基于CUBE算法的多波束测深数据自动处理研究

基于C#的多波束测深数据预处理软件设计与实现卢凯乐;王胜平【摘要】Based on the study of the multi beam sounding data preprocessing,which include data de-coding,sound ray tracking,attitude correction,geographic homing and outliers batch elimination. We design and develop a multi beam sounding data preprocessing software by using C#. The software also has the function of parameter configuration,data editing,precision system auxiliary parameter detec-ting,and view setting. Compared with the results of Hypack software,the software has high accuracy and reliability.%在研究了多波束测深数据预处理中的数据解码、声线跟踪、姿态改正、地理归位和粗差批处理的基础上，基于C#编程语言，设计并开发了一款多波束测深数据预处理软件，该软件同时还具备参数配置、测深数据编辑、精密系统辅助参数探测、视图设置等功能。

同Hypack软件处理结果比较结果表明，本软件具有较高的精度和可靠性。

【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】4页(P56-59)【关键词】多波束测深数据;数据解码;C#语言;软件设计【作者】卢凯乐;王胜平【作者单位】东华理工大学测绘工程学院，330013，南昌; 流域生态与地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室，330013，南昌;东华理工大学测绘工程学院，330013，南昌; 流域生态与地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室，330013，南昌【正文语种】中文【中图分类】P229多波束测深系统起源于20世纪60年代美国海军研究署资助的军事研究项目，发展至今，已成为当代海洋基础勘测技术中的一项高新技术，多波束测深具有高精度、高效率和高分辨率等优点［1－2］。

基于多波束声呐系统的水深测量技术研究作者：胡玗晗来源：《科技资讯》2018年第19期摘要：本文以多波束声呐系统在水下地形测量中的应用为研究对象，探讨了多波束声呐系统的原理、数据处理方法，并以传统的扫床方式对多波束测深系统的质量的进行了检验，结果表明，在水深30m的情况下，通过3～4次的反复扫测完全能够达到测点间距为3.6cm，这样的测点密度完全能够检测到水下细小的礁石，能够非常详细地反映施工区域水下地形情况。

且多波束测深系统的测量数据在施测过程中就可以实时显示水下区域的地形情况，测量数据不仅可以制作平面的地形图，还可以制作三维模型，展示的效果直观丰富。

关键词：多波束测深系统航道炸礁质量检验应用研究中图分类号：P228 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（a）-0036-02在某工程施工中，需要对水下地形情况进行扫测，本文利用多波束声呐系统进行了测量，并用传统扫床方式进行了质量检验。

1 多波束水下地形扫测本次项目扫测采用的多波束测深系统是由丹麦RESON公司生产的SeaBat 7125 SV2型高分辨率多波束声呐系统。

本次扫测项目多波束采用船体井式固定安装。

数据采集利用7K Control控制软件与PDS2000数据采集软件相结合的方式进行。

采用7KControl控制软件对各个测量传感器进行控制；PDS2000数据采集软件用于数据采集以及数据显示。

扫测时，首先在PDS2000中建立扫测项目。

数据采集的具体过程如下。

（1）在新建扫测项目前要利用能够控制到该测区范围的控制点计算出测区的七参数。

（2）在已有的测区范围图上用直线段取出范围线并保存为dxf格式。

（3）新建扫测项目。

（4）插入7K控制软件狗，打开7K控制软件，选择适合本次测区水深的400kHz频率，以自动模式开始数据采集。

（5）打开PDS2000软件点击Realtime，显示一些常见的便于操作者和测船驾驶员观看的界面。

多波束测深系统信号处理平台关键技术研究与实现的开题
报告
1. 研究背景
多波束测深系统是一种利用多个声波发射器和接收器测量水深的技术，常用于海洋测绘、航道维护和海底资源勘探等领域。

多波束测深系统能够提高水深测量的精度和效率，但信号处理平台的性能和算法对系统精度和可靠性有着至关重要的影响。

2. 研究内容
本项目旨在研究多波束测深系统信号处理平台关键技术，包括以下内容：
2.1 多波束测深系统建模和信号处理算法研究
对多波束测深系统进行建模，并研究信号处理算法，包括多普勒效应补偿、滤波和波束形成等，提高系统精度和可靠性。

