张俊明+戴秀杰+李兵
摘 要：文章通过定义一种多波束数据格式——MBF数据格式，并利用MFC进行程序设计，编程实现将多种多波束数据格式转换为MBF格式，避免利用多种数据格式进行数据处理带来的不便。
关键词：多波束；MBF数据格式；数据格式转换；转换软件
1 概述
多波束测深系统是一种具有高精度、高效率和高分辨率等优点的海底地形测量新技术[1]。目前使用的多波束测深系统大都采用国外较为成熟的产品，由于多波束测深系统的种类繁多，如ELAC公司的Seabeam系列、SIMRAD公司的EM系列等均有广泛应用，其输出的数据格式也不同，而且与之对应的数据采集及数据处理的第三方处理软件多种多样。为了便于多波束的数据处理，统一数据格式是一项很重要的工作。
2 多波束数据格式
多波束数据的格式种类繁多，如UNB、GSF、ALL、XTF、RDF等。下面对这几种常用的多波束数据格式作简要介绍。
2.1 UNB数据格式
UNB（University of New Brunswick）数据格式是加拿大New Brunswick大学设计的一种多波束数据外部交换格式，该格式可以提供较为完整的原始采集数据信息用于多波束的数据处理。UNB数据格式文件的设计基本包含了所有关于海底测深的所有相关信息，如时间、经纬度、声速剖面、船的参数等[5]。
2.2 GSF数据格式
GSF（Generic Sensor Format）数据格式是按照通用数据格式制定的一种数据交换格式，这种格式标准着重于多波束数据，同时也包含单波束数据。该格式可以存储不同格式的多波束数据，以及在此基础上进行扩展等。
2.3 ALL数据格式
ALL数据格式是SIMRAD公司的EM系列的多波束测深系统采用的数据存储格式，由于EM系列多波束测深系统占有的市场份额较大，ALL数据格式的应用也很广泛。ALL格式数据可以根据需要改变数据包的大小，数据文件中记录的信息也很全面，如导航信息、测深、海底振幅数据记录、船姿记录等[2，4]。
2.4 XTF数据格式
XTF （eXtended Triton Format）数据格式也是一种常用的多波束数据格式，该格式数据包含许多不同类型的声纳、导航、遥测和水深信息，并且在将来需要添加新的数据类型时，很容易对该数据格式进行扩展。
2.5 RDF数据格式
RDF（Raw Data File）数据格式是GeoSwath系统采集的原始数据格式，以二进制方式编码。RDF文件由一个288字节的文件头和一些Ping字段组成。文件头中包含数据采集的基本信息，Ping数据字段存储各传感器采集的数据和原始字符串等信息。
3 MBF数据格式
为了统一多波束数据格式，便于后续数据处理工作，文章定义了一种新的多波束数据格式——MBF（Multibeam Data Standard Format）格式。
3.1 MBF数据集结构
一个完整的MBF数据集包含如下文件：传送头文件，在一个给定的事务中描述哪些数据在被传输和如何能处理它们；元数据文件，描述内容和给定采集数据的原始状态；数据文件，包含数据本身的文件。
3.2 MBF数据文件
3.2.1 MBF记录结构
每条记录的第一个字包含定义记录的数据部分大小的一个32位无符号的整数。第二个字是记录标识符字段，由一个校验和标志、一个保留的字段和一个记录识别字段组成。MBF记录结构如图 1所示。
3.2.2 MBF记录类型
该格式支持单波束和多波束测深数据，记录类型包括：
（1）数据头记录（header record）
数据头记录包含记录有MBF数据文件格式版本号的单个文本字段。
（2）测深ping记录（bathymetry ping record）
ping记录包括强制性ping头和一个或多个可选子记录。
（3）包含单波束数据的单波束测深记录（single-beam sounding record）
单波束测深记录的基础是测深ping记录。
（4）摘要记录（summary record）
摘要记录包含存储在文件中的数据的时间和空间提要。
（5）声速剖面记录（sound velocity profile record）
声速剖面记录包含用于估算个别测深定位的声速值。
（6）导航误差记录（navigation error record）
导航误差记录包含对水平位置误差的评估。
（7）姿态记录（attitude record）
姿态记录包含一个由船舶姿态传感器报告的测量数组。
（8）处理参数记录（processing parameter record）
处理参数记录包含重要的标量或描述整体调查条件的向量值或可操作的值。
（9）传感器参数记录（sensor parameter record）
典型的传感器参数包括传感器的模式、传感器偏移定位和船的吃水补偿值。
（10）注释记录（comment record）
注释记录用来维护那些其他记录不能容纳的信息。
（11）历史记录（history record）
历史记录旨在应用于数据，支持自动文档的处理。
4 多波束数据格式转换软件
文章基于MFC开发多波束数据格式转换软件，主界面如图2所示。本软件支持多种格式的多波束测深数据转换，分别对不同的多波束数据格式进行解析，提取相应信息另存为MBF数据格式。软件运行状态信息显示在错误信息栏。
文章通过对几组实测数据进行测试，结果如下：
（1）GSF数据格式（如图3）
（2）UNB数据格式（如图4）
（3）RDF数据格式（如图5）
（4）ALL数据格式（如图6）
通过以上结果可以看出，各格式的多波束数据均能准确解析，显示出各数据文件中的相关，同时转换为MBF格式。
5 结束语
由于多波束的仪器众多，而不同仪器对应的多波束数据文件格式也不同，在后续数据处理时必须由相对应的配套软件进行数据解析，无形中增加了数据处理的工作量。文章旨在通过定义一种数据格式将多源数据进行融合，同时开发数据格式转换工具，将多格式的多波束数据转换为统一的数据格式，以便于进行后续多波束数据处理工作。
参考文献
[1]高金耀，方银霞，徐赛英.原始多波束数据的格式转换与统一[J].海洋通报，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]王胜平，卢凯乐.多波束测试XTF格式解析及编码程序研制[J].东华理工大学学报：自然科学版，2015，38（4）：443-448.
[5]王崇明，王泽民，等.UNB多波束数据格式解析[J].测绘信息与工程，2008，33（3）：13-14.
