基于摆动式单波束微地形探测的高程异常值剔除算法研究

W(g) p2(i g)

(7)

i 0

式中: g就是p(t)与q(t)具有最大相关性时s的时延数。

3 高程异常值剔除算法

3.1 高程参考值z 0

确定 1) 将X方向测点的探测距离代入式(5), 计算出第j 条测线上测点的X、Z坐标值。设摆动中心为坐标原点, 则zi,j都为负值。i表示X方向的测点序列, j表示Y方向的测点序列。

2) Z坐标值的均值 z与均方差 z: 1n

z n zi,j

(8)

i 1

z(9)

理论上应采用Min(zi,j)作为z 0

,但Min(zi,j)有可能是异常值。根据3 准则, z [ z 2 z, z 2 z]的

概率为95.45%。当Min(zi,j≤) z 2z, 则z 0取Min(zi,j); 否则, z 0

取 z 2 z。 3.2 X方向数据窗尺寸确定

设同一测线上两相邻测点在Z方向的坐标值为zi,j、zi+1,j, 其对应的摆角为 i、 i+1, 依据地形变化的坡度小于45º的经验准则, zi,j、zi+1,j应满足:

zi 1,j zi,j≤mzi,jtan i 1 zi,jtan i

(10)

式中: m为冗余量系数, 则

Max(mzi,jtan i 1 zi,jtan i)

m|z 0

tan n z 0

tan n 1| (11)

令 XCH=mz 0

tan n z0 tan n 1, 则设定X方向数据窗宽为XCH, 窗高为2XCH。 3.3 Y方向数据窗尺寸确定

Y方向代表摆动式单波束探测装置的行进方向。假设行进速度为v, 水声换能器摆动周期为T, 沿Y方向的相邻探测点的坐标值zi,j+1、zi,j应满足:

z1

i,j zi,j 1≤2

mvT

(12)

式中: m为冗余量系数。令YCH=1

2

mvT, 则设定Y

方向数据窗宽为YCH。

3.4 回波能量阈值确定

由于导致高程异常值产生以掠射角、底质特性、外界噪声为主, 一条测线所对应的被测地形, 因其范围极小, 其底质特性可认为是均质; 而掠射角受微地形随机起伏影响, 无规律可循, 即使水声换能器摆角为0º 时探测的高程值也会出现异常, 由此在数据加窗判别高程异常值中恒定选取正常的高程值作为起始加窗点是一个难题。

一般来说, 如果水声换能器接收到探测点的回

波是反射回波, 则认为其高程值是正常的; 而散射回波容易受外界因素干扰, 需要借助其他方法判断其高程值的正确性。故利用回波能量这一特点参与到数据加窗中实现起始加窗点的选取工作。但是反射回波与散射回波没有明确的界限。为提高数据加窗判别的准确性, 计算每条测线上的回波能量的平均值 W:

W

1n n

Wi (13)

i 1

式中: n为测线上的测点数, W为测点的回波能量值; 将 W设为阈值, 认为回波能量低于该阈值时, 其对应测点的高程值可能会出现异常。 3.5 异常值判别步骤

1) 将坐标值zi,j排序, 以接近均值 z为原则, 由此将最接近均值 z的坐标值作为起始加窗点;

2) 引入回波能量, 若起始加窗点的回波能量不低于平均值 W, 则以该点为中心向其测线两边的坐标值依次加窗判别; 反之, 则将仅次于它接近均值 z的坐标值作为起始加窗点, 重新引入回波能量进行判别, 依次类推;

3) 以加窗点zi,j为窗口中心, 当zi 1,j与zi+1,j都不在窗口内, 则认为zi,j为异常值, 并剔除; 当zi 1,j或zi+1,j在窗口内, 则借助Y方向数据窗口进行判断, 若不满足式(12)则认为zi,j为异常值, 并剔除。其他情况