HYPACK多波束数据处理学习笔记

前言

根据多波束测量原理可知，多波束每次发射一次声波，即可返回一条线上数百个点数据

但由于GNSS，船体测量环境，声速等多重因素的影响，多波束声呐测量设备所采集的点云数据会出现不同程度的噪点。

所谓多波束数据后处理就是使用测量时配置的惯导，潮位等数据对多波束原始数据进行改正解算，然后剔除噪点的过程。

数据读取

HYPACK支持.HSX数据的读取以及处理，所以在数据采集的时候要勾选记录该格式的数据。

本教程使用的数据为中海达8140p多波束成、所在某海域采集的样例数据

加载数据

使用HYPACK进行多波束数据处理需使用HYPACK内置的MBMAX64编辑器

MBMAX64编辑器可从如下界面打开使用，需确保使用的是64位版本，32位版本已淘汰，不建议使用

打开MBMAX64编辑器后可点击加载数据

亦或者直接从 Windows 文件资源管理器拖动数据到编辑器界面进行加载

参数设置

数据加载完成后HYPACK会自动提示进行参数读取。

测量

潮汐、声速和动态吃⽔

·可以选择高程模式为水底高程或者水深，该选项与潮位数据有关，若选择水深模式需把潮位数据更改为向下为正

·可以选择加载侧扫数据进行辅助判断

·可以更改生成三维TIN表面格网大小

·自动二级处理即加载完成数据后自动生成TIN并根据选择并设置的滤波器进行滤波以及进行其他相关处理

·TPU（总传播不确定度）是基于声纳、环境和传感器（例如 GPS）信息的声波不确定性计算。这个选项一般可以忽略，有 CUBE滤波需求可以开启，查询相关论文进行处理。

· POSPac 和 True Heave Adjustments：⾃动应⽤ Applanix 后处理⽂件。

改正值

潮汐、声速和动态吃⽔

·这里不需要 TID 文件。水位来自 RTK GPS。也可根据需要加载对应的潮位文件。

·选择 VEL 文件作为声速剖面。声速变化引起声波折射路径变化，当声速剖面不适用的时候，波束条带断面呈“笑脸”或“哭脸”。

·动吃水，可根据需要进行设置

所谓换能器动吃水是测量船相对静吃水的变化量，又称为航行下沉量，它受船只负荷、船型、航速、航向、海况以及水深等诸多因素的综合影响。换能器动吃水通常可以通过实测和模型计算两种方法确定。下面介绍声呐测深直接法，模型法暂不赘述

声纳测深法

由于在装配多波束测深系统的测量船上一般均安装了单波束测深系统，利用单波束系统，采用如下步骤，可获得不同船速下的船只的动态吃水变化量。

1)单波束换能器需要固定在船只的中央位置:

2)选择海底平坦、底质坚硬的海区，水深为船吃水的7倍左右，且能够满足动态吃水测定需要的各种速度(即测深中船体操纵实际采用的可能速度):

3)在测定海区抛一浮标，船停于浮标旁，用测深仪精确地测量水深，然后船以各种不同的速度在同一位置测量水深,相同速度下测量三组以上深度,消除潮汐影响后,取平均值;

4)将船只不同速度下测量的深度与静止时测量的深度进行比较，二者的差值即为船只在该速度下的动吃水,记录这些参数,联合船只的静吃水,用于后续水深测量中深度的改正;

5)动态吃水测定需要在海况相对比较好的情况下进行，避免风浪等因素对最终吃水参数确定造成的影响。测量船最好在船速稳定后进入测定航线,避免加速或减速,以消除 Heave对动态吃水参数的影响。