2.2 多波束信号采集和数据处理平台设计与开发
设计、制造并完成多波束信号采集和数据处理平台，完成演示和功能测试，以验证研究成果的实用性与系统性能。

2.3 实验设计和数据分析
通过实际测试和数据分析的方法，验证多波束测深系统信号处理平台的性能、精度和可靠性，并分析试验结果。

3. 研究意义
研究多波束测深系统信号处理平台关键技术的意义在于：
3.1 提高多波束测深系统的测量精度和可靠性，为海洋测绘、航道维护和海底资源勘探等领域的应用提供更加准确的数据。

3.2 探索新型信号处理算法和平台设计，促进多波束测深系统的升级和改良，提高系统性能和效率。

3.3 为相关行业提供技术支持和服务，推动我国航海技术和海洋资源勘探能力的提升。

一种适用于海量多波束测深数据的中值滤波算法
葛健;刘天阳;徐卫明
【期刊名称】《海洋测绘》
【年(卷),期】2015(35)3
【摘要】针对CUBE算法中的数据中值滤波排序问题,设计了一种基于堆结构的中值滤波算法.这种方法以初始滤波窗口中间数据为支点,把滤波序列划分为2个堆,进而把查找滤波窗口中间位置数据转化为在两个堆中进行排序并输出根节点的操作.实验结果表明,这种方法的滤波速度约为基于二分查找的中值滤波算法的2～4倍,适合应用于海量数据的滤波处理.
【总页数】4页(P39-42)
【作者】葛健;刘天阳;徐卫明
【作者单位】92292部队,山东青岛266405;海军大连舰艇学院海洋测绘系,辽宁大连116018;海军海洋测绘研究所,天津300061;海军大连舰艇学院海洋测绘系,辽宁大连116018
【正文语种】中文
【中图分类】P229.1
【相关文献】
1.基于中值滤波加权修正的多波束声呐测深数据趋势面滤波方法 [J], 张兴伟;潘国富;张济博
2.一种改进的基于TIN的多波束测深数据抽稀算法 [J], 马丹; 樊妙; 闫循鹏; 孙毅;
马永
3.一种改进的基于TIN的多波束测深数据抽稀算法 [J], 马丹; 樊妙; 闫循鹏; 孙毅; 马永
4.一种适用于陀螺定向测量数据处理的滤波算法 [J], 王庆;万德钧;李滋刚
5.针对多波束测深数据的抗差稳健估计滤波算法研究 [J], 闻亚;梁丁
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多波束测深系统运动补偿新技术研究与硬件设计的
开题报告
一、选题背景：
多波束测深系统是测量海底地形和水深的常用设备，其主要通过多个声束扫描海底并测量回波的时间差来计算水深及海底地形。

由于海洋环境的复杂性，多波束测深系统需要能够在海洋中进行船体姿态和运动的补偿，以保证测量的精度和稳定性。

二、研究内容：
本文旨在探究一种基于新技术的多波束测深系统运动补偿方法，并设计相应的硬件电路，以提高多波束测深系统的测量精度和稳定性。

具体研究内容包括：
1. 对多波束测深系统的基本原理、系统结构和运动补偿方法进行深入研究；
2. 探究新技术在多波束测深系统中的应用，如惯性测量单元、计算机视觉等技术，以提高运动补偿的精度和效率；
3. 设计硬件电路，完成多波束测深系统的运动补偿功能，并进行实验验证和性能测试。

三、研究意义和预期目标：
现有的多波束测深系统在进行测量时容易受到海洋环境的影响，导致测量结果快速发生变化，从而影响其工作效率和稳定性。

本研究旨在研究基于新技术的多波束测深系统运动补偿方法，以提高测量精度和稳定性，有重要的意义：
1. 提高多波束测深系统的工作效率和运行稳定性；
2. 拓展海洋科学领域对多波束测深系统的应用范围；
3. 对于海洋勘探、海洋地质等领域都有着广泛的应用。

