声呐图像判读海底地貌：最新技术应用

2023-11-29 理论教育版权反馈

【摘要】：纹形特征纹形特征是指声图上强灰度的灰阶形成的各种形态特征，如鱼群的椭圆形态、燕尾形态，沙波的波状形态，浅层气体的条带状、椭圆状。图5-19沉积岩褶皱形成的小盆地图5-20沙砾海底上覆盖的沙带和沙波利用声呐图像不仅可以判断目标和海底地貌特征，而且还可用于计算目标的形状、尺寸和深度等几何参数。

5.6　基于声呐图像判读海底地貌

目标图像包括沉船、沉鱼雷、礁石、海底管线、鱼群及海水中各种碍航物和建筑物的图像等。根据各类目标在海底的状况，又可以进一步分类，如沉船图像可分类为整体沉船图像、断裂沉船图像;礁石图像可分为孤立礁石图像、礁石群图像;鱼群图像可分为水面鱼群图像、水中鱼群图像、水底鱼群图像。

海底地貌图像包括海底起伏形态图像、底质类型图像、海底起伏和底质混合图像。海底起伏形态图像如沙波、沙洲、沟槽、沙砾脊、沙丘、凹洼等形态;海底底质图像如漂砾、沙带、岩石等。

水体图像包括水体散射、温度阶层、尾流、海面反射等水体运动形成的图像。

干扰图像包括换能器基阵横向、纵向和舶向产生摇摆的干扰图像，海底和水体等的混响干扰图像，各种电子仪器及交流电源产生的噪声的干扰图像。

声呐图像是海底目标、海底地貌、水体和干扰等多种反射声波的接收信号特征的记录，这些特征称之为判读特征，也称判读标志。因为判读声图图像的处理过程是由人眼完成的，所以从声图图像中判读目标或地貌图像的特征应符合视觉的特征。根据人眼的机理特点，结合声图的特点，进行可见声图图像判读。声呐图像具有如下判读特征:

(1)形状特征

形状特征是指某类图像外部轮廓在声图上表现出的形状。形状特征是判读目标和地貌的重要依据之一。应结合声图各类变形来判读图像形状特征。

(2)大小特征

大小特征是指在声图上的尺寸。根据声图纵横比例尺能明确给出目标或地貌大小的概念。因此，判读图像之前应弄清声图比例尺变化情况。

(3)色调和颜色特征

色调特征是对黑白声图而言，彩色特征是对伪彩色声图而言。色调特征是指声图上所表示的灰阶由深到浅的灰度。在声图中，人眼可以感受到8层次灰阶的灰度变化。

(4)阴影特征

阴影特征是指目标和地貌的高出海底面阻挡声波照射的地段，在声图上表示为无灰度的小区域。阴影长度反映目标和地貌隆起高度，是测量隆起高度的依据。

(5)纹形特征

纹形特征是指声图上强灰度的灰阶形成的各种形态特征，如鱼群的椭圆形态、燕尾形态，沙波的波状形态，浅层气体的条带状、椭圆状。纹形特征在声图上反映成多种形状，如点状、线状、环状、条带状、棚状等。

(6)相关体特征(www.chuimin.cn)

相关体特征是指伴随某类图像同时出现的无固定纹形特征的相关图像。如沉船图像周围必然伴随有堆积和沟槽图像。

在充分理解声图的结构、分类和特征的基础上，建立各类典型声图的判读特征。反复识别熟悉各类典型声图的判读特征，使各类典型声图图像所包含的判读特征及其数量和排列组合特征，能够在大脑中具有深刻的印象。具备了判读声图基本技能，结合一般知识，可在判图过程中逐步深化。在判读声图图像时，还应特别注意参阅作业过程的详尽记录，以声图的3个区域进行辨读目标和地貌图像，过滤非目标图像，筛选出所需的目标图像。判读一般可采用直接判读法、对比判读法、邻比判读法和逻辑推理判读法。

影响判读效果的因素很多，当各种判读因素提供充分时，判读成功率高。影响判读声图中的目标和地貌成功率的主要因素有判读人员对声图的结构、特点、特征的理解认识程度，扫测记录的详尽程度，扫测符合规定要求的情况，仪器状态以及声图图像的清晰程度等。

图5-19是由每张相距500m的平行横断面地貌声图拼接而成的，有8条探测趟，反映沉积岩褶皱所形成的一个小盆地地貌平面视图。虽然探测船的航速与航向不很稳定，相邻地貌声图的岩层露头的横断面吻合得还不很精确，但是岩石露头的真实轮廓还是清晰可辨的。图5-20声图反映的是沙砾海底上覆盖着沙带和沙波的图像。根据判释声图的方法，可以清楚地辨认沙带、沙坡、沙砾海底与沙波波峰、波谷及沙波发展方向等图像。

图5-19　沉积岩褶皱形成的小盆地

图5-20　沙砾海底上覆盖的沙带和沙波

利用声呐图像不仅可以判断目标和海底地貌特征，而且还可用于计算目标的形状、尺寸和深度等几何参数。图5-21中，d _F为铅鱼深度;H _F为铅鱼距海底的高度;d _T为目标靶的深度;H _T为目标靶的高度;R _T为目标靶的量程;R _S为影子的距离延伸;S _T为目标靶的水平距离; d _V为垂直深度。根据这些参数，有:

垂直深度:　　　　　　　　　　　d_V= d_F+ H_F　　　　　　　(5-39)

目标高度:　　　　　　　　　

目标深度:　　　　　　　　

目标靶的水平距离:　　　

需要指出的是，上述参数是在理想情况下通过几何关系获得的各计算项模型，由于传统侧扫声呐在定位和定姿方面的缺陷，通过上述模型很难准确地计算实际的深度、高度和距离。只有附加声学定位系统(如长程超短基线系统)为拖鱼定位，并在拖鱼体内安装姿态传感器，为拖鱼确定准确的位置和姿态，对声呐图像数据进行严格的处理，利用上述模型才能获得很好的计算结果。现代高精度测深侧扫声呐拖鱼上安装了这些设备，因而可实现高精度测深以及为目标准确定位。

图5-21　海底目标高度的确定

声呐图像判读海底地貌：最新技术应用

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