CARIS HIPS 61操作说明书.docx

1、CARIS HIPS 61操作说明书 CARIS HIPS 6.0培 训 使 用 提 纲美国劳雷工业公司2007.1一. 术 语 .Project - 测量项目名 .Vessel - 测量船 .Day - 设置有效起始日期 （Julian Day 儒略日） .Line - 测量线号 .Profile - 水深断面 .Swath - 多波束测深条带 .Merge - 合并，计算水深点最终X,Y,Z坐标的过程 .Field Sheet 实测地域图,已定义地理坐标并包含各种水深及测扫数据产品的地域图 .Session -工作过程记录文件。 . Subset 子区，包括部分或全部测量范围数据的区域 .

2、Tiles 海底细分小片，为处理方便，将测量的海底划分成彼此邻接大小不一的小片。二、硬软件环境要求软件： Windows 2000， SP 4 (英文或台湾中文) Windows XP， SP 2 (英文或台湾中文)硬件： P4 2.4 GHz 512 MB RAM，1 GB 硬盘空间 128 MB 3D 显卡（必须支持 Open GL 1.2） 3 键鼠标 三、必需的先验数据信息 各换能器的安装位置及延时和安装校正值 声速剖面数据 原始水深数据的内容： GPS 坐标位置数据类型：坐标系，经纬度或X，Y 值 换能器校正结果是否已改正 是否已经过实时运动补偿 是否已经过吃水改正四. HIPS 6

3、.0 数据处理总流程 编辑船配置文件 ( Create a Vessel File) 建立新HIPS 项目 ( Create a New Project) 将原始数据（如XTF格式）转换成HIPS 格式(Convert Raw Data) 保存工作过程文件 （Save Session） 编辑辅助传感器数据 （Clean Auxiliary Sensor Data ）编辑GPS和运动传感器数据 声速剖面改正 （Sound Velocity Correction ）读入和编辑声速剖面文件声速剖面改正可选最近距离或最近时间 输入潮位数据 ( Load Tide ) 合并数据 （Merge） 将水深数

4、据与辅助传感器数据合并产生三维地理坐标数据 计算每个水深点的总传播误差 ( Compute TPE) 建立地域图表(Define New Field Sheets)地域图表用于生成数据处理及最终成果图用的加权网格模型 生成网格化水深地形曲面 (Cenerate BASE Surface) 编辑条带水深数据 ( Process Swath Data)条带编辑一条线一条线的检查和编辑以时间为参考的原始数据条带滤波自动进行多个数据清理功能精细改正声速折射影响 子区水深数据编辑, CUBE 滤波（Process Subset Data）直接手工编辑或统计滤波以地理坐标为查考的水深数据同时处理多条测线

5、重新计算水深地形曲面 （ Recompute ） 生成光滑水深曲面（Finalize Surface ） 数据输出用CARIS 编辑工具生成各种图件用新的HIPS地域图表(Field Sheets)编辑器生成等值线图和水深图各种图像可以TIF格式输出水深值可输出到CARIS 文件或以ASCII码格式输出五. 用HIPS 处理多波束数据操作步骤1. 编辑调查船配置文件（Edit Vessel Configuration） 在编辑船配置文件之前，必须先知道你的数据内容，如是否已经过运动传感器改正、声速改正、安装偏差改正等。 船配置文件中包含所有传感器有关资料，这些资料在做合并时要用 空间坐标参考系

6、：船首方向为+Y,右舷方向为+X，向下方向为+Z 运动坐标：Pitch:船头向上转时为正Roll :左舷向上转时为正Yaw: 船头顺时钟转时为正 确定设置时间，只有在此时间以后该设置有效，对此以前的数据不处理 对运动传感器如果不选中Apply in Merge 按钮，则在做合并时不做运动改正 注意在船外形图中检查各传感器的位置是否正确 为了做声速剖面改正，必须设置SVP Poles 项，其中X，Y，Z值，软件将自动复制声纳头的值，这些值定义了换能器的安装角度（假设换能器安在一根杆上）原始多波束数据记录的是每个波束的角度和声波到海底的双程时间。要将其转换成 X，Z 数据，需要以下辅助数据： 波束