预期实现的目标：
1. 确立可靠的多波束测深系统运动补偿方法，提高测量精度和稳定性；
2. 完成硬件电路的设计与实现，实现多波束测深系统运动补偿功能；
3. 对系统进行实验验证和性能测试，证明研究成果的可行性和有效性。

SURFER软件在多波束测深数据处理分析中的应用研究魏荣灏;张杰;蒋小海;史永忠【摘要】多波束测深系统获取的数据具有全覆盖、数据密度高、成果精细和输出数据网格化的特征,需要研究其数据的处理和分析方法.而Surfer软件作为快捷的网格数据处理和成果输出软件,已在地质、气象等领域得到了广泛应用,但在多波束数据处理方面研究较少.主要研究采用Surfer软件对多波束测深成果进行数据插值、容积计算与冲淤分析和图件绘制,研究结果表明,Surfer在多波束数据处理方面具有良好的应用前景.【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2016(044)003【总页数】3页(P79-81)【关键词】多波束测深数据;Surfer;容积计算;三维可视化【作者】魏荣灏;张杰;蒋小海;史永忠【作者单位】浙江省河海测绘院,浙江杭州 310008;浙江省河海测绘院,浙江杭州310008;浙江省河海测绘院,浙江杭州 310008;浙江省河海测绘院,浙江杭州310008【正文语种】中文【中图分类】P332随着近年来材料科学和计算机处理技术的快速发展，海洋测绘设备和技术也得到了长足发展，多波束测深系统以其高效率、高精度和全覆盖等特征，在水下大比例尺测量领域正逐渐取代传统的单波束测深仪并成为未来的主要发展方向。

多波束测深系统可输出海量的标准网格数据，常规的数据处理方法效率较低，而传统的CAD图件也难以反映出多波束测深数据的优势与特点，非常有必要研究新的数据处理分析方法。

美国Golden软件公司的Surfer软件主要用于处理网格数据，且具有强大的数据插值、处理和分析及可视化能力，已经广泛应用于生物、矿业、工程、地学和气象等领域[1-2]，但在多波束测深数据处理及分析中的研究较少。

因此本文主要研究采用Surfer软件处理和分析多波束测深数据，并取得了一些初步成果。

Surfer软件主要处理格式为ascii码的(x,y,z)离散点数据，也可以直接导入各种行业标准格式文件(如AutoCAD的dxf格式文件、ERSI的shp格式文件和Google Earth的kml格式文件等)等，数据导入后可以进行多种操作，如数据插值、图件绘制和计算分析等，并可通过脚本文件编程实现数据自动化处理，功能强大，且相对于其他的地理信息软件具有体积小、操作简便等特点，便于用户进行数据处理及分析。

用CUDA加速多波束测深系统波束形成作者：高博来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期摘要通常信号处理中的波束形成计算都是在DSP或者FPGA上实现的，普通的PC机上无法实现实时波束形成。

本文在CUDA架构下用GPU加速多波束测深系统的波束形成计算过程，在移动工作站上实现了测深数据的实时波束形成处理，具有开发周期短、成本低、计算能力可扩充的优点。

【关键词】CUDA多波束波束形成实时处理1 引言多波束测深系统是一种高效的水底地形测量系统。

设备通过向水底发射一次信号，接收信号的回波来进行处理，得到测量平台两侧一条带上几百个采样点的深度数据。

波束形成是多波束测深系统信号处理中一个非常重要的任务，往往耗费大量的计算资源，通常对这类数据的处理采用DSP来实现。

然而这种DSP实时处理的方式具有投入大，研发周期长，板卡多，升级困难的缺点。

由英伟达公司提出的CUDA（Compute Unified Device Architecture）计算架构，能使用标准的C来进行GPU编程，对大规模数据并行计算，不仅运行速度快，并行化程度高，还具有开发周期短、无需硬件设计调试、便于升级的优点。

