基于Skyline的水下多波束測深數據應用

吳小東，聞 平，桂 林，孫嘉駿

（1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041）

基于Skyline的水下多波束測深數據應用

吳小東1，聞 平1，桂 林1，孫嘉駿1

（1.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650041）

探討了多波束測深數據的獲取方式及處理流程，通過程序開發將其轉換為Skyline點云數據格式，采用二次開發的方式，完成了“水下點云數據管理應用系統”，實現了水下多波束測深數據在Skyline大場景中的應用。

多波束測深系統；點云；Skyline

通過多波束獲取準確可靠的水庫水下地形數據，可以為水庫安全運行提供有力保障。隨著三維、3S技術的發展及應用，基于三維大場景的綜合式管理也日漸興起，水下地形數據無疑是其中不可或缺的一部分[1]。Skyline作為三維大場景軟件中的佼佼者，提供了對DEM數據及特定格式點云數據的支持[2]，但并不直接支持多波束測深數據。此外，多波束數據由于其數據量大，將其轉換為DEM數據耗時多[3]，同時DEM格式數據不利于多期數據在Skyline中對比分析，將其轉換為Skyline支持的點云格式無疑是一個不錯的選擇。

1 多波束數據獲取及處理

1.1 數據采集

多波束測深系統由實時采集系統、輔助系統、數據后處理系統3部分構成[4]。數據主要采集流程如下：①硬件安裝及連接；②羅經姿態傳感器設置；③換能器設置；④聲速剖面測量；⑤GPS控制點聯測；⑥船姿與換能器安裝校正；⑦測線布置；⑧外業數據采集。

外業數據采集過程中，船只按布置的測線航行，根據作業環境變化動態調整聲納參數，完成外業采集工作。

1.2 數據處理

多波束水深數據處理工作量大而繁瑣[5]，采用Caris Hips軟件對水深數據進行處理，如圖1。

圖1 多波束測深數據處理流程

1）參數改正：利用姿態改正參數、聲速剖面數據及潮位數據等進行參數改正[6]；

2）格式轉換：將外業采集的PDS2000格式轉換為HDCS格式，并合并數據；

3）構建曲面：利用合并的水深數據建立水深曲面；

4）檢查及編輯：編輯測線，以手工方式或參數自動化的方式過濾噪聲和錯點[7]。

1.3 成果數據輸出

多波束測深系統的成果極其豐富，包括三維點云、水下地形等深線圖、各類柵格圖、數字高程模型、三維立體模型、聲納影像等高技術產品。在經過參數改正、數據剔除等內業數據處理后，可根據工程應用需要生成不同類型、不同格式、不同坐標系統的數據。點云數據是經數據處理后最原始的數據形態，由海量的包含三維坐標信息的點組成。通過點云數據可以生產其他各類數據，如等深線數據、剖面圖、DEM、三維立體模型等，圖2為多波束輸出的DEM數據。

圖2 多波束輸出DEM數據

2 數據轉換

2.1 點云格式比較

Caris Hips輸出的點云格式如下：點序號 Y坐標 X坐標 高程值

Skyline中支持的點云格式如下：

X坐標 Y坐標 高程值 R B G

可見，二者之間存在差異，尤其是Skyline中的點云數據包含渲染時的顏色RBG值，二者間的轉換必不可少。

2.2 格式轉換

2種格式點云數據的轉換，主要在于空間點位數據和渲染顏色RGB轉換2個方面。

1）空間點位數據。Skyline中點云數據的空間坐標值單位最好為 m，這樣點云數據加載后不需要進行縮放系數設置。Caris Hips輸出的點云格式數據到Skyline識別的點云格式數據，在空間參考和單位相同時進行點位轉換較為簡單，只需改變其對應坐標在點云文件中的位置即可。代碼如下：

2）渲染顏色RGB。由于Skyline中的點云數據需要渲染顏色RGB信息，一般情況下根據高程值對點進行顏色渲染，渲染方式有拉伸、離散、分類、唯一值等方式。以下代碼實例中，根據高程值拉伸進行顏色RGB信息設置。

2.3 數據制作加載

將點云數據加載到Skyline場景中需要將其制作成*．cpt格式文件，即Skyline自身的點云數據格式文件。該格式基于Skyline自身的數據組織存儲結構及調用算法，具有很高的數據加載及瀏覽效率[8]。圖3為漫灣電站水庫壩前段水下點云數據。

圖3 Skyline中加載水下點云數據

由于點云數據具有較高的點密度，水下地形的細節表現明顯，圖4為Skyline中漫灣水下點云數據細節展示。

圖4 Skyline中水下點云細節展示

3 應用開發

Skyline提供了較為強大的二次開發接口。本文結合Skyline二次開發接口[9]，采用C#．NET語言，開發完成“水下點云數據管理應用系統”[10]，如圖5所示。

圖5 水下點云數據管理應用系統

系統具有水下點云數據管理功能，可以管理不同的采樣間距、不同時期的點云數據，方便調用查閱。此外，系統還具有距離量算、剖面分析（如圖6）、不同時期水下點云對比（如圖7）、沖淤等功能。

圖6 剖面分析

圖7 不同時期水下點云對比

4 結 語

將多波速測深系統獲取的水下高密度、高精度點云數據轉換為Skyline中支持的點云數據，為三維場景提供水下地形數據，結合基于Skyline二次開發的“水庫水下點云管理應用系統”，為水庫提供精確的水下地形數據、強大的數據管理功能和高效的數據分析功能，有利于用戶充分了解水庫的歷史及現狀，時刻把握水庫沖刷及淤積情況，為水庫的安全運行、科學化管理和決策提供技術支撐。

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圖4 災毀前

圖5 災毀后

4 結 語

于田地震震中位于無人區，人煙稀少。利用影像快速處理方法對震前震后大量影像進行快速處理，與傳統的影像處理過程相比，能大大縮短影像處理時間。影像實時處理方法主要是面向應急，所以不能做到傳統的數字影像生成的相關技術指標。此外，有些傳感器的全色影像和多光譜影像間由于存在夾角等原因會有錯位，直接進行融合會出現重影，需要在選擇更高精度的DEM和自動配準等方面開展進一步的研究工作。

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第一作者簡介：胡朝暉，碩士，工程師，主要從事災害遙感監測、地震大地測量學研究。

P229

B

1672-4623（2016）02-0025-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.02.009

吳小東，碩士，主要研究方向為3S集成應用。

2015-01-19。

項目來源：云南省科技資助項目（2013ZB006）。