// Вие четете...

Приложни науки

Цифров модел на релефа на морското дъно.

„Най-добре работи онзи, който си знае работата.“

Към настоящия момент, наред с развитие на техническите средства за площно обследване на релефа на морското дъно, в различни страни се работи по усъвършенстване на методите за математическа обработка на материалите от снимката с цел получаване на по-надеждни и точни резултати. Голямо внимание се отделя на способите за формиране на цифров модел на релефа на морското дъно (ЦМР) при снимка с много лъчеви ехолотни системи. Нагледното изобразяване на релефа на дъното в реално време позволява по-пълното оценяване качеството на снимката и вземане на мерки по отстраняване на несъответствията на ЦМР с изискванията за точност и надеждност. Разглеждат се два типа ЦМР: регулярен и не регулярен.

Регулярния ЦМР се строи на правоъгълна мрежа, при което в центъра на всяка клетка от мрежата се вписва дълбочина, определена с интерполиране на обкръжаващите дълбочини с отчитане на теглото, по метода на най-малките квадрати. В качество на тегло се използва величина, обратна на квадрата на разстоянието от дълбочината до центъра на клетката. Размера на клетката се задава от оператора – хидрограф в зависимост от характера на релефа на дъното. Основно достойнство на модела се явява отработения и достатъчно прост алгоритъм на разчети, а също и последващо свиване на информацията. Основния недостатък на този модел се заключава в това, че размера на клетката от мрежата се определя субективно и не се регулира автоматично при изменение на характера на релефа на дъното. Следва също да се отбележи, че моделът се строи не по измерени, а по интерполирани дълбочини. Това води до някаква загуба на точност на ЦМР, в резултат на което дребни детайли на релефа се изглаждат.

Не регулярния ЦМР се формира от плоски триъгълници, във върховете на които са фиксирани дълбочини, измерени с много лъчев ехолот. Обединяването на дълбочините в триъгълници се осъществява по правилото на Делон, а именно – провеждане през три дълбочини на окръжност по такъв начин, че вътре в окръжността да не се намира нито една измерена дълбочина. Моделът, построен по това правило е получил названието триъгълниците на Делон или триангулационен модел на Делон. Достойнството на този модел се явява високата точност и голямата подробност, свързана с разрешаващата способност на много лъчевия ехолот. Но сложността на алгоритъма на триангулацията на Делон затруднява неговата реализация в реално време.

Най-перспективния алгоритъм за формиране на ЦМР по данни от снимката с много лъчев ехолот се явява алгоритъмът, реализиран от скандинавски специалисти. Този способ позволява да се формира модел на релефа със зададена точност във време, близко до реалното. При това обема на информацията съществено се съкращава. Степента на съкращаване на масива на измерените данни зависи от зададената точност за модела и характера на релефа на дъното. При неговото формиране напречните и надлъжните профили на дълбочините се подлагат на обработка с определено количество напречни профили. Последователността на изчислителните процедури при тази процедура е следната:

• избират се четири ъглови точки (първите и последните точка от първия и последния напречен профил на дълбочините), дълбочините в които се приемат за информативни;

• по пътя на съединяване с права линия на два противоположни ъгъла се образуват два плоски триъгълника, всеки от които се описва от уравнение за плоскост в пространството;

• в пределите на всеки триъгълник се изчисляват разликите ΔZiна всяка измерена дълбочина с дълбочината, апроксимирана на плоскостта на съответния триъгълник, и се определя точката с максимална разлика ΔZmax;

• проверява се условието ΔZmax ≤ mzпр, където mzпр – зададена пределна погрешност на определяне на дълбочините;

• в случай на не изпълнение на условието дадената дълбочина се фиксира като информативна и точката с тази дълбочина се съединява с прави линии с трите ъгъла на първоначалния триъгълник, образуват се три нови триъгълника, всеки от който се проверява с по-горе указаното условие и така нататък;

• процеса на проверка на дълбочините с условието и деленето на триъгълниците на по-малки продължава до тогава, докато условието не се изпълни за всички триъгълници в кадъра.

По такъв начин се формира ЦМП, апроксимиращ релефа на дъното в повърхност, състояща се от плоски триъгълници, със зададена точност на възстановяване на дълбочините във всяка точка на модела. Неговото най-важно достойнство се явява адаптивността, а именно – зависимостта на размерите на триъгълниците от характера на релефа на дъното. Той притежава свойството за свиване на информацията, което позволява формирането на ЦМР в полосата на обследване в квазиреално време. Опитът от работата в Северно море показва, че дадения способ за формиране на ЦМР позволява да се съкрати обема на информацията до 90%. В същото време се препоръчва да се записва на технически носител пълния масив от измерените данни, които са необходими за анализ на съмнителните такива при следваща обработка.

Контролът за достоверност на ЦМР трябва да се осъществява като се сравняват моделираните дълбочини с измерените дълбочини в едни и същи точки.

