高博，傅仁琦
摘要：MB-System软件包是一套运行于Linux系统下的针对多波束测深数据处理的软件，它可以对原始数据和波束数据进行灵活编辑，并具备强大的绘图功能对结果进行演示。通过对MB-System软件工具使用的简要介绍，同时结合利用七一五所自行研制的多波束浅海地形测量洗涤桶工程样机，对湖试所采集的数据进行处理，验证了MB-System软件系统优良的兼容性和对测深数据强大的后处理能力。
Multibeam Sounding Post-processing Techniques Based on Mb-System
1 引言
多波束测深技术是当前世界上最为先进的水下地形探测技术，而对测深数据的后处理技术是其中的最重要环节之一。由于多波束测深系统的工作效率高，工作时间长，测深数据的后处理量十分庞大，能够在实验现场快速且准确的对测深数据进行处理分析，并对海底地形进行绘制显示，成为当前多波束后处理技术研究的热点。
基于Linux系统开发的MB-System软件包正是多波束测深数据后处理的杰出代表产品。本文首先简要介绍了MB-System软件包的主要功能，进而利用七一五所自行研制的多波束浅海地形测量系统工程样机，对湖试所采集的数据进行处理，验证了MB-System软件系统优良的兼容性和对测深的数据强大的后处理能力。
2 基于MB-System的后处理技术
（一）MB-System的编译。
MB-System是一款由Lamont-Doherty美国地质观测所开发，基于UNIX平台的开源软件。官方以GNU GPL许可发布该软件，可以编译运行在DARWIN，LIUNX，CYGWIN，SUN等操作系统下。
MB-System的编译依赖于其它软件包，在编译前需要安装GMT（一个开源的绘图计算和成图工作）、Net CDF（GMT的依赖项）、Perl（脚本解释语言，配置Makefile和执行批处理）、X11（图形窗口基本库）和Motif（可视化工具使用的Widget库）。
将源码压缩包解压后，用文本编辑工具配置脚本文件install-makefile中的各个库路径并执行，之后运行命令make all，就会在程序的bin目录生成mbclean、mbcopy、mbdatalist等命令可执行程序，及更方便直观的mbedit、mbnavedit、mbvelocitytool等可视化执行程序。
（二）数据文件格式。
MB-System的核心是称为MBIO的输入/输出库，它提供了一个模块化的输入/输出库，屏蔽了各个数据格式之间的差异，使得MB-System各个组件能顺利的访问和处理多波束数据，并且用户可以根据自己的需要增加新的数据格式。
我们试图利用Mb-system处理自行研制的工程样机所采集的多波束数据，首先就要把测深数据格式转换成MB-System支持的数据格式。在软件包支持的数据格式中一科学应用国际公司（SAIC）为美国海军海洋局（NAVOCEANO）制定的一般声纳数据格式-GSF（Generic SensorFormat）最为通用，它支持SeaBeam、Atlas、Simrad、Reson等多家公司的多款多波束测深设备的数据格式。我们只需将测深数据按照GSF的定义保存，就可方便地利用MB-System的强大的功能展开后处理工作。
（三）多波束测深数据预览。
一次多波束测深可能会有多条航迹和多个测量结果文件，我们首先需要用mbdatalist明了那个生成一个测深列表文件，以方便对测深数据进行批处理。同时对应每个测量结果，mbdatalist命令会生成相应的静态信息（.inf）、深度信息(.fbt)和导航信息(.fnv)文件，以加快其后处理命令的处理速度。之后可以用mbinfo命令查看测深数据的一些静态信息，如测深数据的经纬度范围，深度范围等。
利用mbm-plot命令，可以对测深数据进行预览，查看数据的航迹及未进行参数修正的多波束数据填充图，如图1所示。
（四）多波束测深数据修正。
对测深数据的处理，首先要剔除异常的野点。MB-System提供了自动野点剔除的工具mbclean和图形化的野点剔除工具mbedit，这种面向对象的图形化工具极大提高了数据处理的效率方便。
