浅议海道测深数据管理软件的应用

时间:2022-08-23 11:34:59

浅议海道测深数据管理软件的应用

摘要:本文介绍了目前国内海道测深数据管理现状,阐述了CARIS BDB软件的特点,并详细介绍了CARIS BDB软件工作流程。

关键词:海道测深 数据管理 多波束 BDB

0 引言

随着陆地资源的减少,人们对海洋资源的重视日益提高,开发海洋资源应首先进行海底地形测量。近年来,海底地形测量技术获得了快速发展,测量方式由最初的单波束测深发展为各种规模的多波束测深技术。多波束测深最大的特点是测点多、全覆盖、精度高、能够准确全面反映水下地形起伏变化情况,但同时会产生巨大的数据量,对这些数据的处理、管理和二次开发利用成为当前亟待研究解决的问题。

尽管目前海事测绘中心提供的数据以单波束测深为主,但许多重要的港口和航道已向多波束测深方向发展,这些数据被检查确认后,需要有一个水深管理数据库进行预处理、分析和保存。加拿大的Universal System公司开发的Caris Bathymetric processing and data management软件(简称BDB软件)是目前全球最先进的水深数据库管理系统之一,本文以BDB 软件为例,重点探讨了海道测深数据如何进行管理,以满足不同用户的需求。

1 BDB软件功能介绍

1.1 BDB软件概况

BDB是Caris产品家族中针对测深数据管理分析的一个软件包,包括客户端、数据库服务和数据库管理工具。处理工具都在客户端,可以脱离数据库服务单独应用。它与HIPS&SIPS、Hydrographic Production Database(HPD)、S-57 Composer和Spatial Fusion Enterprise等共同构成Caris Ping-to-Chart工作流(见图1)。

基于ORACLE数据库(或开源的PostgreSQL),BDB可以有效地存储、管理和检索大量的水深数据。另外,BDB具有一套灵活的工具集,能对水深数据分析、预处理和管理,经过预处理和确认的数据可以提供给海图生产(如HPD)使用。

图1 Caris Ping-to-Chart工作流

1.2 BDB软件主要特点

1.2.1 操作的灵活性

为满足不同用户的需求,BDB采取了灵活的操作方案:

BDB客户端(BASE Editor):用户可结合多种有效的水深数据分析,比如其自身的CSAR格式、通用的网格格式(如BAG)或导入XYZ数据格式等。

BDB数据库(Bathy DATABASE):对水深数据进行管理,用户可通过多种自定义查询条件获取数据。

1.2.2 可兼容多种数据格式

BDB支持多种格式数据,如矢量数据(DWG、DXF、S-57、HOB)、栅格数据(GeoTIFF、BSB、TFW)和其他类型的数据(XYZ、LAS、BAG)等都可导入到系统中,并可根据用户的需求输出多种格式的数据。

1.2.3 CSAR架构

为了高效管理大量测深数据,Caris采用CSAR架构为网格数据和点云数据开发了新的数据结构。CSAR架构通过将数据拆分为小块,确保大量多维数据的存储和可视化。网格和点云数据结构以多种分辨率存储以便于快速获取数据,通过这种方式,数据集的数据无论是否显示都可随时获取,用户也可不被水深数据集的文件大小或最多记录数所限制。

2 Caris BDB软件的应用

2.1 数据导入

BDB可以编辑操作多种数据来源的水深数据格式,最常见的包括XYZ格式和CARIS数据格式,即目前海事测绘中心提供的数据格式。XYZ文件导入BDB有两步:1.创建info文件,即包含XYZ数据集位置和属性信息的XML文件;2.用户需定义导入和输出的坐标系统,以及数据是以点云或网格格式导入。

2.2 面操作

为便于用户管理水深数据,BDB将水深数据转换为特定格式—Base Surface,并有一系列工具进行编辑操作。

2.2.1 面合并

根据需要BDB可以将相邻区域或者有重叠区域的surface合并成连续无缝的surface,数据集可以是不同来源(单波束、多波束等)、不同分辨率、不同区域,数据重叠区域用户可定义取舍规则避免冲突(见图2)。

图2 面合并重叠区域取舍规则

2.2.2 面差异比较

用户可使用覆盖同一区域,使用相同投影和坐标系统的surface进行比较,创建一个新的差异面,此功能可用于分析某地区在一段时间周期内水深变化情况。

2.2.3 面插值

插值是通过函数计算水深点之间的系数并生成面的过程。用户通过三角格网(Tin)插值生成面,计算数据密度来确定适合的分辨率。

2.3 数据分析

2.3.1 统计工具

BDB统计工具可方便用户对数据进行统计分析,除数据集的最小值、最大值、平均水深等基本参数外,还可以生成柱状图直观分析数据分布,统计结果可以PDF、Tiff等格式输出(见图3)。

图3 数据统计

2.3.2 3D图像显示

BDB的3D Viewer工具可显示数据3D影像,可通过鼠标滚轮实现放大缩小和漫游(见图4)。用户根据Properties里的Filter定义水深范围值来有选择的显示surface 3D影像,并可对3D影像漫游录像。

图4 BDB的三维显示

2.4 水深产品输出

2.4.1 等深线和等深面

等深线可以通过surface面或三角格网生成,用户根据需要选取等深线范围和间隔。生成的等深线需要做平滑处理,但不管是平滑前后,等深线都可能有交叠情况,方便的情况下可以手动检查。如果数据量较大,可以利用CARIS HPD Source Editor进行等深线交叠检查。首先将等深线层导出hob文件,在CARIS HPD Source Editor中使用validation功能,查明等深线交叠区域并加以改正,再导出hob文件到BDB中,这样可以得到初步光滑并无交叠的等深线。

经过平滑的等深线可以生成等深面。

2.4.2 水深提取

用户可以从点云或surface文件提取水深,可先由系统自动提取再进行人工修正。自动提取须新建一个S57要素层,通过设定水深选择规则和属性条件来提取水深。

生成的水深部分与生成surface的最原始水深相同,但有部分是插值出来的新水深,这样跟最原始水深并不是完全一致,提取的水深可以hob格式导出。这里只能实现对一个完整surface文件提取水深。如果需要提取其中部分surface的水深,可以先提取出目标水深所在的surface再执行操作。

2.5 数据导出

BDB软件可导出多种格式的数据,surface可导出ASCII、BAG、HTF、TIFF、点云等多种数据格式,方便满足用户的不同需求;矢量数据(如等深线和提取的水深)可导出S-57、Shape file、GML、KML和DXF格式,KML格式可使用户通过Google Earth浏览要素。

3 结束语

测深数据的存储和管理对于海道测量具有重要意义,对于单波束测深成果,我国已研究和开发出一整套完善的数据处理和成图软件系统;而对于多波束测深数据的后处理技术尚处于跟踪研究阶段。BDB作为一套现成的商业化多波束数据后处理软件,在测深数据的加工、集中管理和综合应用方面可以为用户提供满意的解决问题方案,具有较高的利用价值。

参考文献

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