基于Skyline的水下多波束测深数据应用

2016-12-26吴小东孙嘉骏

地理空间信息 2016年2期

关键词：波束水库系统

吴小东，闻平，桂林，孙嘉骏

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650041）

基于Skyline的水下多波束测深数据应用

吴小东1，闻平1，桂林1，孙嘉骏1

（1.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650041）

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。

多波束测深系统；点云；Skyline

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 多波束数据获取及处理

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。

图1 多波束测深数据处理流程

1）参数改正：利用姿态改正参数、声速剖面数据及潮位数据等进行参数改正[6]；

2）格式转换：将外业采集的PDS2000格式转换为HDCS格式，并合并数据；

3）构建曲面：利用合并的水深数据建立水深曲面；

4）检查及编辑：编辑测线，以手工方式或参数自动化的方式过滤噪声和错点[7]。

1.3 成果数据输出

多波束测深系统的成果极其丰富，包括三维点云、水下地形等深线图、各类栅格图、数字高程模型、三维立体模型、声纳影像等高技术产品。在经过参数改正、数据剔除等内业数据处理后，可根据工程应用需要生成不同类型、不同格式、不同坐标系统的数据。点云数据是经数据处理后最原始的数据形态，由海量的包含三维坐标信息的点组成。通过点云数据可以生产其他各类数据，如等深线数据、剖面图、DEM、三维立体模型等，图2为多波束输出的DEM数据。

图2 多波束输出DEM数据

2 数据转换

2.1 点云格式比较

Caris Hips输出的点云格式如下：点序号 Y坐标 X坐标高程值

Skyline中支持的点云格式如下：

X坐标 Y坐标高程值 R B G

可见，二者之间存在差异，尤其是Skyline中的点云数据包含渲染时的颜色RBG值，二者间的转换必不可少。

2.2 格式转换

2种格式点云数据的转换，主要在于空间点位数据和渲染颜色RGB转换2个方面。

1）空间点位数据。Skyline中点云数据的空间坐标值单位最好为 m，这样点云数据加载后不需要进行缩放系数设置。Caris Hips输出的点云格式数据到Skyline识别的点云格式数据，在空间参考和单位相同时进行点位转换较为简单，只需改变其对应坐标在点云文件中的位置即可。代码如下：

2）渲染颜色RGB。由于Skyline中的点云数据需要渲染颜色RGB信息，一般情况下根据高程值对点进行颜色渲染，渲染方式有拉伸、离散、分类、唯一值等方式。以下代码实例中，根据高程值拉伸进行颜色RGB信息设置。

2.3 数据制作加载

将点云数据加载到Skyline场景中需要将其制作成*．cpt格式文件，即Skyline自身的点云数据格式文件。该格式基于Skyline自身的数据组织存储结构及调用算法，具有很高的数据加载及浏览效率[8]。图3为漫湾电站水库坝前段水下点云数据。

图3 Skyline中加载水下点云数据

由于点云数据具有较高的点密度，水下地形的细节表现明显，图4为Skyline中漫湾水下点云数据细节展示。

图4 Skyline中水下点云细节展示

3 应用开发

Skyline提供了较为强大的二次开发接口。本文结合Skyline二次开发接口[9]，采用C#．NET语言，开发完成“水下点云数据管理应用系统”[10]，如图5所示。

图5 水下点云数据管理应用系统

系统具有水下点云数据管理功能，可以管理不同的采样间距、不同时期的点云数据，方便调用查阅。此外，系统还具有距离量算、剖面分析（如图6）、不同时期水下点云对比（如图7）、冲淤等功能。

图6 剖面分析

图7 不同时期水下点云对比

4 结语

将多波速测深系统获取的水下高密度、高精度点云数据转换为Skyline中支持的点云数据，为三维场景提供水下地形数据，结合基于Skyline二次开发的“水库水下点云管理应用系统”，为水库提供精确的水下地形数据、强大的数据管理功能和高效的数据分析功能，有利于用户充分了解水库的历史及现状，时刻把握水库冲刷及淤积情况，为水库的安全运行、科学化管理和决策提供技术支撑。

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图4 灾毁前

图5 灾毁后

4 结语

于田地震震中位于无人区，人烟稀少。利用影像快速处理方法对震前震后大量影像进行快速处理，与传统的影像处理过程相比，能大大缩短影像处理时间。影像实时处理方法主要是面向应急，所以不能做到传统的数字影像生成的相关技术指标。此外，有些传感器的全色影像和多光谱影像间由于存在夹角等原因会有错位，直接进行融合会出现重影，需要在选择更高精度的DEM和自动配准等方面开展进一步的研究工作。

参考文献

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第一作者简介：胡朝晖，硕士，工程师，主要从事灾害遥感监测、地震大地测量学研究。

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