高分辨率海底地形地貌 探测处理理论与技术

第一篇 海底地形地貌探测技术 3

第1章 海底地形地貌探测技术概述 3

1.1 船载地形地貌探测技术 3

1.1.1 船载探测技术 3

1.1.2 船载定位技术 12

1.1.3 无人船载测量平台 13

1.2 星载与机载地形地貌探测技术 15

1.2.1 星载海洋监测技术 15

1.2.2 机载海洋探测技术 17

1.3 水下机器人与海底观测网探测技术 20

1.3.1 水下机器人技术 20

1.3.2 海底观测网技术 24

参考文献 35

第2章 多波束测深技术 36

2.1 多波束测深系统的基本原理 36

2.1.1 波束的指向性 37

2.1.2 电子多波束工作原理 38

2.1.3 相干多波束工作原理 41

2.2 代表性的多波束测深系统 42

2.2.1 浅水多波束测深系统SeaBat7125 42

2.2.2 浅水多波束测深系统R2SONIC 2024 44

2.2.3 浅水多波束测深系统SeaSurvey MS400 46

2.2.4 中浅水多波束测深系统FANSWEEP20 47

2.2.5 深水多波束测深系统EM120 49

2.2.6 深水多波束测深系统SeaBeam 3012 52

2.3 多波束测深基本工作方法与流程 55

2.3.1 多波束测深基本流程 55

2.3.2 多波束测深系统的安装 58

2.3.3 多波束勘测前参数校准 61

2.3.4 多波束勘测测线布设要求 67

2.3.5 多波束勘测声速采集 67

参考文献 69

第3章 机载激光测深技术 71

3.1 机载LiDAR测深系统的工作机理 71

3.1.1 系统组成 72

3.1.2 系统工作原理 73

3.1.3 系统校准 77

3.2 机载LiDAR测深系统的主要技术参数 78

3.2.1 最大穿透深度 78

3.2.2 最浅探测深度 78

3.2.3 测点密度 79

3.2.4 测深精度 79

3.3 机载LiDAR测深点云的波浪改正技术 80

3.3.1 无修正法 81

3.3.2 滤波法 82

3.3.3 惯导辅助修正法 82

参考文献 83

第4章 侧扫与浅地层探测技术 85

4.1 侧扫声呐探测技术 85

4.1.1 侧扫声呐工作原理与构成 85

4.1.2 典型的侧扫声呐设备 88

4.1.3 基本工作流程与方法 93

4.2 浅地层探测技术 95

4.2.1 海底浅地层探测技术的发展 95

4.2.2 浅地层剖面探测技术的基本原理 97

4.2.3 浅地层剖面仪设备组成 101

4.2.4 浅地层剖面探测基本工作方法 105

参考文献 107

第5章 导航定位技术 109

5.1 全球导航卫星系统发展概况 109

5.1.1 GPS系统 109

5.1.2 北斗系统 110

5.1.3 Galileo系统 112

5.1.4 GLONASS系统 112

5.2 海洋导航定位技术 113

5.2.1 水面舰船导航定位技术 113

5.2.2 水下导航定位技术 118

5.2.3 基于电子海图的导航技术 121

参考文献 122

第6章 潮位测量技术 124

6.1 常规潮位测量技术方法 124

6.1.1 常见的潮位测量仪器和方法 124

6.1.2 短期潮位站的布设 128

6.1.3 海平面与垂直基准面 129

6.2 遥感遥测潮位测量技术 134

6.2.1 GNSS观测技术 134

6.2.2 CCD传感器观测 135

6.2.3 遥感式潮位观测 136

6.3 验潮模式水下地形测量操作实例 136

6.3.1 短期潮位站数据采集 136

6.3.2 数据处理 137

参考文献 139

第二篇 海底地形地貌后处理技术与方法 143

第7章 海洋垂直基准面的建立技术 143

7.1 常用的海洋垂直基准面 143

7.1.1 平均海平面 143

7.1.2 海图深度基准面 146

7.1.3 最低天文潮面 149

7.1.4 平均大潮高潮面 150

7.1.5 高程基准 151

7.1.6 大地水准面 152

7.1.7 参考椭球面 153

7.2 海洋无缝垂直基准面的建立 154

7.2.1 无缝垂直基准面的定义与要求 154

7.2.2 建立海洋无缝垂直基准体系的重要性与必要性 155

7.2.3 无缝垂直基准面的建立存在的问题 156

7.2.4 海洋无缝垂直基准面的选择 157

