多種格式多波束數據統一轉換

摘 要：文章通過定義一種多波束數據格式——MBF數據格式，并利用MFC進行程序設計，編程實現將多種多波束數據格式轉換為MBF格式，避免利用多種數據格式進行數據處理帶來的不便。

關鍵詞：多波束；MBF數據格式；數據格式轉換；轉換軟件

1 概述

多波束測深系統是一種具有高精度、高效率和高分辨率等優點的海底地形測量新技術[1]。目前使用的多波束測深系統大都采用國外較為成熟的產品，由于多波束測深系統的種類繁多，如ELAC公司的Seabeam系列、SIMRAD公司的EM系列等均有廣泛應用，其輸出的數據格式也不同，而且與之對應的數據采集及數據處理的第三方處理軟件多種多樣。為了便于多波束的數據處理，統一數據格式是一項很重要的工作。

2 多波束數據格式

多波束數據的格式種類繁多，如UNB、GSF、ALL、XTF、RDF等。下面對這幾種常用的多波束數據格式作簡要介紹。

2.1 UNB數據格式

UNB（University of New Brunswick）數據格式是加拿大New Brunswick大學設計的一種多波束數據外部交換格式，該格式可以提供較為完整的原始采集數據信息用于多波束的數據處理。UNB數據格式文件的設計基本包含了所有關于海底測深的所有相關信息，如時間、經緯度、聲速剖面、船的參數等[5]。

2.2 GSF數據格式

GSF（Generic Sensor Format）數據格式是按照通用數據格式制定的一種數據交換格式，這種格式標準著重于多波束數據，同時也包含單波束數據。該格式可以存儲不同格式的多波束數據，以及在此基礎上進行擴展等。

2.3 ALL數據格式

ALL數據格式是SIMRAD公司的EM系列的多波束測深系統采用的數據存儲格式，由于EM系列多波束測深系統占有的市場份額較大，ALL數據格式的應用也很廣泛。ALL格式數據可以根據需要改變數據包的大小，數據文件中記錄的信息也很全面，如導航信息、測深、海底振幅數據記錄、船姿記錄等[2，4]。

2.4 XTF數據格式

XTF （eXtended Triton Format）數據格式也是一種常用的多波束數據格式，該格式數據包含許多不同類型的聲納、導航、遙測和水深信息，并且在將來需要添加新的數據類型時，很容易對該數據格式進行擴展。

2.5 RDF數據格式

RDF（Raw Data File）數據格式是GeoSwath系統采集的原始數據格式，以二進制方式編碼。RDF文件由一個288字節的文件頭和一些Ping字段組成。文件頭中包含數據采集的基本信息，Ping數據字段存儲各傳感器采集的數據和原始字符串等信息。

3 MBF數據格式

為了統一多波束數據格式，便于后續數據處理工作，文章定義了一種新的多波束數據格式——MBF（Multibeam Data Standard Format）格式。

3.1 MBF數據集結構

一個完整的MBF數據集包含如下文件：傳送頭文件，在一個給定的事務中描述哪些數據在被傳輸和如何能處理它們；元數據文件，描述內容和給定采集數據的原始狀態；數據文件，包含數據本身的文件。

3.2 MBF數據文件

3.2.1 MBF記錄結構

每條記錄的第一個字包含定義記錄的數據部分大小的一個32位無符號的整數。第二個字是記錄標識符字段，由一個校驗和標志、一個保留的字段和一個記錄識別字段組成。MBF記錄結構如圖 1所示。

3.2.2 MBF記錄類型

該格式支持單波束和多波束測深數據，記錄類型包括：

（1）數據頭記錄（header record）

數據頭記錄包含記錄有MBF數據文件格式版本號的單個文本字段。

（2）測深ping記錄（bathymetry ping record）

ping記錄包括強制性ping頭和一個或多個可選子記錄。

（3）包含單波束數據的單波束測深記錄（single-beam sounding record）

單波束測深記錄的基礎是測深ping記錄。

（4）摘要記錄（summary record）

摘要記錄包含存儲在文件中的數據的時間和空間提要。

（5）聲速剖面記錄（sound velocity profile record）

聲速剖面記錄包含用于估算個別測深定位的聲速值。

（6）導航誤差記錄（navigation error record）

導航誤差記錄包含對水平位置誤差的評估。

（7）姿態記錄（attitude record）

姿態記錄包含一個由船舶姿態傳感器報告的測量數組。

（8）處理參數記錄（processing parameter record）

處理參數記錄包含重要的標量或描述整體調查條件的向量值或可操作的值。

（9）傳感器參數記錄（sensor parameter record）

典型的傳感器參數包括傳感器的模式、傳感器偏移定位和船的吃水補償值。

（10）注釋記錄（comment record）

注釋記錄用來維護那些其他記錄不能容納的信息。

（11）歷史記錄（history record）

歷史記錄旨在應用于數據，支持自動文檔的處理。

4 多波束數據格式轉換軟件

文章基于MFC開發多波束數據格式轉換軟件，主界面如圖2所示。本軟件支持多種格式的多波束測深數據轉換，分別對不同的多波束數據格式進行解析，提取相應信息另存為MBF數據格式。軟件運行狀態信息顯示在錯誤信息欄。

文章通過對幾組實測數據進行測試，結果如下：

（1）GSF數據格式（如圖3）

（2）UNB數據格式（如圖4）

（3）RDF數據格式（如圖5）

（4）ALL數據格式（如圖6）

通過以上結果可以看出，各格式的多波束數據均能準確解析，顯示出各數據文件中的相關，同時轉換為MBF格式。

5 結束語

由于多波束的儀器眾多，而不同儀器對應的多波束數據文件格式也不同，在后續數據處理時必須由相對應的配套軟件進行數據解析，無形中增加了數據處理的工作量。文章旨在通過定義一種數據格式將多源數據進行融合，同時開發數據格式轉換工具，將多格式的多波束數據轉換為統一的數據格式，以便于進行后續多波束數據處理工作。

參考文獻

[1]高金耀，方銀霞，徐賽英.原始多波束數據的格式轉換與統一[J].海洋通報，2002，21（6）：68274.

[2]Kongsberg Simrad Operator Manual. EM series datagram formats[S/OL]. http：// http：//epic.awi.de/29970/.

[3]Triton Imaging， Inc. eXtended Triton Format （XTF） Rev.40[EB/OL].http：//www.tritonimaginginc.com/site/content/public/downloads/FileFormatInfo/ Xtf_File_Format_X40.pdf.

[4]王勝平，盧凱樂.多波束測試XTF格式解析及編碼程序研制[J].東華理工大學學報：自然科學版，2015，38（4）：443-448.

[5]王崇明，王澤民，等.UNB多波束數據格式解析[J].測繪信息與工程，2008，33（3）：13-14.