Eine hochpräzise Fusionsbathymetrie der Mehrkanal-Wellenformkrümmung für bathymetrische LiDAR-Systeme

Das luftgestützte LiDAR-Bathymetrie-System (ALB) ist eine attraktive und effiziente Methode zur Bathymetrie im Küstenbereich und zur Kartierung der Unterwasser-Topografie. Um die Messgenauigkeit und Zuverlässigkeit in verschiedenen Wasserumgebungen zu gewährleisten und zu verbessern, wurden verschiedene Empfänger mit einem segmentierten Sichtfeld (FOV) entwickelt und im ALB implementiert. Diese werden verwendet, um verschiedene Echodaten aus mehreren Kanälen zu erhalten und die Bathymetrie in verschiedenen Wassertiefen durchzuführen. Bei der Verarbeitung von Echo-Wellenformen fehlen jedoch detaillierte Informationen über das Gewässer, das durch die unterschiedlichen Echo-Wellenformen beschrieben wird, was es schwierig macht, starke Wellenformüberlagerungen in extrem flachen Bereichen zu überwinden oder das schwache Echo des Wasserbodens von dem Rauschen in extrem tiefen Bereichen zu trennen. Daher haben wir eine neuartige Methode der Mehrkanal-Wellenformfusionsbathymetrie (MWFB) eingesetzt, um Informationskomplementarität zu erreichen, Mehrkanal-Wellenformen zu gewinnen und die Robustheit von Wasser- und Boden- Echo-Signalen zu erkennen. Diese Methode verwendet eine adaptive Signalwellenformextraktion eines Mehrkanal-Fusionsmechanismus, um systematische und zufällige Störgeräusche zu beseitigen, und die Wellenformkrümmung wird verwendet, um die Energie-Wellenform-Kurven zu rekonstruieren. Eine iterative Zerlegung basierend auf Wellenformkrümmung und Energiekurven wurde durchgeführt, um die Richtigkeit der Wellenformzerlegung und die Zuverlässigkeit der Wellenformkomponenten zu verbessern. Darüber hinaus wurden die Wasseroberfläche und die Bodenpeaks basierend auf der Mehrkanal-Wellenformkrümmung detektiert, wodurch die genauen zeitlichen Positionen der Peaks erfasst und eine hochgenaue Bathymetrie erreicht werden konnte. Laut den Experimenterergebnissen und einem Vergleich mit Referenzdatensätzen erreichte die höchste bathymetrische Genauigkeit der MWFB-Methode einen RMSE von 0,22. Für die verschiedenen Untersuchungsgebiete erreichte die bathymetrische Genauigkeit des Abhangs 95 %, 92 % und 97 % in den Gebieten Ganquan Island, Lingyang Reef und Bei Island. Darüber hinaus wurden die bathymetrischen Punktzahlen effektiv erhöht und die bathymetrische Genauigkeit sowohl in flachem als auch in tiefem Wasser verbessert, was die überlegene bathymetrische Leistung der MWFB-Methode und ihre Fähigkeit zur Bereitstellung eines hoch effizienten Wellenformdatensatzes durch Mehrkanaldatenfusion veranschaulicht. Die neuartige LiDAR-Bathymetrie-Methode, die in dieser Studie vorgeschlagen wurde, kann effektiv eine hochgenaue Bathymetrie im Küstenbereich und eine kartografische Darstellung der Meeresboden-Topografie erreichen.