Mbclean可以根据不同的命令行参数，实现对超过允许的深度范围或斜率的数据进行自动标记，之后便可利用图形化的mbedit程序，采用人工标记的形式，进一步对野点细化剔除。在mbedit的编辑界面，黑色点为一个ping的多波束测深原始数据，绿色标记的点是自动剔除的野点，红色的是人工标记的野点。
多波束测深数据修正的另一个重要方面就是对声线的修正。我们知道，多波束测深系统依赖于海水介质对声波的传播和海底的反射和散射，它把接收到的信号按旅行时经过声速剖面折算成深度和侧向水平距离。由于海水介质各层的温度、盐度的变化，声波传播的速度也在不断变化，因此，当声线在分层介质中传播是就不断发生折射，声线的方向就不断地偏折和弯曲。如果使用平均声速或不正确的声速剖面，就会使实际海底发生水平偏移和深度偏差，所获得的水深资料精度下降，严重的甚至可使资料完全报废。因此，要获取高精度的水深资料，对多波束测量系统进行声速改正是十分必要的。
在实际测深过程中我们使用盐温深（CTD，Conductivity，Temperature，Depth）测深仪获得一定深度范围内的声速梯度剖面数据，从而对每一个ping的多波束测深原始数据进行声速修正。图2给出了利用mbvelocityTool工具进行声线修正前后的效果对比。
多波束的测深是条带式的，因此对整个测深系统的姿态校正也十分重要。在实际安装测深系统的时候，由于技术的问题，纵横摇的倾斜角度往往会有一个微小的值，这两个参数必须在测量前进行测定，作为一个固定偏差带入后处理进行修正。Mbset命令中的RoLLBIAS和PITCHBIAS这两个参数可以对纵横摇的固定偏差方便地予以修正。此外，受导航设备精度的影响，MB-System还提供了mbnavedit工具进行导航数据的修正。
（五）多波束测深数据批处理和成图。
数据结果和数据参数修正完后，就要生成新的数据文件，以备形成各种二维或者三维的图像。Mbprocess工具正是实现了这一功能。通过这样一个命令，mbsystem就会利用原始数据，结合野点剔除、声线修正、纵横摇修正、航向修正、潮位修正等等一系列修正参数，形成一个新的数据文件。
对新的数据文件，执行mbm-grd命令。这是一个脚本程序，它将会产生两个批处理文件，用于生成网格化好的二维数据图像，生成的图像如图3所示：
上述的批处理完成后，将生成一个扩展名为.grd的文件，它保存着网格化好的数据，我们可以利用mbm_grd3plot工具对这个数据进行三维成图。根据不同的参数，mbm_grd3dplot工具可以绘制三维的彩色图和mesh图，分别如图4、图5所示：
三、结论
本文研究了基于Linux系统和mb软件包进行多波束测深数据的处理与成图问题，较详细地介绍了mb-system软件的组成和使用方法，并使用此软件对七一五所自行研制的多波束测深系统工程样机的湖试数据进行了分析和处理，得到了不错的结果，不仅验证了mb-system的强大功能，而且也证明了实验数据的有效性与正确性。相信mb-system对促进多波束数据处理与成图技术研究院有重要的作用。
参考文献：
【1】Paul Wessel，Walter H.F.Smith The generic Mapping Tools GMT【EB/OL】，Version 4.October 2004
【2】Generic sensor format specification .Version 2.02 SAIC doc 98215g[S] 20 june,2003
[3]Val Schmidt,Dale Chayes,Dave Caress.The MB-System cookbook[EB/OL]，2003,9,8
【4】David W Caress，Dale N Chays.Improved Processing of Hydrosweep DS Multibeam Data On the R/V Maurice Ewing[J].Marine Geophysical Research,1996,18,P631-650
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