7.2.5 无缝垂直基准面的建立 159

7.3 海洋大地水准面精化方法 166

7.3.1 区域（似）大地水准面的精化 166

7.3.2 无缝深度基准面与似大地水准面间的转换 166

7.3.3 无缝深度基准面与参考椭球基准面间的转换 169

7.3.4 海洋垂直基准面间转换的精度评定 169

参考文献 171

第8章 多波束探测数据处理技术与方法 173

8.1 多波束测深系统的常用数据格式 173

8.1.1 L3公司的三种数据格式 173

8.1.2 Simard公司EM系列数据格式 177

8.2 多波束测深数据处理的基本技术流程 178

8.2.1 多波束测深误差分析 179

8.2.2 综合处理方法和流程 181

8.3 基于CUBE算法的多波束异常数据滤波方法 186

8.3.1 概述 186

8.3.2 CUBE算法的基本原理 188

8.3.3 处理流程与实验分析 197

8.3.4 结果与讨论 199

8.4 基于MOV的声速剖面快速精简方法 204

8.4.1 方法与模块 205

8.4.2 关键技术问题研究 208

8.4.3 数据处理时效对比分析 214

8.5 基于等效声速的多波束测深折射误差改正方法 214

8.5.1 声速对多波束系统的影响 215

8.5.2 三层常梯度等效声速剖面模型 218

8.5.3 多波束实测数据折射误差处理 221

8.6 多波束反向散射与水柱数据处理方法 224

8.6.1 多波束声呐散射成像原理 224

8.6.2 声波回波强度与底质类型的关系 226

8.6.3 多波束水柱数据处理及应用 227

参考文献 235

第9章 侧扫与浅地层探测数据处理技术与方法 242

9.1 侧扫声呐数据处理技术与方法 242

9.1.1 侧扫声呐图像处理 244

9.1.2 斜距改正 247

9.1.3 海底目标物提取与底质识别 248

9.2 浅地层探测数据处理技术与方法 251

9.2.1 浅地层剖面采集软件与数据格式 252

9.2.2 浅地层剖面探测数据后处理的主要方法 253

参考文献 262

第10章 GNSS数据处理技术方法及应用 263

10.1 GNSS的RINEX格式解析 263

10.1.1 GPS观测数据RINEX文件及格式说明 264

10.1.2 GPS导航数据RINEX文件及格式说明 267

10.2 GNSS主要误差的模型改正 269

10.2.1 天线相位偏心的改正 270

10.2.2 相位的wind-up改正 271

10.2.3 测站位移影响与改正 272

10.3 GNSS精密单点定位数据处理方法 274

10.3.1 PPP模型 275

10.3.2 双频码和相位模型 275

10.3.3 UofC模型 276

10.3.4 无模糊度模型 276

10.3.5 相位平滑伪距模型 276

10.4 动态差分GNSS定位数据处理方法 277

10.4.1 差分GPS定位技术方法 277

10.4.2 网络RTK 281

10.5 GNSS在海洋学中的拓展应用研究 281

10.5.1 GNSS海洋学研究及应用 282

10.5.2 GNSS海洋学研究及应用的进一步开展 285

参考文献 286

第11章 潮位数据处理技术与方法 289

11.1 潮位数据的常规分析 289

11.2 潮位数据调和分析 292

11.3 潮位数据预报 293

11.3.1 天文潮预报 293

11.3.2 气象潮预报 294

11.3.3 潮汐表计算 294

11.3.4 潮时计算 294

11.4 潮位数值模型计算 295

11.5 潮汐基准面的关系 296

11.5.1 1956黄海高程系 296

11.5.2 1985国家高程基准 297

11.5.3 浙江吴淞基面 297

11.5.4 多年平均海平面 297

11.5.5 理论深度基准面 297

11.5.6 实例分析 298

11.6 水深测量的潮位改正 298

11.7 近海潮位改正实例 299

11.7.1 GPS RTK验潮方法 300

11.7.2 数据采集 301

11.7.3 误差来源分析 302

11.7.4 RTK潮位的姿态校正 305

11.7.5 实例应用效果对比 306

参考文献 307

后记与展望——中国海洋科学调查与研究正由近海走向全球 309

名词及索引 312