技术交流▏李炜：多波束噪点自动剔除的研究
目前，多波束数据内业处理劳动强度最大的部分就是波束点清理，能否找到一种很好的办法实现噪点自动剔除，减少人工干预，从而减轻一线作业人员的工作强度，并提高工作效率，是所有海测人最为关心的话题。本文结合广州点深软件有限公司研制的亿点通多波束后处理软件（以下简称亿点通软件），与大家分享一下多波束噪点快速剔除方法，希望对大家今后作业有所帮助。
一、创建一个最优的参考曲面
在保障生成的整个曲面连续情况下，曲面格网的分辨率尽可能的小，一般浅水区域（30m左右），格网分辨率宜为0.5～1m，如果生成的成果曲面呈筛子状，就需要适当增大格网分辨率。如图1所示，在亿点通软件的成果面编辑模块新建一个成果曲面，测区平均深度为25m，创建的成果曲面格网分辨率为1m。
图1 创建的成果曲面
然后设置曲面滤波参数。滤波参数需要根据测量区域地形环境不同，选择合适的算法和参数，一般容许误差设置为2.5倍中误差，取样窗口选择“5×5格网”或者“7×7格网”，如果地形变化陡峭，建议取样窗口选择为“3×3格网”。关于滤波算法的选择，对于地形比较平坦测区，建议滤波算法选择平均值法或中值法；如果是冲积海底地形，有地形变化，但变化比较缓和，建议滤波算法选择趋势面拟合法。由于本文示例数据的测区属于疏浚区域，地形变化复杂，并存在浮泥等比较多的干扰因素，因此，滤波算法选择“线性加权”，取样窗口为“5×5格网”，容许误差为2.5倍中误差，如图2所示。
图2 曲面滤波设置
滤波参数设置完成后，点击整体滤波按钮就可以对曲面进行整体滤波了，亿点通软件会根据每个格网周围N个格网的深度值来判断当前格网值是否超出容许误差，如果超限，就用周围N个格网的深度值来推算当前格网深度值，经过卷积运算后，所有格网的深度值接近于理论最优，那么就得到一个最优的参考曲面。
二、使用最优的参考曲面快速滤除噪点
在亿点通软件的区域清理模块，选择一块数据编辑区域，然后设置噪点滤波参数，滤波算法选择“曲面滤波(IHO)”,滤波曲面选择前文获取的最优参考曲面，如图3所示。
图3 波束点清理滤波设置
设置完成后，点击滤波按钮即可对编辑区域所有点进行快速自动滤波了，亿点通软件会根据每个波束点在滤波曲面上周围格网的深度值，使用最小二乘法，计算该波束点的理论最优深度值，如果该波束点的深度与理论最优深度值的差值超出了深度限差，就被判定为噪点，自动滤波的效果如下视频所示，绝大部分的噪点都得到有效滤除。
三、自动滤波效果对比
选择一块4平方公里的测区，平均水深为25米，测线重叠度约为50%，采用完全自动滤波方法，处理完整块区域用时约为20分钟，每步骤的耗时见表1，而采用纯人工剔除噪点，用时约为8小时，两者处理后的成果数据复合误差统计见图4、表2。
表1 软件操作步骤
操作步骤 | 耗时 |
创建一个最优的参考曲面 | 4分钟 |
使用最优的参考曲面快速滤除噪点 | 15分钟 |
合计 | 19分钟 |
图4 自动滤波与人工滤波数据差异
表2 两者成果数据复合误差统计
差异值 | 占比 |
<0.3m | 99.99% |
<0.2m | 99.97% |
<0.1m | 99.89% |
<0.05m | 99.76% |
<0.02m | 99.44% |
<0.01m | 99.24% |
四、自动滤波存在的问题
自动滤波算法可以快速剔除绝大部分噪点，但一些地形特征点跟噪点非常相似，可能会被自动滤波算法误删，这就需要人工进行修复，如图5所示红色圈内的灰色点是被自动滤波误删的地形特征点。此外，还有些噪点贴近地形表面，没有超出设定的条件，而被认为是有效点，这就需要在人工数据检查时进行手动删除。
图5 自动滤波误删的特征点
五、小结
在不要求成果数据100%可靠的情况下，自动滤波完全可以替代人工，实现噪点自动清理， 快速成图的目的。虽然自动滤波也存在一些自身的缺陷，可能误删了特征点，或某些噪点被漏删，但可以对算法持续改进优化，增强对噪点的识别率，最终实现完全替代人工。
【作者简介】作者简介：李炜，1982年9月出生，出生于湖北随州，2006年毕业于武汉大学武测校区的遥感学院，从事海洋测绘相关软件研发十余年，于2016年8月创立了广州点深软件有限公司，组建了由3名博士后组成的核心技术团队，专注从事海洋高端测绘软件的研发，并致力于海洋信息化建设。经过两年的发展，亿点通软件产品正在逐步受到国内海洋专业测量用户单位的认可与青睐。公司产品列表：⑴亿点通海洋测量软件（单波束）；⑵亿点通多波束测量软件；⑶亿点通多波束后处理软件；⑷海洋测绘数据处理一体化系统；⑸基于数字地球的海陆一体化地形建模软件；⑹海洋环境感知数据动态三维系统。联系电话：李炜，15989163513。
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