TECHNOLOGY APPLICATION | 後术应用
I
Se aB e am 系列多波束测深数据X S E 格式解析 徐泽
(广州海洋地质调查局，广东广州510000)
摘要：S e a B e a m 系列多波束测深系统采集的原始数据为二进制格式存储，不利于原始观测数据的解读以及在此基础上对测深数 据后处理软件的开发工作。文章研究了 S e a B e a m 系列多波束測深原始数据X S E 格式的定义，基于C #语言编写了数据解析程序， 实现了X S E 格式数据的解析工作，为下一步多波束测深数据后处理软件的开发工作奠定了基础。关键词：多波束測深：X S E 格式数据：教据解析；C #语言 文献标识码:A
中图分类号:P 229
文章编号：2096-4137 (2021) -06-115-03
D O I ： 10.13535/j ki . 10-1507/n .2021.06.55
XSE format analysis of SeaBeam multi-beam bathymetry data
X U Z e
(Guangzhou Marine Geological Survey, Guangzhou 510000, China)
Abstract : T h e original data collected b y the S e a B e a m multi-beam sounding system is stored in binary format , w h i c h is not conducive to the interpretation of the original observation data and the development of the post-processing software for the sounding data on this basis . This article studies the definition of the X S E format of the original data of the S e a B e a m multi-beam soundings , a nd writes a data analysis p r o gram based o n the C
# language to realize the analysis of the X S E format data , w h i c h lays the foundation for the development
of the next step of the multi-beam sounding data post-processing software basis .K e y w o r d s : multi-beam bathymetry ; X S E format data ; data analysis ; C
# language 多波束测深系统是70年代兴起、80年代中末期得到飞 速发展的一项全新的海底地形精密勘测设备。50多年来，伴随着高性能计算机技术、高分辨率显示技术、高精度导航 定位技术和各种数字化传感器的迅速发展，代表海洋地形地 貌勘测最新水平的多波束勘测技术不断变革，获得了极大的 发展，
各种新型的的多波束测深系统不断研制出来，并向着 小型化、多性能、高精度、高集成的方向发展。
目前，多波束测深系统种类繁多，以国外设备为主，主 要有 Elalc Nautik 公司的 S e a B e a m 系列、K o n gsberg Simrad 公司的E M 系列、R e s o n 公司的S e a B a t 系列等。国内多波 束测深系统的研发起步较晚，主要以浅水多波束测深系统为 主，深水多波束测深系统尚不成熟。在多波束测深数据采集 处理方面，不同型号的多波束测深系统采集的原始数据存 储格式不同，数据处理软件多样，又以商业软件为主。为 了自主处理多波束测深数据，国内己有学者对加拿大N e w
B r u n s w i c k 大学设计的多波束数据存储格式U N B
、E M 系列
多波束数据存储格式A L L 以及Triton 公司文件格式X T F 进 行了解析。S e a B e a m 系列多波束测深数据存储格式X S E 尚 未解析，为便于进一步开展多波束测深数据后处理软件开发 工作，本文首先简要介绍了 X S E 格式数据的定义，然后基 于C #语言编写数据解析程序，实现了 X S E 格式数据的解析。
1 X S E 格式数据
X S E
格式数据文件以二进制编码方式存储，包含导航
数据块结构记录、声速数据块结构记录、潮位数据块结构记 录、船参数数据块结构记录、侧扫数据块结构记录、测深数 据块结构记录等。其中，每个数据块结构记录又内嵌多个数 据组记录，如图1所示。
图1 X S E 数据格式结构记录
每个数据块结构的头文件包含相同字段，记录顺序为数 据块起始标识符、数据块字节大小、数据块I D 、数据块来 源、数据块日期时间字段，头文件记录之后为不同的数据组 记录，最后以一个数据块结束标识符结束数据块的记录，格 式如表1所示。每个数据组的头文件包含相同字段，记录顺 序为数据组起始标识符、数据组字节大小、数据组I D 字段， 头文件记录之后为数据组的内容，最后以一个数据组结束标 识符结束数据组的记录，格式如表2所示。
S e a B e a m 系列不同型号的多波束测深系统记录的数据
组类型和个数有所差异。以S e a B e a m 30x x 系列的设备为例， 导航数据块结构记录包括位置数据组、艏向数据组、精度数 据组、姿态数据组、G P S 高数据组等，记录了测量船的实 时位置和姿态等信息，表3给出了导航数据块内位置数据组 的结构定义。
2021年第6期 •中国高新科技
115
表1数据块结构定义
字段字节
大小
数据
类型
值单位注释
Start4ulong$HSF N/A数据块起始标识符Byte Count4ulong N/A数据块字节大小Id4ulong N/A N/A数据块ID Source4ulong N/A N/A数据块来源Seconds4ulong N/A数据块日期Micro4ulong N/A微妙
数据组End4ulong#HSF N/A数据块结束标识符
