多種格式多波束數(shù)據(jù)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換

摘 要：文章通過(guò)定義一種多波束數(shù)據(jù)格式——MBF數(shù)據(jù)格式，并利用MFC進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，編程實(shí)現(xiàn)將多種多波束數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為MBF格式，避免利用多種數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理帶來(lái)的不便。

關(guān)鍵詞：多波束；MBF數(shù)據(jù)格式；數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換軟件

1 概述

多波束測(cè)深系統(tǒng)是一種具有高精度、高效率和高分辨率等優(yōu)點(diǎn)的海底地形測(cè)量新技術(shù)[1]。目前使用的多波束測(cè)深系統(tǒng)大都采用國(guó)外較為成熟的產(chǎn)品，由于多波束測(cè)深系統(tǒng)的種類繁多，如ELAC公司的Seabeam系列、SIMRAD公司的EM系列等均有廣泛應(yīng)用，其輸出的數(shù)據(jù)格式也不同，而且與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的第三方處理軟件多種多樣。為了便于多波束的數(shù)據(jù)處理，統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式是一項(xiàng)很重要的工作。

2 多波束數(shù)據(jù)格式

多波束數(shù)據(jù)的格式種類繁多，如UNB、GSF、ALL、XTF、RDF等。下面對(duì)這幾種常用的多波束數(shù)據(jù)格式作簡(jiǎn)要介紹。

2.1 UNB數(shù)據(jù)格式

UNB（University of New Brunswick）數(shù)據(jù)格式是加拿大New Brunswick大學(xué)設(shè)計(jì)的一種多波束數(shù)據(jù)外部交換格式，該格式可以提供較為完整的原始采集數(shù)據(jù)信息用于多波束的數(shù)據(jù)處理。UNB數(shù)據(jù)格式文件的設(shè)計(jì)基本包含了所有關(guān)于海底測(cè)深的所有相關(guān)信息，如時(shí)間、經(jīng)緯度、聲速剖面、船的參數(shù)等[5]。

2.2 GSF數(shù)據(jù)格式

GSF（Generic Sensor Format）數(shù)據(jù)格式是按照通用數(shù)據(jù)格式制定的一種數(shù)據(jù)交換格式，這種格式標(biāo)準(zhǔn)著重于多波束數(shù)據(jù)，同時(shí)也包含單波束數(shù)據(jù)。該格式可以存儲(chǔ)不同格式的多波束數(shù)據(jù)，以及在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展等。

2.3 ALL數(shù)據(jù)格式

ALL數(shù)據(jù)格式是SIMRAD公司的EM系列的多波束測(cè)深系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式，由于EM系列多波束測(cè)深系統(tǒng)占有的市場(chǎng)份額較大，ALL數(shù)據(jù)格式的應(yīng)用也很廣泛。ALL格式數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要改變數(shù)據(jù)包的大小，數(shù)據(jù)文件中記錄的信息也很全面，如導(dǎo)航信息、測(cè)深、海底振幅數(shù)據(jù)記錄、船姿記錄等[2，4]。

2.4 XTF數(shù)據(jù)格式

XTF （eXtended Triton Format）數(shù)據(jù)格式也是一種常用的多波束數(shù)據(jù)格式，該格式數(shù)據(jù)包含許多不同類型的聲納、導(dǎo)航、遙測(cè)和水深信息，并且在將來(lái)需要添加新的數(shù)據(jù)類型時(shí)，很容易對(duì)該數(shù)據(jù)格式進(jìn)行擴(kuò)展。

2.5 RDF數(shù)據(jù)格式

RDF（Raw Data File）數(shù)據(jù)格式是GeoSwath系統(tǒng)采集的原始數(shù)據(jù)格式，以二進(jìn)制方式編碼。RDF文件由一個(gè)288字節(jié)的文件頭和一些Ping字段組成。文件頭中包含數(shù)據(jù)采集的基本信息，Ping數(shù)據(jù)字段存儲(chǔ)各傳感器采集的數(shù)據(jù)和原始字符串等信息。

3 MBF數(shù)據(jù)格式

為了統(tǒng)一多波束數(shù)據(jù)格式，便于后續(xù)數(shù)據(jù)處理工作，文章定義了一種新的多波束數(shù)據(jù)格式——MBF（Multibeam Data Standard Format）格式。

3.1 MBF數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

一個(gè)完整的MBF數(shù)據(jù)集包含如下文件：傳送頭文件，在一個(gè)給定的事務(wù)中描述哪些數(shù)據(jù)在被傳輸和如何能處理它們；元數(shù)據(jù)文件，描述內(nèi)容和給定采集數(shù)據(jù)的原始狀態(tài)；數(shù)據(jù)文件，包含數(shù)據(jù)本身的文件。