设备

设备选择和偏移 ，设置GPS、姿态、换能器在船体坐标系中的坐标位置关系即船型设计相关参数。选择 RTK 潮位意味着需要杠杆臂来进行潮汐计算；多波束安装校准值输入

数据处理

起伏和声纳设置 ，需要注意的是船只起伏测量，下面我讲详细讲解三种RTK 潮位方法

RTK 潮位方法1

在这种方法中，我们完全忽略了来自 MRU/IMU 的升沉测量。

船只升降仅来自 RTK-GPS。

需要较高的更新率（至少 20 HZ）。

如果 MRU 失败，可以用作后备。

MRU：运动参考单元。

IMU：惯性测量单元。

缺点：如果 RTK 中断，就会出现问题。

RTK 潮位方法2

在这个方法中，我们使用 MRU 起伏测量和平均 RTK 潮汐。平均法可消除起伏分量。

不需要 RTK-GPS 和 MRU 之间的精确计时。（现在这种想法已经过时了，因为两种数据都来自同一设备，并且所有设备都提供准确的 UTC 时间标签）。

缺点：平均值可能不精确。

RTK 潮位方法3

在这种方法中，我们将 MRU 起伏与 RTK 潮汐合并。（在每个 RTK 潮汐点重新参考起伏。）

缺点：没有，只要时间标签准确即可。我们能做到最好。

声呐相关设置

声纳ID:来自硬件设置。

每次 Ping 时调整 SVP:使用 Sonar 中的 SV 设置配置文件顶部。有时会使情况变好,有时会使情况变糟。

应用网格融合:将航向数据从真北(惯性系统)调整到网格北。

射线追踪:射线穿过水的路径修正。

划线方法:快速。最适合浅水。

弧线法:最适合深水。

自动选择 :程序决定哪种方法合适。

以上设置完毕后我们点击确定即可进入编辑阶段。需注意⚠️的是，上述参数均可在数据处理过程中随时更改并更新

数据查看

在数据处理界面有多个功能区，上方三个依次是

·【编辑查看工具】:可以调整不同视图，任意断面，区域查看，撤销等操作

·【图层显示工具】:目视检查显示轨道线没有问题。

·【TIN栅格显示工具】：调整栅格不同方式显示类型

下方为，显示传感器编辑器的按钮；处理点云以及传感器的工具和滤波处理器相关设置

编辑器设置更新模式

自动:适用于数据较小或者计算机性能强；手动:适用于较慢计算机，大型调查。

若使用手动时，在数据处理后需点击手动更新

、

传感器参数查看处理

逐条测线检查各测线数据的传感器数据是否有异常数据存在，如下图所示，我们可以查看升沉、潮位、声速、姿态、艏向以及航迹线数据。其中部分传感器数据可以进行编辑处理（除声速外均有各自的处理方式）。

速度

使用工具箱工具删除传感器超限数据，选择完毕点击右上角删除

结果如下

潮位

姿态编辑器

（起伏、俯仰、横滚、航向）编辑

声速编辑器

SVP（左）和声纳头处的声速。此处可以使用线编辑工具“快速删除上方”来快速删除尖峰。

数据处理

格网生成

如果在前方参数设置未勾选自动二级处理时，不会显示栅格表面。在进行完一级编辑处理后可点击该按键进行第二阶段栅格表面生成

局部视图浏览

在数据查看和编辑的时候经常使用的工具

该工具可根据矩形选择需要的地区数据进行单独窗口显示

使用工具箱内工具进行处理或浏览查看

任意断面查看

可查看任意断面数据

多波束数据校准也在这里

断面视图

如果噪点比较多可以切换断面视图直接用线工具删除线上和线下的噪点

滤波器

可使用滤波器进行数据滤波自动删除噪点

如果你对测区水深有了解可以设置该项；由于国产换能器制作品质工艺的原因，边缘数据数据质量较差，建议在保证重叠率的情况下减小换能器开角进行滤波

第一个我很喜欢必勾选的过滤器， “过滤器悬垂和底切地形”⾮常好用而且安全

剩下的一个是波束质量还有中位数滤波和基于曲线拟合的低通滤 ，使用的不多，不太熟悉。

设置完毕后勾选全部文件即可进行滤波操作

勾选滤波预览可以显示被删除的噪点

点击删除即可删除所滤波后的噪点

滤波前后对比

条带处理

显⽰单条测量线的各个部分，然后使用工具删除噪点

也可鼠标右键单独对该条带进行滤波

断面处理

点击【断面】即可进入断面编辑，更改横向纵向进行噪点剔除，可以勾选浮动工具栏方便处理

点击向上⬆️向下⬇️箭头切换条带，使用工具快速删除清理轮廓

可以使用栅格点切换不同显示方式来辅助判断噪点

点云程序

在点云程序窗口可借助hypack 出⾊的可视化 ，进行点云三维模式的浏览处理剔除噪点，这个与上文中提到的【局部视图浏览】工具相似

数据检查

使用任意断面工具检查均无噪点后即可完成该项处理。

使用Z差值可快速检查缺失的异常值和带状噪点。有时有用，有时没用~

选择格网显示的 Z 范围。

在颜色设置中设置 Z 范围颜色限制。

检查测量并单击 Z 范围较大的单元格。点光标将在剖面图和云窗口中同步。下为【中值渲染】和【z差值渲染】结果对比

数据导出

点击保存

工程文件

• HS2x（64 位）：保存所有点的⾸选选项。

• HS2（32 位）：⽤于与 MBMAX32 兼容。⼤部分已过时。

xyz点文件

·根据需要保存所有 XYZ 点和/或每个单元格一个点。

结语

食之无用弃之可惜，以后也用不到了留作纪念，有问题欢迎留言讨论，我也是自学摸索