本文通过CUDA技术对多波束测深系统的波束形成进行并行优化处理，大大提高了信号处理速度，从而在移动工作站上实现了多波束测深数据的实时波束形成处理。

2 多波束测深系统波束形成考虑多波束测深系统中基阵接收位于远场的情况，即信号波前到达基阵时可看作平面波。

在远场情况下对基带解调后的信号，采用基带延迟加相移波束形成。

对于波束形成需要的时延补偿，其整数点采样部分，用时延实现，剩余的小数采样部分，用相移实现。

在远场平面波的假设条件下，以任意阵型M元阵，入射单频脉冲信号为例。

假设第i号阵元上的接收信号经过基带解调后为xi （t），其中i=1，2，…，M，它的希尔波特变换（Hilbert）（t）。

设信号原始频率为f0，接收信号经过基带解调后频率为fc，采样频率为fs。

多波束条带测深仪小型化关键技术的研究的开题报告一、研究背景和意义多波束条带测深仪（Multi-beam Echo Sounder，简称MBES）是一种用来获取水下地形信息的高精度设备，广泛应用于海洋科学、海洋资源开发、海底工程勘察等领域。

MBES能够在一次测量中获得被测区域的全景水深数据，相对于传统的单波束测深仪（Single-beam Echo Sounder，简称SBES）具有更高的测量效率、更高的数据密度和更高的测量精度。

随着海洋科学和工程技术的发展，对于MBES的要求也越来越高。

大尺寸MBES可以满足高精度的测量需求，但是存在着信息获取效率低、耗能大和结构笨重等问题。

小型化MBES是未来的研究方向，其不仅可以满足船舶测深方面的需求，还可在潜水器、机器人探测等方面得到广泛应用。

因此，小型化MBES的研究具有重要的现实意义和应用前景。

二、主要内容和研究方法本次研究的主要内容是小型化MBES的关键技术研究。

其中，包括多波束信号的发射与接收技术、小型化传感器的设计和制造、信号处理算法等方面的研究。

具体研究方法包括文献综述、仿真计算、实验测试等。

首先，通过文献综述了解和掌握当前小型化MBES的研究进展，分析和比较不同制造商的小型化MBES线束的技术参数和应用情况。

其次，通过仿真计算模拟多波束的发射和接收过程，优化传感器的设计，并且改进信号处理算法以提高测量精度。

最后，通过实验测试进行结果分析和验证。

三、预期结果和贡献本研究的预期结果包括：小型化MBES的设计和制造；多波束信号发射和接收的关键技术解决方案；针对小型化MBES的数据处理算法。

同时，本研究对于小型化MBES的研究领域将具有一定的贡献。

四、研究计划此次研究将持续1年，主要分为以下4个阶段：第一阶段（3个月）-开展文献综述，调研小型化MBES的研究进展和相关技术应用；-对小型化MBES进行设计方案分析；-制定本研究方案。

第二阶段（3个月）-开展多波束信号发射与接收技术的仿真计算；-针对传感器的设计和制造进行改进和调整。

基于Skyline的水下多波束测深数据应用吴小东;闻平;桂林;孙嘉骏【摘要】探讨了多波束测深数据的获取方式及处理流程，通过程序开发将其转换为Skyline点云数据格式，采用二次开发的方式，完成了“水下点云数据管理应用系统”，实现了水下多波束测深数据在Skyline大场景中的应用。

【期刊名称】《地理空间信息》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】3页(P25-27)【关键词】多波束测深系统;点云;Skyline【作者】吴小东;闻平;桂林;孙嘉骏【作者单位】中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650041;中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650041;中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650041;中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650041【正文语种】中文【中图分类】P229通过多波束获取准确可靠的水库水下地形数据，可以为水库安全运行提供有力保障。