3.2 MBF數(shù)據(jù)文件

3.2.1 MBF記錄結(jié)構(gòu)

每條記錄的第一個(gè)字包含定義記錄的數(shù)據(jù)部分大小的一個(gè)32位無(wú)符號(hào)的整數(shù)。第二個(gè)字是記錄標(biāo)識(shí)符字段，由一個(gè)校驗(yàn)和標(biāo)志、一個(gè)保留的字段和一個(gè)記錄識(shí)別字段組成。MBF記錄結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

3.2.2 MBF記錄類型

該格式支持單波束和多波束測(cè)深數(shù)據(jù)，記錄類型包括：

（1）數(shù)據(jù)頭記錄（header record）

數(shù)據(jù)頭記錄包含記錄有MBF數(shù)據(jù)文件格式版本號(hào)的單個(gè)文本字段。

（2）測(cè)深ping記錄（bathymetry ping record）

ping記錄包括強(qiáng)制性ping頭和一個(gè)或多個(gè)可選子記錄。

（3）包含單波束數(shù)據(jù)的單波束測(cè)深記錄（single-beam sounding record）

單波束測(cè)深記錄的基礎(chǔ)是測(cè)深ping記錄。

（4）摘要記錄（summary record）

摘要記錄包含存儲(chǔ)在文件中的數(shù)據(jù)的時(shí)間和空間提要。

（5）聲速剖面記錄（sound velocity profile record）

聲速剖面記錄包含用于估算個(gè)別測(cè)深定位的聲速值。

（6）導(dǎo)航誤差記錄（navigation error record）

導(dǎo)航誤差記錄包含對(duì)水平位置誤差的評(píng)估。

（7）姿態(tài)記錄（attitude record）

姿態(tài)記錄包含一個(gè)由船舶姿態(tài)傳感器報(bào)告的測(cè)量數(shù)組。

（8）處理參數(shù)記錄（processing parameter record）

處理參數(shù)記錄包含重要的標(biāo)量或描述整體調(diào)查條件的向量值或可操作的值。

（9）傳感器參數(shù)記錄（sensor parameter record）

典型的傳感器參數(shù)包括傳感器的模式、傳感器偏移定位和船的吃水補(bǔ)償值。

（10）注釋記錄（comment record）

注釋記錄用來(lái)維護(hù)那些其他記錄不能容納的信息。

（11）歷史記錄（history record）

歷史記錄旨在應(yīng)用于數(shù)據(jù)，支持自動(dòng)文檔的處理。

4 多波束數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換軟件

文章基于MFC開(kāi)發(fā)多波束數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換軟件，主界面如圖2所示。本軟件支持多種格式的多波束測(cè)深數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，分別對(duì)不同的多波束數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析，提取相應(yīng)信息另存為MBF數(shù)據(jù)格式。軟件運(yùn)行狀態(tài)信息顯示在錯(cuò)誤信息欄。

文章通過(guò)對(duì)幾組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如下：

（1）GSF數(shù)據(jù)格式（如圖3）

（2）UNB數(shù)據(jù)格式（如圖4）

（3）RDF數(shù)據(jù)格式（如圖5）

（4）ALL數(shù)據(jù)格式（如圖6）

通過(guò)以上結(jié)果可以看出，各格式的多波束數(shù)據(jù)均能準(zhǔn)確解析，顯示出各數(shù)據(jù)文件中的相關(guān)，同時(shí)轉(zhuǎn)換為MBF格式。

5 結(jié)束語(yǔ)

由于多波束的儀器眾多，而不同儀器對(duì)應(yīng)的多波束數(shù)據(jù)文件格式也不同，在后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)必須由相對(duì)應(yīng)的配套軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)解析，無(wú)形中增加了數(shù)據(jù)處理的工作量。文章旨在通過(guò)定義一種數(shù)據(jù)格式將多源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，同時(shí)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換工具，將多格式的多波束數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，以便于進(jìn)行后續(xù)多波束數(shù)據(jù)處理工作。

參考文獻(xiàn)

[1]高金耀，方銀霞，徐賽英.原始多波束數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一[J].海洋通報(bào)，2002，21（6）：68274.

[2]Kongsberg Simrad Operator Manual. EM series datagram formats[S/OL]. http：// http：//epic.awi.de/29970/.

[3]Triton Imaging， Inc. eXtended Triton Format （XTF） Rev.40[EB/OL].http：//www.tritonimaginginc.com/site/content/public/downloads/FileFormatInfo/ Xtf_File_Format_X40.pdf.

[4]王勝平，盧凱樂(lè).多波束測(cè)試XTF格式解析及編碼程序研制[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2015，38（4）：443-448.

[5]王崇明，王澤民，等.UNB多波束數(shù)據(jù)格式解析[J].測(cè)繪信息與工程，2008，33（3）：13-14.