海底底质分类的发展现状

中国地球物理. 2002——中国地球物理学会第十八届年会论文集

海底底质分类技术的发展现状

广州海洋地质调查局资料处理研究所刘胜旋

摘要近年来，随着多波束技术及侧扫声纳技术的不断发展，人们已经不仅仅满足于单一的水深测量和粗略的人工侧扫声纳影像解释。无论是在渔业、采掘业、近岸商业调查、科学与环境研究方面，还是在国防军事应用方面，都希望能够快速、高效地获取海底浅层沉积环境信息。然而，传统的方法如可视化法与机械取样法都不能存在效率低、费用高、不适应于大面积调查等弊端。由于声学法具有高效率、低费用、高分辨率等优点，因此特别适合于大面积的调查或研究。目前，世界上已有多家海洋调查仪器公司或研究单位从不同的方面、采用不同的参数对海底进行分类识别。从研究对象数据方面来分，主要有单波束海底分类、多波束海底分类和侧扫声纳影像记录分类三大类。其中，单波束海底分类器及分类软件发展最为成熟，何以配合多种测深仪进行工作。多波束海底分类系统只能配合于某一特定类型的多波束测深系统。

不管采用何种技术，都可以分为指导分类和非指导分类方式。在指导分类方式下，必须首先对系统进行培训，通过在不同的海底类型采集一系列数据，获得特定的回声波形，建立起特征波形与海底类型之间的对应关系。在非指导分类方式下，只是对海底类型进行了逻辑分类。

单波束海底分类主要以加拿大的Quester Tangent公司的QTC VIEW为代表。回声波形经过海底识别和压抑高频噪声等预处理后，采用多种专专利算法，产生超过150个波形矢量。所有的矢量用于组合成一个全特征矩阵。然后根据这些特征矢量在三维空间里的聚合程度(差异性)，确定它们与海底类型的相关性。该系统在加拿大得到了广泛的应用。另外，QTC公司刚刚开发了一套基于EM3000多波束的海底分类仪QTC MULTIVIEW，目前正处于试用版的发布阶段。

通过侧扫声纳影像对海底分类，其代表为英国Geo Acoustics公司的Texture Mapping System。通过对侧扫声纳影像的分析，可以对基岩、圆砾、砾石、沙、淤泥、粘土等进行分类，也可以提供管线、缆线和海底雷状物定位所需的资料。目前，新发展的侧扫声纳调查技术就是利用机器进行影像属性分类。机器影像属性分类除客观性、一致性比较好外，其效率也是显而易见的。

英国ECHOplus公司的Seabed Discrimination System，采用独创技术，通过分析回声的第一次反射与第二次反射波形，来达到对不同的海底类型进行硬度、粗糙度的划分。简单地说，ECHOplus系统是利用第一次反射的散射信息来进行海底粗糙度的识别；利用第二次反射的反射信息来进行海底硬度的识别。另外，该系统为了适应各种不同的情况，它能够进行自动频率补偿、自动深度补偿、自动功率电平补偿和自动脉冲长度补偿。虽然粗糙度和硬度不是两个相互独立的参数，但是把它们综合起来可以作为海底识别的一个可靠的指标。

挪威Simrad公司早在1998以前就推出基于多波束处理Neptune软件下的Triton海底分类分类模块。Triton系统通过提取特征数据(反向散射数据)，对特征数据进行五参数（Quantile、Pace、Contrast、Mean与STDEV）相关分析，经过实测资料进行培训后，最后得到海底沉积物类型底分布情况。

另外，加拿大New Brunswick大学海洋制图小组（Ocean Mapping Group）、美国SeaBeam仪器公司也根据采集到的多波束反向散射数据，开发了针对不同型号多波束系统的海底分类软件，并在生产、商业中得到了应用。

*注：本文为“126专项”01项目学术交流会的论文摘要（2002年）