随着三维、3S技术的发展及应用，基于三维大场景的综合式管理也日渐兴起，水下地形数据无疑是其中不可或缺的一部分[1]。

Skyline作为三维大场景软件中的佼佼者，提供了对DEM数据及特定格式点云数据的支持[2]，但并不直接支持多波束测深数据。

此外，多波束数据由于其数据量大，将其转换为DEM数据耗时多[3]，同时DEM格式数据不利于多期数据在Skyline中对比分析，将其转换为Skyline支持的点云格式无疑是一个不错的选择。

1.1 数据采集多波束测深系统由实时采集系统、辅助系统、数据后处理系统3部分构成[4]。

数据主要采集流程如下：①硬件安装及连接；②罗经姿态传感器设置；③换能器设置；④声速剖面测量；⑤GPS控制点联测；⑥船姿与换能器安装校正；⑦测线布置；⑧外业数据采集。

外业数据采集过程中，船只按布置的测线航行，根据作业环境变化动态调整声纳参数，完成外业采集工作。

1.2 数据处理多波束水深数据处理工作量大而繁琐[5]，采用Caris Hips软件对水深数据进行处理，如图1。

多波束水深测量误差源及成果质量研究摘要:多波束水深测量系统主要是应用于海洋水深测量实际生产中的应用，测量数据的一些误差对于海岸近岸工程量计算会产生比较大的影响，所以本文将从多波束水深测量的相关知识、测量过程、测量的误差来源和它的相关成果研究来对多波束水深测量误差源及其成果进行一个比较系统的分析阐述。

关键词:多波束；测量；误差；成果随着我国各方面的蓬勃发展，在海洋方面的经济也取得了很大的进步，对于近海工程的建设项目也处于持续的发展挖掘中。

而对于近海工程建设项目比如设计、施工等工作程序的前期则需要对水深和水下地形有一个较为详细地了解，所以就需要一个有水深地形的数据资料的勘察报告，此时就需要相关的测量工具或者仪器了。

单波束测深系统和多波束测深系统都是在探测海洋海底地形资料方面很重要的技术手段，其中多波束测深系统的特点是效率高、精度高、覆盖面广，所以在测量未知海洋区域的深度这一块应用比较广泛。

随着我国近些年来海洋工程项目的不断开展，积累了很多这方面的经验，对于水深测量方面的理论研究和技术质量控制也得到了进一步的提高，所以随之而来我们对于测量水深数据的精确程度和测量速度等要求也相对提高。

一、多波束水深测量系统地组成及水深测量过程1. 多波束水深测量系统地组成水深测量系统主要是由基站、测船移动站、测深仪和电脑主机等几部分一起组成。

其中基站和测船移动站是由主机、数据传输线、GPS接收天线等部分构成；而测深仪则一般由换能器、数据传输线和主机构成，现在一般采用的是双频测深仪；电脑主机则相当于一个数据处理系统，运用专业的海洋测量成图软件在计算机中操作完成，然后再通过打印机来将成果输出。

2.水深测量的过程水深测量的目的是测量水面到水底的直接高度，水深测量过程大概如下：一要进行测线和检查线的布置、各种相关仪器和软件的安装及调试，第二对相关测量仪器进行检查，若有问题则及时改正，没有问题后则进行数据采集；第三部则是进行内页处理、水深对比分析，然后进行成图编绘，最后完成报告的编写。