7、相对换能器面的角度 声波到海底的双程时间 声速剖面数据 换能器相对安装杆的角度，它包括二方面的内容：- 固定安装的纵横摇角度- 由船航行带来的实时纵横摇角度声速剖面改正软件利用上述数据，再根据船只水线值和深沉值以确定各声速层深，用声线追踪算法，将每个波束的原始角度和声波到海底的双程时间转换成相对于船坐标的水深和垂直于船纵轴线的偏移值（ X值）数据 Navigation 项下的Time Error 就是GPS 时延。其他的Time Error 项都不要设置 Navigation 项下的Ellipsoid 定义坐标系，如果已按后述方法加入了北京54坐标，就可选择BJ54坐标 Waterline 项

8、中Waterline （水线）值符号定义如下：如果船参考点落在水线上其值为零如果水线在船参考点以上其值为负如果水线在船参考点以下其值为正 TPE （总传播误差, Total Propagated Error）值在船配置文件中定义各传感器的估计误差（精度），随后HIPS 可以据此计算每个水深点的TPE值。在 Active Sensors 菜单下选中 TPE Values 项即可分别输入TPE 的相对距离值和传感器的误差值。 在Offset 表中输入各传感器之间的距离值（如换能器到GPS天线间的X 、Y、Z 轴向的距离）。 在 Standard Deviation（StdDev）表中输入各传感器的

9、误差值（对应常用品牌的GPS、运动传感器、罗经等传感器的误差值可在下列CARIS 网站上查到：一些典型值为： 所有timing 值 = 0.1 s Sound Velocity Measured = 0.50 m/s Sound Velocity Surface = 0.50 m/s Tide Measured = 0.010 Offset X，Y，Z = 0.002 Loading =0.005 MRU Alignment StDev Gyro = 0.100 MRU Alignment StDev Roll/Pitch = 0.1002. 定义项目名、项目用船及日期File - New P

10、roject - Add Project - Add Vessle - Add Day注意：项目名中不能含有空格3. 用 Convert 将原始水深数据格式转换成 HDCS 格式 FileImportConversion Wizard - 选择数据格式如XTF，XSE等 点击Select，然后选择原始数据文件 选择geographic 时，不需指定投影，用ground 坐标时，要指定带号如果此处定义的椭球与船配置文件中不一样，将执行事先定义好的坐标转换，但其结果仅用于显示。 定义适当的区域范围后可剔除该范围外的数据， 定义最大最小深度值，可剔除该范围外的数据 在Ship Navigation

11、项下，选择 Bathy datagram和Ship4. 读入 HIPS 数据文件File - Open Project File Open Background Data 打开背景图象文件5. 保存工作过程文件 （Session） 工作过程文件是一个ASCII文件其中存有所打开的测线名、地域图表、背景图件及已完成何种处理等信息。 保存、打开、关闭工作过程文件：File Save Session (As)File Open SessionFile Close Session 打开一个工作过程文件，就同时打开了其中的所有测线、背景图件等。工作设置文件的后缀名为：.hsf ，它已在 Windows

12、中注册，可以将工作设置文件放在“桌面”上，只要双击它即可自动打开Hips及其对应的工作过程文件。 测线属性，在Edit 菜单下有四项与测线属性有关的内容，它们是： Query Line 显示被选中测线的属性信息 Accept Line 将被选中的测线标为“过时”，而强制其将被重新“合并” Reject Line -将被选中的测线标为剔出，不再参加后续处理 Classify Line - 将被选中的测线标上下列四种标志之一，以后在GIS 中可利用该标志：- Check Line 检查线- Shoal Examination Line 浅点检查线- Patch Test Line 校正测线- Tr

