1、侧扫声纳数字镶嵌技术实践及应用摘 要：侧扫声纳数字镶嵌技术是利用 DSP 技术和计算机技术把侧扫声纳的图像拼接成海底数字声图，本文结合 TEI 数字镶嵌软件，讨论了侧扫声纳数字镶嵌方法、技术及其在海洋研究和海洋工程方面的应用。关键词：侧扫声纳 数字镶嵌技术 实践 随着人们对海底探测要求的提高和声纳技术从模拟到数字的更新换代，声纳镶嵌技术也得到不断发展，从简单的手动斜距校正到全覆盖的网格成图，有了质的变化，其应用也越来越广泛。由于工作的需要我们引进了 TEI 的数字声纳镶嵌软件，在实际使用中有一些体会和经验，与大家交流，以促进声纳镶嵌技术的提高和应用的不断拓宽。 2.数字声纳镶嵌技术特点 数字声
2、纳镶嵌是上世纪八十年代中后期开始在手动镶嵌的原理基础上发展起来，利用计算机的强大运算功能，进行声纳数据镶嵌处理。在九十年代中后期进入快速发展时期，数字声纳镶嵌技术逐步完善和成熟起来。数字声纳镶嵌相对于手动镶嵌可以大幅提高拼图效率和质量，并减低劳动强度，输出任意比例的数字地图或图像并可以和多波束测深数据结合起来，形成海底三维的高分辨率的地图。在海洋调查的同时可以实时观察声纳数据的覆盖情况，对调查作业进行调整，保证声纳对调查区域的全覆盖和减少不必要的重叠。进行数字声纳镶嵌必须要有数字化的声纳图像、GPS 信号和拖鱼的正确相对位置，先要建立调查区域的数字网格地图，把经过斜距、速度改正和经过位置、水深
3、改正的声纳图像数据分割为地图网格大小的块，根据每一小块的位置信息填充到相对应的地图网格中去，形成有位置信息的数字图像，经过计算机合成数字地图，再输出到各种应用软件。在海底探测方面，可以利用声纳镶嵌技术，对海底的真实状况，有直观的了解，对海底各个方面的特性有形象的表达。3. TEI 数字镶嵌软件 现在的数字声纳镶嵌软件已有 TEI、GEODAS、CODA、Hunter 等多种产品，以 TEI 软件应用最为普遍和成熟。TEI 数字镶嵌软件是由TRITONELICS 公司出品的数字镶嵌软件，目前最新的版本为 TEI6.0，可以处理侧扫声纳、多波束侧扫声纳、地震等各种数据，其中 ISIS SONAR模
4、块对侧扫声纳可以进行斜距、速度改正，镶嵌后利用 DELPHMAP 软件合并输出 TIFF 文件格式的图像，并可输出到 AUTOCAD、GIS 中使用。 主要步骤为：首先进行斜距、速度校正， 把水体移去，并使声纳图像的比例一致，能够等比例的反映海底的真实面貌，如果有多波束测深数据，结合起来，对声纳图像进行倾斜校正，还可以获得三维的图像。确立坐标系，是为了把整个调查区域都投影到一个带去；建立地图网格和网格大小，目的就是为了确立切割声纳图像块的大小以填充到网格中去。把切割好的声纳图像按照其位置信息填充到相应的网格去，得到 DDS_VIF 图像文件，包含了位置信息和图像信息。把选择好的DDS_VIF
5、文件合并成一个大幅 DDS_VIF 文件，得到全覆盖图像。选择要输出的区域输出 TIFF 格式图像文件，还有包含四个角的位置的 TFW 信息文件。通过以上几步处理可以得到调查区域的高分辨率全覆盖海底数字声图。 4.在实际使用中需要注意的几个问题 4 . 1 声纳数据采集方面 要求是数字声纳，并最好要有拖鱼水下定位系统和数字罗经，才能保证采集来的数据，位置信息准确，形成的图像才不会错位。如果没有拖鱼水下定位系统和数字罗经这些设备，就要记录详细的拖缆长度和计算后的 LAYBACK 值，在镶嵌时进行改正，但这样还是会有一些误差，需要手动微调，当有侧流时还要进行 LATERAL OFFSET 的改正。
6、 4 . 2 镶嵌处理方面 TVG 的调整要在清晰的基础上，尽量要保持一贯性，以利于海底底质和微地形地貌的分析。海底线的跟踪设定，要以对比最强烈的通道为主，适时调整水深门限，如果水深变化很小时用手动效果会更好一些。当定位数据有跳动时要剪除掉这部分数据，没有水下定位系统时，把长测线分割成为 2 公里左右的测线效果会更好。在合并层时，要在保证覆盖的前提下，先选取清晰的层，把重叠的层移去，适时的调整层的顺序，可以取得更好的效果。 4 . 3 输出图像方面 在输出 TIFF 格式图像时最好把图像反转并用对数显示，使目标物更加清晰。 5.数字声纳镶嵌技术的应用 数字声纳镶嵌技术在海底探测的应用非常广泛，
7、我们目前主要应用于以下几个方面。 在海洋地球科学研究上。通过对声纳镶嵌图的分析，可以对调查区域的微地形地貌特征等有一个详细的了解，如图 1 的声纳镶嵌图清楚地反映了海底底质从较软的细颗粒物质向较硬的粗颗粒物质变化。在海底构筑物和障碍物探测和定位上，可以通过对镶嵌图的分析，掌握海底构筑物和障碍物的分布情况及大小、形状和高度等。图 2 中可以看到海底排列整齐的渔网网根，以及它的分布和大小。图 3 中可以看到沉船及大小、方向和高度。同样这项技术还可以用在水下考古、水下探险和水下救捞，在军事上可以用来扫、猎水雷。在海洋工程施工上，通过在施工前后的调查，可以对施工区域有清楚的了解，对施工前后声纳镶嵌图的
8、对比，可以对施工效果和质量有明确的判断。图 4 是对 APCN2 海底光缆 S3 段 KP450 附近护缆工程施工前后的对比图，可以清楚的看到施工时施放的 4 个混凝土沉块、护缆及它们相对于光缆的位置，证明已基本达到施工的目的。 6.结束语 随着声纳技术的飞速发展，出现了多波束侧扫声纳、相干声纳、合成孔径声纳等一些新型声纳，声纳的分辨率和图像质量有了极大的提高，数字声纳镶嵌技术也有了长足的进步，可以拼出更大幅面，更小网格、更高质量的声纳镶嵌图，但现在的声纳镶嵌技术存在自动抑制多重和交叉影响以及自动降噪等方面的不足，影响着它在更多的领域应用。我相信随着计算机技术和 DSP 技术的进步，必将推动数字声纳的数据处理水平和声纳镶嵌的精确度将得到大幅提高，通过声纳镶嵌图得到的海底的高清晰图片或地图将应用于更多领域。 参考文献： 1Peter K Trabant，APPLIED HIGH-RESOLUTION GEOPHYSICAL METHODS， International Human Resources Development Corporation 1984. 2TRITONELICS 软件说明书. 3GEODAS 软件说明书.
