基于C#的多波束测深数据预处理软件设计与实现

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］。

多波束测深数据处理用的第三方软件种类主
要有HYPACK．Mb-system、CARIS．Fledermaus等，这些软件均是国外公司
开发，不仅价格昂贵，并且其内部数据处理流程、算法尚不知晓。

本文基于多波束测深数据预处理研究理论，研究了多波束测深数据预处理软件的设计思路、软件结构和软件功能，运用C#编程语言开发了一款多波束测深数据预处理软件，本软件具有基本数据处理、数据手工编辑、精密系统辅助参数探测和数据视图等功能，并对软件进行测试，将本软件解码的原始数据和最终处理深度数据与Hypack软件
对比，验证了数据处理的可靠性。

软件数据处理流程如图1。

数据解码算法，多波束XTF二进制格式数据的解码，
结合Triton公司的Triton Imaging，Inc．eXtended Triton Format (XTF)文档
和各型号仪器厂商XTF附加信息的数据文档，可对原始数据进行解码，解码完成
最终获取的信息包括观测时间、日期、航线、系统内各仪器相对坐标、Ping断面
观测电文、Ping号、波束号、波束角等［4－5］。

声线跟踪技术，本软件声线跟踪算法采用层内常梯度声线跟踪，具体可参考文献［2］。

姿态改正和地理归位
［2－3，7］，多波束测量过程处于运动和摇摆状态，为实现空间归位，不仅需要多波束测深声纳观测数据，还需要姿态传感器的瞬时姿态数据和GPS定位数据，
软件中算法借鉴文献［7］中空间归为模型。

粗差批处理技术，多波束测深中由于
各种内外部因素干扰，导致测量结果不可避免产生粗差，本软件采用手工交互编辑和趋势面滤波法进行粗差剔除［6．8］。

2．1 软件设计思路
软件设计思路依据多波束测深数据预处理流程。

在读取多波束测深文件后，先进行解码，之后可输出原始解码数据如时间、日期、姿态、声线等信息。

根据解码完成后的信息，结合参数配置、声线跟踪进行一部分数据处理，在之后进行姿态改正和地理归位，可得到测深点的XYH。

将生成的测深点信息导入编辑模块，可做显示
控制和手工编辑，处理完成后的测深数据可以导出;导入粗差批处理模块可进行粗
差剔除并导出结果。

精密系统辅助参数探测根据具体探测内容，读取相应文件运行如图1中“过程Ⅰ”，之后进入探测模，可进行安装偏差探测和时间延时探测等。

2．2 软件结构设计
软件结构设计主要是确定系统的整体的模块结构及接口关系，用户通过运行平台进行交互操作，软件通过接口连接各子功能模块和数据层。

数据层控制如原始文件信息、解码初始信息、编辑后测深信息、粗差处理后测深信息等，业务层控制各功能模块操作和反馈。

2．3 软件功能设计
软件主要功能有:数据读取、文件解码、基本处理、参数配注、深度数据编辑、辅
助参数探测、视图、显示控制和帮助模块，如图3。

打开数据功能包含有打开XTF、HSX格式测深文件，导入参数包括声速剖面参数、船体坐标参数等。

参数配置功能，主要是导入导出参数文件和手工编辑修改。

基本数据处理功能则是进行上述的声速改正、姿态改正、归为计算等。

辅助参数探测包括有横摇、纵摇、艏摇、时间延迟、涌浪修正等功能。

3．1 软件界面
软件主界面如图4所示，已经进行原始文件解码后，姿态数据、测线数据、声速
剖面数据显示如各个小窗口。

软件主界面“文件”菜单下有数据读取和导入等功能，参数配置菜单下有参数显示编辑(子窗体如图5)、参数数据导入导出等功能，“数
据处理”菜单下有声速改正、姿态改正及归位、深度数据编辑(子窗体如图6)、测
深数据粗差批处理等功能。

工具菜单下有辅助参数探测、数据导出等其他功能。

3．2 软件测试
本软件处理后可导出原始解码信息，测深数据处理完成后可导出测深信息，将导出数据与Hypack导出数据比对，原始解码信息完全正确，解码XTF头文件主要信
息据对比如表1，由于解算算法可能不同，深度信息与Hypack软件计算有所差异，但是误差非常小。

随机选取一个条带数据，根据均方根误差公式计算其
RMSE=0．021，式中是本软件解算的测深点数据、是Hypack测深点、n为取样点个数。

深度信息对比如图7。

本软件是基于C#编程语言编写，能够实现多波束测深数据预处理，对于测深数据处理的结果，精度较高具有可靠性。

今后在现有算法研究基础上进一步深入，结合最新的多波束测深数据处理理论和方法，后续可开发更加完善的、实用化的、具有自主知识产权的多波束测深系统数据处理软件平台。

【相关文献】
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［2］赵建虎，刘经南．多波束测深及图像数据处理［M］．武汉:武汉大学出版社，2008．
［3］黄贤源．多波束测深数据质量控制方法研究［D］．郑州:解放军信息工程大学，2011．［4］韩春花，殷汝广，张俊明，等．XTF格式侧扫声纳数据格式解析与应用［J］．海洋信息，2012(1):17－20．
［5］程永寿，姜效典，孔敏，等．侧扫XTF格式数据UTM坐标转换重写入实现［J］．海洋信息，2013(2):13－18．
［6］曾昭辉．多波束测深数据粗差探测［J］．中国水运，2012，12(3):242－243．
［7］魏玉阔．多波束测深假象消除与动态空间归位技术［D］．哈尔滨:哈尔滨工程大学，2011．［8］董江，任立生．基于趋势面的多波束测深数据滤波方法［J］．海洋测绘，2007，26(6):25
－28．
［9］Triton Imaging，Inc．eXtended Triton Format(XTF) Rev．35［S］．2013．［10］Nagel C，Evjen B．C#高级编程［M］．李铭，译．7．北京:清华大学出版社，2010．。