13、ack Line 航迹线6. 编辑GPS数据 选中一条线后，执行：Tools Navigation Editor 用鼠标选中跳点然后选直接剔除或用插值代替被剔除值 在左边的Navigation窗口中的General项下选择Connect points，显示的GPS点位将按所选的插值方法连成线。在Interpolation method 项下选择: Linear 线性插值。适合于跳变不大的原始GPS数据； Bezier curve 样条插值，适合于跳变较大的原始GPS数据HIPS在以后合并时，将用所选的插值方法处理GPS数据。7编辑船姿态（罗经和运动传感器）数据 选中一条线后，执行：Tools

14、Attitude Editor 用鼠标选中跳点直接剔除或用插值代替被剔除值 在左边的Attitude Data窗口中的Data项下的Show中选择 Moving average - 显示滑动平均后的数据曲线 Difference 显示原始数据与滑动平均后的数据差值曲线 Threshold 显示差值高低门限。差值在门限外的点将被剔除 选择数据光滑算法：过滤器或滑动平均（Filter or Moving Averag）。二者的参数一样，只是工作流程不同。选择过滤器后，在本窗口内完成过滤工作；选择滑动平均后，只在这里设置参数，真正的光滑工作，要在声速改正或合并时再决定是否执行。 设置过滤器参数选中要

15、处理的数据如 Gyro，然后在左边的Attitude Data窗口中的Filter项下指定： 用于滑动平均算法的窗口大小（点数或时间）,一般7就比较光滑了。 门限值（Threshold）大小，它是标准偏差的倍数，通常设为1。 过滤数据Tools Apply Filters 1 Screen To End of Line,程序用滑动平均算法计算原始数据的滑动平均值，然后计算原始值与平均值的差值，所有差值大于门限值的原始值将被剔除，或用插值代替。8声速剖面改正 声速改正的目的是将以波束角和声波来回传播时间格式记录的多波束测量原始数据转换成：沿航迹，垂直航迹及深度 格式的数据。做声速剖面改正的前提是

16、在船配置文件中设置了Svp 参数，并且在原始声纳数据中同时含有未加改正的原始声波来回传播时间和各波束角度数据。适合该要求的数据格式有：XTF,XSE,Hypack 和Simrad EM等。 选中一条或多条线后，执行：Process Sound Velosity Correction 打开声速剖面文件，一个声速剖面文件中可以包含多条声速剖面数据，每条剖面必须指定不同的时间和坐标（经纬度）。 如果需要编辑声速剖面文件，可以在打开窗口中点击 Edit。 如果在声速剖面文件中定义了各声速剖面采集点的坐标位置，用下列命令可以在测线窗口图中显示出各声速剖面采集点的位置：View Display Svp P

17、ositions 如果要关闭声速剖面的位置显示则选择：View Close Svp Positions 在进行声速剖面改正计算时，有四种方式选择声速剖面文件：Previous in time - 选择时间上在本测线之前测得的声速剖面数据Nearest in time 选择在时间上与本测线时间最接近的声速剖面数据Nearest in distance - 选择在距离上与测线最靠近的声速剖面数据Nearest in distance within time - 在指定的时间内距离上与测线最近的选中上述四种方式之一后，点击 Process.如果在运动传感器编辑窗口中定义了要光滑纵横摇等数据，则在做声

18、速剖面改正时，会做相应的数据光滑工作。做声速剖面改正时，要用到以下辅助数据： 波束相对换能器面的角度 声波到海底的双程时间 声速剖面数据 换能器相对安装杆的角度，它包括二方面的内容：- 固定安装的纵横摇角度- 由船航行带来的实时纵横摇角度9读入潮位数据文件 多波束系统测得的水深值是换能器下的水深，如要将其归算到一定的高程坐标，就要通过潮位文件实现。对每条测线都必须在做合并前读入一个潮位数据文件。 潮位数据文件中的时间范围应当覆盖多波束测量时间，HIPS将自动按时间查询及提取潮位数据。 有二种潮位数据导入方式：单潮位站和多潮位站数据。 对多潮位站数据，有二种应用方式，都需要先定义潮位区域文件（详

