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水下表面——Global Mapper 中的测深数据指南

在水文学的保护伞下,测深是指对海洋和其他水体的深度测量。收集后,这些深度测量值会创建描述水下地形的图表或3D模型。海底表示为网格3D表面,因此Global Mapper中可用的全部地形分析工具都可以用于可视化、编辑和分析数据。


创建海底模型

水下数据收集提出了一系列的挑战,即覆盖地形的水的存在。为了收集陆地区域的3D数据,激光雷达数据收集会根据从表面反射的光脉冲创建点返回。由于有海洋,这种测量光脉冲返回的方法不能用于收集海底的三维数据。由于超过70%的被海洋覆盖,这留下了大量需要另一种数据收集方法的区域。


可以通过多种方式收集水深数据,但大多数使用声呐。不想激光雷达数据收集那样使用光,而是将声束发送到水下,并收集其返回的属性以形成3D数据集。


当声波被脉冲从会审测深仪发出时,这些波的特性挥别记录下来,以确定水下地形和其他特征


用于发送和接受声波束的设备成为回声测深仪,根据被侧睡体和所使用的特定设备,可以传输单个波束或波束列阵。对于较小和较浅的水道,可以使用连接到船上的回声测深仪的单波束,但要绘制海洋深度图,则使用多波速,并且根据收集的数据水平,可以不受自主回声测深仪从在人船上分离数据收集。


记录声波脉冲后,将生成由描述还是地形的点组成的数据层。加载到Global Mapper 中的原始数据可以像处理任何其他点云一样进行处理,并进行网格化以创建 3D 地形表面。将测深数据网格化以创建海底表面模型后,可以使用 Global Mapper 中的全部地形分析工具对数据进行编辑和分析。通常,生成网格层的过程是由收集数据的组织完成的。当数据交付时,它已经是 3D 网格格式,可以在 Global Mapper 中加载和分析。 


从GEBCO 数据门户下载,此 3D 数据作为地形网格加载到 Global Mapper。


栅格数据的图表

除了描述海底地形的 3D 数据外,还有许多其他地图和图表可以提供有关海洋的信息。海洋总深度图 (GEBCO) 和美国海洋和大气管理局 (NOAA) 底图源都是阴影地貌栅格影像图层,可用于底图或作为目标区域初始探索的起点。 


显示地形的阴影图像可以轻松地流式传输到任何项目区域的 Global Mapper。 


导航图包含大量有关海底、海面和海岸特征的信息,可以在 Global Mapper 中查看。矢量格式的光栅导航海图 (RNC) 和电子导航海图 (ENC) 包含比从在线资源流式传输的着色光栅图像更多的细节。ENC 图层以矢量格式包含水深测量、陆地边界以及有关海底和水流的附加信息,使这些数据非常适合在 GIS 程序中使用。这些图表中包含的矢量特征可以像 Global Mapper 中的任何其他矢量数据一样进行搜索、过滤和编辑。


矢量航海图可以从NOAA下载并加载到 Global Mapper。然后可以根据需要对特征进行样式设置和编辑。 


可视化

使用 3D 海底数据和 RNC 加载后,Global Mapper 可以使用应用于 3D 数据的山体阴影对栅格图表进行纹理化。此图层混合工具在光栅图像的“显示选项”中启用,它创建一个图层,其中包含来自图表的标签和点信息,以及 GEBCO 和 NOAA 底图中显示的阴影地貌。 


栅格导航图 (RNC) 使用下载的 GEBCO 数据进行纹理化。

隔离 3D 表面数据并在 Global Mapper 中使用自定义着色器,可以应用 GEBCO 阴影浮雕颜色在 3D 数据中创建类似的可视化。 


自定义着色器用于以不同深浅的蓝色显示深度,而不是为测深网格使用内置着色器。 

路径配置文件

为了更仔细地检查水深特征和海底高程变化,可以使用路径剖面工具来生成地形的横截面。此外,垂直路径剖面工具可以沿数据创建平行的横截面视图。这种能力允许沿着山脊的长度逐步检查和测量地形。

垂直路径轮廓沿绘制的线创建一系列横截面视图。 

这些横截面视图可以导出为图像、PDF 或保存为工作区中的 3D 矢量线。这些描述地形的线可以在 Global Mapper 中编辑或导出为任何支持的矢量格式。 

每个轮廓都可以保存为 3D 线并显示在 2D 和 3D 视图中。 

地形分析 

可以从“图层选项”对话框应用按高程或深度值过滤数据的方法。在“更改高程值”选项卡上,可以设置有效的高程范围。超出此描述范围的区域将在 Global Mapper 中隐藏,从而有效地按高程值裁剪数据。 

下载的 GEBCO 网格包含海底和陆地地形的数据。按海拔过滤感兴趣的区域可以缩小到海拔低于海平面 0 米的区域。  

通过地形网格格式的 3D 海底地形数据,可以使用 Global Mapper 中全部可用的地形分析工具来进一步探索项目区域。使用“生成轮廓”工具可以轻松识别轮廓线以及波峰和波谷。无论您是考虑陆地地形还是 3D 测深数据,此工具的功能都相同。

从 GEBCO 3D 数据生成的等高线显示了局部高点高程。

地形编辑

测深分析人员普遍关注的一个问题是航道的维护,在航道内海底物质的自然动态通常会导致沉积物堆积和堵塞。Global Mapper 包括一系列工具,用于通过创建修改的表面和计算需要移除的材料量来模拟疏浚过程。要编辑测深地形,可以使用 Global Mapper 中的任何地形编辑工具。地形绘制工具可用于通过使用光标在测深网格上绘制来直接编辑测深网格的深度值。使用指示航道中心线的 2D 矢量特征作为指导,地形绘制工具用于手动编辑地形,以便对接近港口的疏浚航道进行建模。 

使用“设置地形高度”选项,可降低地形网格中的通道高程。沿着绘制的线,通道将被设置为指定的高度,然后在设置的羽化距离上混合到周围区域。 

前图像后图像


线刷类型用于沿着现有的通道中心线要素进行追踪,以便沿着这条线平整地形。

地形被编辑以显示通道表面的凹陷。加载或创建此地形网格的未编辑版本允许在穿越通道的路径剖面中进行比较。体积测量工具随后可用于通过从另一层中减去一层中的每像素深度值来计算材料的体积。

横截面视图中描绘了多个图层,很清楚如何编辑地形以创建此通道。 

使用可用的数据和 Global Mapper 中的工具,可以像任何其他地形图层一样探索和分析测深数据。考虑到 Global Mapper 中的全部工具和程序支持的格式,可以完成对海底地形的综合分析,地形绘制和体积计算等工具可以将工作流进一步纳入沿海和海洋研究和建设项目的规划中。 

新版本的Global MapperLidar Module包括多项增强功能,其中许多适用于测深数据分析。













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2021-12-08

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