海底底质分类软件qtcswathview在海洋测绘中应用探究

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1、海底底质分类软件QTCSwathView在海洋测绘中应用探究摘要：本文简要介绍当前的海底底质分类技术，详细叙述了海底底质分类软件QTCSwathView的技术原理和一般处理过程，探讨其在海洋测绘领域的应用前景。关键词：海底底质分类技术QTCSwathView应用前景声纳图像技术为研究海底表面特性和海底底质特性提供了一种十分快捷、有效的手段。大致可分为三种海底声学参数反演、统计特征分类和图像的纹理特征分类。本文主要介绍QTCSwathViewol.QTCView系统目前主流的海底底质分类技术主要有美国的ASCS和VBT-BottomClassifier系统

2、、挪威的多波束系统和TRITON分类软件、加拿大的QTCVIEW系统，以及英国的RoxAnn系统，其中后两套系统目前已应用于商业领域，系统比较成熟,但是基于不同的原理和技术。RoxAnn系统主要基于包含在第1次和第2次回声信号中的能量分析，其系统分类使用E1和E2两个参数，E1反映了海底底质的粗糙度，E2则从两次回波中提取，反应了海底底质的硬度。QTCVIEW系统是采用数字技术获取所有接收的声纳数据，仅对第一次回声信号做分析，利用各种算法推导超过130个特征描述参数，通过主成分分析后提取三个主要的特征参量，然后进行三维聚类分析，从而分离出各声纳波束特征中

3、所包含的海底底质信息。QTCVIEW系统主要包含三个软件:QTCSwathView.QTCImpact和QTCClamso限于篇幅，本文着重介绍QTCSwathView软件在海洋测绘领域的应用。2.QTCSwathView软件的技术原理2.1计算'‘小块矩形区域”的全特征向量QTCSwathView软件可以直接对带有反射散射数据的多波束数据进行运算和分析。QTCSwathView软件利用影像分割法将多波束声纳数据数字化成像，然后对数字影像进行动态补偿，并根据采样频率和船速把影像切割为许多矩形网格，接着利用内部统计算法将这些矩形网格内的多波束反向散射数据计

4、算出超过130组的描述海底底质物理性质的参数，这些描述性参数统称为全特征向量。2.1.1常规统计算法常规的统计算法主要是计算平均值和标准偏差，因为这两项指标通常被用来反映声阻抗变化和反射界面的粗糙程度，其中均值定义为：式中，V为灰度，P（V）为灰度的概率，其中一阶矩为均值，二阶矩为方差，表示图像灰度的分散程度。2.1.3能量谱能量谱是从多分辨率尺度上描述统计特性，通过快速傅里叶变换得到的谱特征参数可以得到描述反向散射强度数据能量谱的特征量。2.1.4灰度共生矩阵纹理是对灰度图像特定区域进行有效区分的一个重要参数，基于统计特征的灰度共生矩阵是最常用的纹理分

5、析方法。灰度共生矩阵描述了图像中不同距离上强度的变化，给出了他们之间详细的对比及相关性。通常灰度共生矩阵是由振幅量化的反向散射强度影像的每一个像素块决定的每一个灰度共生矩阵元素（i,j）的值等于沿方向间隔为d时,灰度为i和j的像元对出现的频数。灰度共生矩阵的维数依赖于量化单位表示的强度动态变化幅度。方向的标准值和0°,45°,90°,135°o2.1.5分型维数应用在地形地貌建模的分形概念就是二位空间谱分析的一个改进，分形谱有两个参数，其中一个是确定相关长度粗糙度的截止波数，另一个是分形维数。分形维数是对散射和深度变化的分布和结构进行测量的一种灵敏的方法

6、。分形谱的公式为：对于具有多种底质的海底地貌来说，海底地形可以通过分形结构建立相当简单和恰当的模型，另一方面，通过分形构建的海底地貌模型，估计参数较少，对于海底底质分类的简化是有益的。2.2海底底质分类的实现计算出全特征向量之后，利用主成分分析法得出三个最具代表性的值QI,Q2,Q3,统称为Q-valueso利用这新组合形成的三个向量值构建三维聚合空间，从而在空间中形成聚合的簇，一个矩形网格的性质分类就是根据计算得出的簇的空间位置来确定的，与之最接近的簇的类型都是相同的，从而实现海底底质分类一一得到海底底质声学差异性图。2.3海底底质分类图的实现从2.2

7、中我们得到的仅仅是一幅声学差异性图，还需要建立一个具有代表性的分类数据库对聚合的簇的底质类型进行分类确定。分类数据库建立的一般过程：在已知的测量区域a上采集一组回声样品数据和底质类型数据，并建立这二者之间的联系，在整个测量区域内重复该点a的过程，建立一个能够代表该区域所有底质类型的分类数据库。通过对该分类数据库的培训，将海底底质声学差异性图与底质类型建立相关关系，从而得到海底底质分类图。2.QTCSwathView软件处理多波束数据的一般过程①数据导入和过滤。将包含有水深和反向散射强度的多波束数据导入软件，对导入的数据进行底跟踪修正和边界修正，删除那些水

8、深数据和反向散射强度显示不正常的数据。②数据整理。设定多波束数据的入射角度，选择