站内地图 ENGLISH中文阿里巴巴商城

2017-03-01 次浏览 分类:行业资讯

水下机器人/AUV声呐数据处理

近几年,水下自治机器人(AUVs) 广泛应用于水文调查市场,用于采集海洋环境数据。这些AUV可以长时间航行,可以在常规调查船无法工作的区域工作。

虽然随着时间的推移,相对其工作量来说,AUV费用是经济合理的,但在处理数据上存在局限性。我们如何有效的从AUV采集数据得到最终产品呢?


从AUV下载数据


每次任务都采集了海量测深和侧扫数据。4小时断面测量,将采集70GB数据,通过USB连接下载需要超过1小时。可拆卸硬盘可能不现实,因为AUV需要保持水密性,所以只能花费时间下载数据。 某些大型AUV,移除了包含电池和数据存储的整段部分。

准备格式转换

 

数据一旦下载,传感器数据必须是处理可用的格式。做成业界通用格式,例如HSX, GSF 或 XTF,允许更多的软件能够处理数据。

 

本文中,所有数据转换成HYPACK HSX格式,并且用HYPACK软件处理: MBMAX64 做水深处理,HYSCAN做侧扫处理。


某些AUV搭载的相干测深系统需要附加步骤,在转换到HYPACK HSX格式前必须处理成某种数据格式。其它声呐数据可以直接转换成HSX格式。

 

出于测量效率考虑,这些数据转换可以在AUV载体上进行。每条测线数据采集后,原始文件可以转换成处理格式,但数据仍在AUV载体上。我们仍然需要考虑将数据从AUV下载所需的时间,但随后我们可以立即开始处理工作。


误差

 

AUV上每个传感器都贡献了一定程度的测深或定位误差。已经看到的3个误差是导航漂移及对数据的调整、声呐更新率对应转弯速度以及AUV水深计算(压力传感器)和潜在误差。


导航调整


有些AUV,其传感器导航很好;其它AUV,定位漂移很明显。数据处理软件有工具辅助处理数据:


导航文件经过载体漂移归算,是AUV真实位置的估值。从载体提取原始导航文件,然后用已知的海底标记物改正,生成改进的导航文件。转换期间,此文件替代了任务期间记录的导航数据。

 

AUV下潜前,获得GPS定位。测线结束时,AUV获得新的定位。GPS定位和AUV定位的差值用于调整测线。尽管不准确,这种方法假设整个测线的漂移和速度是恒定不变的,按在测线上航行的距离依比例调整。将水深看作剖面线,我们可以看到在测线末尾,这种漂移造成明显的水深差值。


测线转弯覆盖


AUV转弯时可以观察到第二误差。理想情况下,所有测线都设计成单段断面。每段结果,出现数据中断,转弯一旦完成,开始新测线。但是,下面例子中,AUV在8秒内转弯30°。大多数情况下,这不成问题。

 

任务期间,多波束声呐更新率2 Hz。可以确定,以此Ping率,AUV以2节航速,在110m水深可以完全覆盖海底。但是,条带的边缘(离正下方175m)不能完全覆盖海底,因为每秒4°转弯速度时,边缘波束的旅行距离超过波束脚印大小。

 

这样就留下了缝隙。系统Ping率需要大于12Hz才能填充这些区域。(转弯率滤波器可以完全清除此数据)

 

浅水情况下,这是可以做到的。但本案例中,用2条直线取代折线,直线在转弯时相交,以完整覆盖区域。当然,缺点就是增加了测量时间。


由压力传感器计算水深

 

AUV深度来自压力传感器。使用UNESCO标准公式可以计算拖鱼深度(存储在HSX文件中,标识符DFT),并添加到声呐值中,得到实际水深。 图3中,注意测线开始时的入水,没有拖鱼深度应用时,测量数据保持恒定高度。

 

但是,计算水深是不准确的。传感器的不确定性是基于可变的因素 - 海况、波高和气压 - 测量这些值并实时改正是不可能的。波浪的作用就是在AUV上方的补充水,其改变了载体传感器的压力读数。气压变化引起的误差较小。我们可以在任务开始及结束时测量气压,按时间内插,但气压变化率并不是恒定不变的。


压力水深曲线包含了这些小误差。样例数据显示了单次下潜任务中60cm的压力读数的峰谷测量值。

 

如果我们测量了海底水深,不应用任何吃水改正,我们可以观察到水深有20cm的幅度变化。将此作为基准水深,我们可以尝试调整压力传感器水深,不需要修改海底地形,为AUV做水深改正。

 


结论


AUV增加了其在测量和海洋工作市场的存在性。但是和所有传感器类似,它也有误差。AUV水深和定位误差归因于载荷、载体大小和环境条件。本文陈列了你可能碰到的几个问题。有些问题很容易解决,仅仅设计直线测量任务是有好处的,但是导航漂移以及波动引起的误差只能通过估计改正,所以改正数据可能不是很准确。




代理加盟

售后咨询

售前咨询

海外客户