19、见附件）： 一种方式是对每个区仍采用单站数据改正，但可指定用多个站中的某一个潮位站数据。每个潮位区域内可以包括一个主潮位站，最多三个辅站。只有当主站无数据时，才采用辅站数据。 第二种方式是对每个潮位区域，可以指定以水深测点到各潮位站的距离反比为权，进行多站潮位的加权平均。各个潮位区域用封闭多边形定义。 用View Display Tide Zones 命令可以显示潮位区域位置图。在做潮位改正时，程序将根据测线到各潮位站的距离以加权平均算法计算。 选中一条或多条线后，执行： Process Load Tide 然后选择单个或多潮位站数据文件。选择多潮位站数据后，如准备采用加权平均方式，应选择“加

20、权平均（Weighted averaging）”选项。 潮位改正计算将在数据合并（Merge）时完成。10. 合并数据 （Merge） 原始水深数据经过声速剖面改正后，已经将（波束角 + 声传播时间）格式的数据转成（相对船的水平位置 + 相对安装的深度）值。“合并”计算是根据罗经数据、GPS 定位数据 和潮位数据，将每个水深点的坐标从船坐标转换为地球坐标下的X、Y、Z 数据。 选中要合并的数据线后，运行 Process Merge 合并时HIPS 将执行下列工作： 根据船配置文件中对各传感器的改正数据进行传感器数据改正如GPS的延时改正等； 按照时间对应关系，根据插值后的GPS数据计算各水深条

21、带的中心波束地理坐标位置； 根据中心波束坐标和 罗经/深沉/纵摇/横摇 数据计算各水深点的地理坐标位置； 进行潮位数据插值，然后对各水深值进行潮位改正。如果有动态吃水数据做动态吃水改正。 数据合并后，各水深数据将不再与时间有关而是与坐标相关（合并前只与时间有关）。对要求坐标信息的各处理工作，如子区编辑、曲面清理和加权网格等只有在数据合并后才可以进行。如果在一条（多条）测线合并后又改变了某个传感器的数据，该条测线将被标记为Outdated（过时），凡是标为Outdated的测线必须重新合并。 声速剖面改正和合并计算有些内容是相同的。因此若做过声速剖面改正，有些计算在合并时就不做了。具体内容见下表

22、： 声速剖面改正和合并时HIPS 将分别执行下列计算声速剖面改正SVC 合并时 所利用的数据： 所利用的数据： Swath (X, Y, Z, time-error, Roll, Pitch and Yaw) Gyro Navigation Heave Pitch Roll Tide Waterline Dynamic Draft 如果已做 SVC 如果没做SVC Swath (X, Y, time-error, Roll, Pitch and Yaw) Gyro Navigation Tide Dynamic DraftSwath (Z) Heave Pitch Roll Waterline

23、 DynamicDraft * SVP11计算总传播误差 TPE 依据在船配置文件中定义的各传感器间的偏移和传感器误差，根据传播算法计算每个水深点的总深度误差和水平位置误差。 D = 2 计算结果以95% 置信区间表达，等价于1.96 倍标准偏差。计算结果包括每个水深点的总垂直深度误差和水平位置误差。注意计算的TPE 是理论值，一般离换能器近的点（水浅等）TPE 值小，反之则大。 必须要先做过声速剖面改正后，才能计算TPE。合并前后都可以，结果一样。另由于总深度误差总是根据测量水深计算的，因此潮位及吃水值不影响结果。 选中希望的测线，运行 Process Compute TPE 12编辑条带水

24、深数据选中一条测线后，执行： Tools Swath Editor编辑工作有二种方式：手工方式和自动过滤方式。有过滤方式时，要先设置过滤参数，然后运行自动过滤。12.1 自动过滤方式 选择 Tools Set Filters打开过滤参数设置窗口a. 传统参数自动过滤方式： 选择Swath/Sweep 菜单选中 Include Filter 项 在 Logic 窗口中选定过滤目的：剔除（Reject ）或恢复（Accept） 设置过滤参数（Tools Set Filters）1. Depth : 最大最小水深限制Minimum 水深数据的最小深度Maximum 水深数据的最大深度. 2. Bea