多波束测深数据处理中的CUBE算法探讨
曹源
【期刊名称】《中国水运（下半月）》
【年(卷),期】2009(009)008
【摘要】阐述了一种多波束测深数据处理算法--CUBE(Combined Uncertainty and Bathymetry Estimator)算法,用该算法可以对观测区域网格节点"真实"水深及相关误差进行估计.用CUBE算法处理多波束数据近两年已被国际上大多数多波束处理软件所采用,该算法的成熟应用将数据处理人员从繁重的多波束内业中解放出来,为多波束更加广泛的应用提供良好的基础.
【总页数】2页(P131-132)
【作者】曹源
【作者单位】上海海事局,海测大队,上海,20009
【正文语种】中文
【中图分类】TP274
【相关文献】
1.便携式多波束测深系统波束形成快速算法与试验数据处理 [J], 刘文强;周波;李珊;李海森
2.CUBE算法及其在多波束数据处理中的应用 [J], 王德刚;叶银灿
3.利用CUBE算法剔除多波束测深粗差研究 [J], 黄辰虎;陆秀平;侯世喜;黄谟涛;欧阳永忠;李志炜
4.基于CUBE算法的多波束测深数据自动处理研究 [J], 王海栋;柴洪洲
5.二次CUBE滤波算法及在边坡乱石区测深数据处理中的应用 [J], 郑永新;张红梅;赵建虎
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二次CUBE滤波算法及在边坡乱石区测深数据处理中的应用郑永新;张红梅;赵建虎【摘要】针对传统CUBE(combined uncertainty bathymetry estimation )算法在水下边坡乱石区多波束测深数据滤波中表现出的水深估计不准确、地形特征模糊和粗差剔除能力不足等问题,基于乱石区测深数据特点,提出二次CUBE滤波算法,给出了位置和水深同步估计的思想和方法、顾及地形梯度的平面和水深不确定度传递模型、参考水深的多重估计和优选新算法,以及顾及地形梯度的二次水深估计模型,综合实现了乱石区水深的准确估计和粗差的自动准确检测.试验表明,本文给出的方法实现了粗差的自动准确剔除,提高了传统CUBE算法水深估值的精度,算法效率和抗差性更强,形成的地形特征更加准确.【期刊名称】《测绘学报》【年(卷),期】2018(047)011【总页数】9页(P1549-1557)【关键词】CUBE滤波;边坡抛石区;多波束测深点云;平面位置估计;二次CUBE滤波【作者】郑永新;张红梅;赵建虎【作者单位】武汉大学测绘学院,湖北武汉430079;武汉大学海洋研究院,湖北武汉430079;武汉大电气与自动化学院,湖北武汉430072;武汉大学测绘学院,湖北武汉430079;武汉大学海洋研究院,湖北武汉430079【正文语种】中文【中图分类】P229多波束测深系统(multibeam bathymetric system,MBS)因具有高密度、全覆盖测深特点[1-2]，在港口、航道等工程中有着广泛的应用。

实际应用中，特别在海岸防波堤抛石工程中需要边施工边测量，对抛石间较大缝隙进行填补，这就需要比较准确和清晰的水下地形信息。

然而，施工区域水下地形测量受悬浮物、石块遮挡、系统噪声和测量船噪声等影响，MBS获取的测深点云存在大量粗差，严重影响了测深数据对海底测量对象的准确描述，不能给予抛石施工准确的指导信息，必须给予有效滤除。

CUBE自动滤波在远海多波束测深中的应用
魏源;金绍华;赵伟光;高永耀;占祥生
【期刊名称】《海洋测绘》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】为提升远海多波束测深数据标准化处理能力,验证CUBE自动滤波在远海海域的实际应用效果,选取远海海域3个典型深度测区,使用优选的CUBE自动处理参数组,对多波束测深数据进行自动滤波处理,并从处理用时、逐点标记以及交叉点水深差值3个方面,将处理结果与多名作业人员的手工处理结果进行对比分析。

实验结果表明,使用CUBE自动处理与人工处理结果基本相同,且少量处理不同之处产生的水深成果差值均在测量误差允许范围之内,且CUBE自动处理在处理效率、成果标准一致性方面均优于人工处理。

本文成果对于提升远海多波束测深数据标准化处理能力具有较强的实践指导意义。

【总页数】5页(P12-15)
【作者】魏源;金绍华;赵伟光;高永耀;占祥生
【作者单位】91937部队;海军大连舰艇学院军事海洋与测绘系
【正文语种】中文
【中图分类】P229.3
【相关文献】
1.多波束测深数据处理中的CUBE算法探讨
2.基于CUBE算法的多波束测深数据自动处理研究
3.二次CUBE滤波算法及在边坡乱石区测深数据处理中的应用
4.多
波束测深系统与单波束测深仪在长江河道测量应用中的比较与分析5.简析CUBE 自动滤波对疏浚工程测深数据的影响
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