工具软件。该软件包已经进行实际应用并得出如下的经验:在ArcGIS框架体系下,基于组件的海洋地理信息系统可以采用如下的解决方案:通过ArcObjects定制ArcGIS来实现集成的、可视化的、企业级的应用分析模块,而小型的或者需要进行发布的应用程序如电子地图,则通过MapObjects来进行。
Multibeam Echosounder system is a new style of SONAR,and is a high efficiency techonology to abtaian bathymetric data.High resolution bathymetric data are widely used for interpretation of the morphology of the sea floor,for geological,and geophysical research,and for the creation of bathymetric maps.This essay describe the Application of GIS in Multibeam bathymetric data processing and managing.ArcGIS GeoDatabase is used to develop a seafloor terrain database.
For the computation of a digital elevation model different steps were undertaken.The most important step was the bathymetric data editing and cleaning,to remove the outliers,gross and systematic errors.This data editing and cleaning was performed using statistical methods.TIN is used to conduct tide correction.To improve total accuracy of soundings,adjustment based on checkline was performed.
To compute a digital elevation model(DEM).different methods for the computation of a digital elevation model were analysed,the inverse distance weighting interpolator was used to compute DEM with the weight determined by distance and ping number and the search radius depending on water depth,To Managing high resolution and large area DEM,Level of Detail Technology is used.
The spatial database use client/server mode,and geodatabase technology is used to develop a vector、property、DEM and Image intergrated database stored in an RDMS through ArcSDE,also,some examples are given.
A software is developed to processing multibeam bathymetrie data and transport them into database.
本文将基于多波束的海底数字地形建立过程分为以下三个阶段:
(1)多波束数据预处理。包括数据滤波、吃水改正、声速改正、潮位改正、声呐图像处理等步骤,本文采用带阈值的中值滤波结合均值滤波方法来识别和削弱噪声影响,采用三角剖分算法来进行大区域范围的潮位改正,同时,根据多波束数据集的特点,运用测量误差理论来提高多波束的测深精度;
(2)海底DEM构建。多波束的DEM采用规则格网的结构形式,为了充分发挥其优点,采用尽可能高的分辨率而容忍数据冗余的存在,格网的计算采取距离加权和波束加权的原则,针对大范围高分辨率的DEM构建,采用层次细节模型技术进行管理;
(3)空间数据库建立。数据库采用客户端/服务器的模式,本文讨论了利用ArcGIS的GeoDatabase技术建立矢量、影像、DEM、属性一体化的空间数据库,并且通过ArcSDE存储在关系数据库中,并展示了部分应用成果;
通过进行二次开发,运用面向对象的方法设计并实现了进行水下地形测量数据处理和建库的工具软件。该软件包已经进行实际应用并得出如下的经验:在ArcGIS框架体系下,基于组件的海洋地理信息系统可以采用如下的解决方案:通过ArcObjects定制ArcGIS来实现集成的、可视化的、企业级的应用分析模块,而小型的或者需要进行发布的应用程序如电子地图,则通过MapObjects来进行。
Multibeam Echosounder system is a new style of SONAR,and is a high efficiency techonology to abtaian bathymetric data.High resolution bathymetric data are widely used for interpretation of the morphology of the sea floor,for geological,and geophysical research,and for the creation of bathymetric maps.This essay describe the Application of GIS in Multibeam bathymetric data processing and managing.ArcGIS GeoDatabase is used to develop a seafloor terrain database.
For the computation of a digital elevation model different steps were undertaken.The most important step was the bathymetric data editing and cleaning,to remove the outliers,gross and systematic errors.This data editing and cleaning was performed using statistical methods.TIN is used to conduct tide correction.To improve total accuracy of soundings,adjustment based on checkline was performed.
To compute a digital elevation model(DEM).different methods for the computation of a digital elevation model were analysed,the inverse distance weighting interpolator was used to compute DEM with the weight determined by distance and ping number and the search radius depending on water depth,To Managing high resolution and large area DEM,Level of Detail Technology is used.
The spatial database use client/server mode,and geodatabase technology is used to develop a vector、property、DEM and Image intergrated database stored in an RDMS through ArcSDE,also,some examples are given.
A software is developed to processing multibeam bathymetrie data and transport them into database.
引文
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