[发明专利]一种机载激光测深破碎风浪海面模型构建方法

说明书

本发明公开了一种机载激光测深破碎风浪海面模型构建方法，属于海洋测绘技术领域，其首先基于海浪谱原理构建初始海浪谱海面模型；然后利用质点‑弹簧模型布料模拟方法提取拟合海面的破碎波峰面；最后将提取出的破碎波峰面利用破碎波浪海面起伏理论模型拟合出破碎波峰海面模型，并将海浪谱海面模型和破碎波峰海面模型融合为完整、真实的瞬时三维破碎风浪海面模型。本发明通过这种方法，实现了瞬时三维破碎风浪海面模型的构建，该方法对于机载激光测深海面折射改正、海面异常点检测及提高测深精度均具有重要的数据支撑作用。

技术领域

本发明属于海洋测绘技术领域，具体涉及一种机载激光测深破碎风浪海面模型构建方法。

背景技术

机载激光测深系统具有测量精度高、测点密度高，工作效率高、机动性强、测量连续性等特点，特别适合于浅水区、海岛礁附近区域等复杂地形的快速探测，可以实现海岸线水上水下地形的无缝拼接。对于满足海洋、测绘、水利、交通、外交、海军等多方面的迫切需求，具有重要意义。机载激光测深系统采用水体穿透能力较强的532nm蓝绿激光作为海底探测手段，当蓝绿激光到达海面时，一部分激光束沿原路径反射，另一部分激光束则穿透海面进入水体。通过获得海面与海底反射激光到达接收器的时间差，加以各项改正(系统校准、姿态改正、折射改正和潮位改正等)即可计算出海底激光点的三维坐标。机载激光测深海面拟合模型的研究对于机载激光测深海面折射改正、海面异常点检测及提高测深精度均具有重要的数据支撑作用。

当前主流的海面拟合方法多是采用比较经典的海浪谱模型，对于包含破碎风浪的海面，没有将破碎风浪海面与平静海面进行区分，而是采用相同的海浪谱模型进行统一拟合，由此会影响破碎风浪海面拟合的真实性，因此有必要针对这种问题，提出一种机载激光测深破碎风浪海面模型构建方法，以实现对机载激光测深破碎风浪海面的准确表达。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种机载激光测深破碎风浪海面模型构建方法，设计合理，解决了现有技术不能充分表达海面模型中的破碎风浪状态，该海面拟合模型方法能够更真实地反映包含破碎风浪的实际海面分布情况，对于机载激光测深海面折射改正、海面异常点检测及提高测深精度均具有重要的数据支撑作用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种机载激光测深破碎风浪海面模型构建方法，包括以下步骤：

步骤1：利用海浪频谱和海浪方向谱构建基于海浪谱的初始三维海面模型；

步骤2：基于构建的海浪谱三维海面模型，利用质点-弹簧模型的布料模拟方法提取拟合海面的破碎波峰面；

步骤3：采用破碎风浪海面起伏理论模型对提取的破碎波峰面进行拟合，并将其与海浪谱拟合海面融合，形成完整、真实的瞬时三维破碎风浪海面模型。

优选地，在步骤1中，海浪谱海面模型的拟合方法如下：

步骤1.1：为充分表现破碎波浪的海面，选择JONSWAP谱进行初始海面拟合，JONSWAP谱的表达形式如公式(1)所示：

其中，S(ω)为海面的功率谱密度(power spectral density，PSD)；ω为角频率；α为无因次常数，α＝0.0076(gX/U²)^-0.22(X为风区长度，U为海面风速)；g为重力加速度；ω_p为谱峰频率，ω_p＝22(g/U)(gX/U²)^-0.33；γ为谱峰增强因子，平均值为3.3；σ为峰形参数，当ω≤ω_p时，σ＝0.07；当ωω_p时，σ＝0.09；