25、m to Beam Slope: Across track angle : 在同一条带数据中，若某一水深点与前一点连线到水平线间的夹角及该点与后一点连线到水平线的夹角皆大于给定值并且二者方向相反时，剔除该点。常用值15度到25度。 . 3. Across Track Distance 从中央波束起算的水平距离 . x Nadir Depth 若某点到中央波束的水平距离大于中央波束水深乘以指定倍数(x Nadir Depth) 值, 则剔除该点。通常设为(3 - 3.5)。 Port - 左舷某点水平距离大于设定值时被剔除 Starboard - 右舷某点水平距离大于设定值时被剔除 . 4. B

26、eams numbers - 剔除所指定编号的波束 5. Angle from nadir 从中央波束起算的总波束角开角Port 将保留的船左舷总波束角 Starboard 将保留的船右舷总波束角 . 6. Quality flags 根据多波束仪记录的数据质量监控代码(对RESON的多波束选0,1,（2）；对ELAC的多波束选1,2,（3）)剔除坏质量数据。 7. Missing neighbourd 剔除孤立点 Port and Starboard 如某点的左舷和右舷方向都没其它点则删除该点 Forward and After 如某点的船头和船尾方向都没其它点则删除该点 Any 2 of

27、4 如某点周围上下左右4点中缺少任意2点，则删除该点 以上六种过滤参数可同时设置，计算时一步一步执行，前一步中已剔除的点后一步将不考虑。 执行自动过滤程序 （Tool Apply Filters）过滤参数设置好后，可先对一帧屏幕中的数据（1 Screen）试过滤，效果好时再对整条测线（To End of Line）或所有选中的测线(Selected Lines) 或所有测线(All Lines)执行。b. TPE 过滤方式 选择TPE 过滤器菜单在 Logic 窗口中选定过滤目的：剔除（Reject ）或恢复（Accept）选择将采用的IHO 标准等级。 软件将每点的TPE 计算值与指定的IH

28、O S-44 标准对应的特级、一级、二级或三级海测标准定义的误差比较，误差超出的点将被剔除。 执行自动过滤程序 （Tool Apply Filters）过滤参数设置好后，可先对一帧屏幕中的数据（1 Screen）试过滤，效果好时再对整条测线（To End of Line）或所有选中的测线(Selected Lines) 或所有测线(All Lines)执行。 12.2 手工方式：自动过滤完成后，再编辑每条测线，手工剔除残留的大跳点。先选中：Edit Auto Cursor 然后选中Edit Status Flag Reject 或 Accept。在任何窗口中用鼠标左键选中坏数据点，即可自动完成

29、剔除或回收。或者在任何窗口中用鼠标左键选中坏数据，然后点右键，选择Reject 或 Accept。13手工调节声线折射改正系数 如果经声速改正后，水深条带仍存在弯曲现象：“笑脸”或“哭脸”，这可以用声线折射改正工具予以纠正。 在Swath Editor 窗口中，选择 Tools Swath Editor Refraction Editor 用尝试方法设置Depth 和Velocity Correction 的值，观察“笑脸”或“哭脸”的变化，当达到满意的平整度时，点击 Add , 然后检查整条测线，必要时在其他位置再重复上述步骤，直到整条测线已调好后，点击 Save，软件将自动保存声线折射改正

30、系数以备重新合并时用。在每条测线都调节完成后，退出Swath Editor。 在“合并”时，选择采用已保存的声线折射改正系数（Apply refraction Coefficient）。 注意此处的声线折射改正系数不是声速剖面改正，不需重做声速剖面改正。14建立实测地域图(Field Sheets)实测地域图是根据指定的地图投影，用加权平均算法生成的网格化的水下地形高程数据图（DTM）。实测地域图具有图层结构，用于组织管理经过清理和处理的水深和侧扫数据结果。实测地域图可用于： 建立加权水深网格数据（DTM） 建立侧扫镶嵌图 根据加权水深网格生成等值线 根据加权水深网格数据生成剖面图 建立标记数据层 实测地域图可以作为CARIS Maps