Не обръщайки внимание на очевидните преимущества на адаптивния триангулационен ЦМР, на практика в редица случаи, особено в районите със спокоен релеф, традиционно се използва ЦМР с регулярна мрежа. Възниква въпросът не е ли възможно да се усъвършенства регулярния ЦМР, придавайки му свойство на адаптивност по отношение към характера на релефа на дъното. За това е необходимо да се определи оптималния размер на клетката в регулярната мрежа и след това да се регулира техния път за делене на повече малки клетки в зависимост от характера на релефа на дъното. Именно такива възможности притежава методиката за определяне на между галсовото разстояние, описана в „Определяне подробността на снимката на релефа на дъното с използване критериите за оптималност”. В съответствие с тази методика в началото на снимката на контролните галси се извършва отбор на информационните дълбочини по пътя на апроксимация на профила на дълбочините по линеен сплайн (интерполиране). Информативните дълбочини във възлите на сплайна се избират при условие, че разликите между измерените и апроксимираните дълбочини в промеждутъка между възлите на сплайна не превишава пределната погрешност на определяне на дълбочините. Между галсовото разстояние L се определя по пътя на статистическата обработка на разстоянията Si между информативните дълбочини по критерия за точност, надеждност и икономичност. Това означава, че се осигурява зададената точност при определяне на дълбочините в произволна точка в изследвания район с определена надеждност при минимум на линейната километрова снимка.

В хода на снимката при пресичане на основните с контролните галси се сравняват разстоянията Si на контролния галс с избраното между галсово разстояние L. Ако Si < L, то в даденото място изисканата точност не се осигурява и тук е необходимо да се направят допълнителни галси за сгъстяване. С отчитане на галсите от сгъстяването се осигурява надеждност на между галсовото разстояние, близко до 100%.

В прилагането на разгледаната методика към формирането на регулярен ЦМР в ролята на между галсово разстояние L играят разстоянията между опорните точки (дълбочини) в модела по две направления, тоест размерите на правоъгълните клетки на мрежата. Оптимални размери на клетките в основната мрежа се изчисляват по измерванията на контролните галси по две направления L1, L2: по протежение на галса по вертикалния лъч и на напречни профили по наклонен лъч. Във връзка с това, че размерите на клетките на мрежовия модел са получени по статистически път, надеждността Р на модела ще бъде по-малка от 100%. Това означава, че зададената точност на ЦМР няма да се осигурява на някаква част от акваторията, съответстваща на надеждност 1 – Р. Поради това в хода на снимката при изпълнението на галсите от основното покритие е необходимо да се проверява изпълнението на условието:

S1 ≥ L1, S2 ≥ L2 (1).

Където S1, S2 – разстояние между информативните дълбочини, получени на контролния галс по вертикалния лъч и на напречните профили съответно.

Там, където условие (1) не се изпълнява, основната клетка от мрежата се дели в даденото направление на n равни части в зависимост от съотношението n1= L1/S1 или n2= L2/S2 с закръгления до цяло число към страната на по-голямото.

Контрола на напречните профили по условие (1) се осъществява с дискретност, определяна от половината на надлъжния размер на клетката от основната мрежа. Във всяка на ново образувана клетка от мрежата се определя централната дълбочина по традиционната програма за формиране на регулярен ЦМР.

В резултат моделът на релефа ще отразява дълбочините от основната регулярна мрежа с делене на клетките на по-малки в местата със сложен релеф на дъното. По такъв начин, регулярния ЦМР придобива свойството на адаптивност към характера на релефа на дъното, осигурявайки зададената точност на възстановяване на дълбочините от интерполацията в произволна точка от модела.

При изобразяване на екрана на дисплея или на графичен постройтел на спокоен релеф на дъното разстоянията между опорните дълбочини от модела могат да се окажат доста големи. Това ще снижи информативността на модела и ще затрудни неговото използване. За предотвратяване на това е необходимо да се ограничи максималните размери на клетката от основната мрежа до пределни значения.

В общия случай зададената точност на разгледания ЦМР се осигурява от размерите на клетката от правоъгълната мрежа. Надеждността на модела се определя от отношението на частта от площта на района на снимката, на които се изпълняват изискванията за точност към площта на целия район. След завършване на работата тя трябва да бъде равна на 100%.

Икономичността се достига с минимизацията на общото количество на опорни (информативни) точки за модела при зададена точност при възстановяване на дълбочини.

Разгледания способ за формиране на регулярен ЦМР отстранява негов съществен недостатък, а именно – не адаптивност по отношение към характера на релефа на дъното. При това не се изисква сериозна модернизация на традиционния способ. Тя се свежда към въвеждане на допълнителни процедури:

• в началото на снимката по измервания на контролните галси се изчисляват оптималните размери на клетките на основната регулярна мрежа;

• в хода на снимката се контролира съответствието на размерите на клетките от мрежата изискванията към зададената точност при възстановяване на дълбочини;

• в случай на не съответствие клетките се делят на по-малки.

Коментари

Все още няма коментари

Публикувай коментар