表2数据组结构定义
字段字节
夫小
数据
类型
值单位注释
Start4ulong$HSG N/A数据组起始标识符Byte Count4ulong N/A数据组字节大小Id4ulong N/A N/A数据组ID
数据组内容End4ulong#HSG N/A数据组结束标识符
表3 位置数据组结构定义
字段字节
大小
数据
类型
值单位注释
Start Count4ulong$HSG N/A数据组起始标识符Byte Count4ulong32+N bytes数据组字节大小Id4ulong2N/A数据组ID
N4ulong N/A字符串长度Description N char chars坐标系统X8double经度
Y8double纬度
Z8double m高程
End4ulong#HSG N/A数据组结束标识符
声速数据块结构记录包括深度数据组、声速数据组、表 层声速数据组等，潮位数据块结构记录包括位置数据组、时 间数据组、潮位数据组，船参数数据块结构记录包括常规数 据组、传感器数据组、换能器数据组等，其具体结构定义可 参考Elalc N a u t i k公司的官方文档。
测深数据块结构记录包括常规数据组、波束旅行时数据 组、质量因子数据组、振幅数据组、横向距数据组、纵向距 数据组、水深数据组、波束入射角数据组、水深门限数据组 等，结合声速数据块结构中的声速数据，可实时求出每个波 束的坐标（相对于船体坐标系），表4给出了水深数据组的 结构定义。
2基于C#语言的XSE格式测深数据解析
C#语言是一种简单、现代、面向对象、类型安全、派 生于C和C++的编程语言，本文运用C#语言编写X S E格 式测深数据的解析程序。X S E格式数据在内存中以大端模 式存储，即二进制中数据的高位字节放到内存的低地址端，
表4 水深数据组结构定义
字段
字节
大小
数据
类型
值单位注释Strat4ulong SHSG N/A数据组起始标识符Byte
Count
4ulong8+8*N bytes数据组字节大小Id4ulong9N/A数据组ID
N4ulong N/A波束数
Depth8*N double m换能器以下水深
End4ulong#HSG N/A数据组结束标识符
数据的低位字节放到内存的高地址端。W i n d o w s x86平台以 小端模式存储，解码程序基于W i n d o w s x86平台。因此，对 于多字节数据类型（除字符串类外），数据解码时需要对高 低位字节进行交换，转成小端模式。
根据X S E格式数据的定义，数据块内不同的数据组在 C#语言中可定义为不同的结构体类型。在C#编程时，首先进行初始化工作（定义变量、泛型、结构体及函数声明等），然后建立二进制阅读器BinaryReader，根据数据类型读取相 应的字节大小，并且二进制位数按读取字节数依次增加，并对多字节数据类型（除字符串类外）进行高低位的字节交换。
在编程解码数据时，先读取数据块的头文件信息，数据 块的开始标识符必须等于$H S F，然后判断数据块结构的类 型，并读取数据块内相对应的数据组。由于一个数据块内嵌 多个数据组，在读取数据组时，先读取数据组的头文件信息，数据组的开始标识符必须等于！E H S G，然后判断数据组的类 型，
并读取数据组内相对应的数据，接着读取数据组的结束 标识符#H S G。因为内嵌数据组的个数未知，所以在读取完 一个数据组的结束标识符之后，再读取一个4字节无符号整 形数据，若该无符号整形数据等于数据组起始标识符，说明 该数据块内嵌数据组尚未读取完毕，需要继续读取。若该无 符号整形数据等于数据块结束标识符#H S F，说明该数据块 读取完成，可以继续读取下一个数据块结构，图2给出了测 深数据块结构的数据解析结果。
3结语
S e a B e a m系列多波束测深系统在海洋测绘领域中应用较 为广泛，其原始记录的X S E格式数据信息丰富，不仅记录 了测深数据，还记录了反向散射数据和水体数据，反向散射 数据可以应用于海底的底质分类工作，利用水体数据可以识 别水中的目标体（比如天然气水合物泄漏形成的海底羽状流、海底沉船的桅杆等）。通过对X S E格式数据的解析，提取 出原始的测深数据或其他数据类型，为下一步数据处理奠定 了基础。
基金项目：深海关键技术与装备专项“全海深载人潜水器海 试区域地形探测与选址”（项目编号：2016Y F C0300606-03)。
作者简介：徐泽（1990-)，男，广东广州人，广州海洋地
(下转第140页）
116 ♦中国高新科技2021年第6期
(上接第116页）
质调查局工程师，研究方向：海洋测绘。
SB *
UMTIBV leu-oi-n
图2
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(责任编辑：周羿廷）
140 ，中国高新科技2021年第6期
改。技改完成后调试运行正常稳定。通过统计栅渣量、格栅 间距、电机功率、安装方式、后续工段设备故障频次等格栅 的相关数据（技改后30天），与技改前格栅进行比较，判 断格栅拦污效率是否满足使用要求和长远处理能力的要求。 同时还对使用的不同类型格栅进行总结，为污水处理厂提供 一些参考。技改前后格栅数据统计数据如表1所示。
技改后的格栅已稳定运行2个月，得出以下几点经验： ①在相对稳定污水处理量前提下，格栅间距小，具备拦截直 径更小漂浮物的作用，拦截的栅渣也越多。②技改后格栅的 栅渣量大幅增加，大量垃圾被拦截在进水段，拦污效率大大 提高，流入后续工段的垃圾量减小，曝气沉砂池浮渣量、浮 渣厚度显著减小，吊泵清理漂浮物的频次减少，后续工段设 备故障频次大幅下降。曝气沉砂池池面浮渣情况如图3所示。 ③格栅性能参数的提升有助于提高设备负载能力和耐用性， 比如电机功率增大，设备负载能力提升，具备打捞大重量的 漂浮物；钢丝绳直径增大，提高了钢丝绳的磨损度和强度， 设备更耐用。④人性化的设计更方便巡检人员操作控制。技 改后的格栅操作界面升级为中文触摸屏，操作更简单，值班 人员能直观的监控设备的运行状态。⑤所技改的格栅均为国 产设备，备品备件采购较方便，维护保养流程简易，运行近 2个月未出现故障情况，在污水处理量最高峰值下，通过调 整捞渣频次，甚至连续不间断运转，格栅仍能稳定运行，具 备满足长远处理能力的要求。⑥根据来水量和垃圾量的估算， 科学合理的将时间控制与液位差控制相结合，能够使格栅处 于良好的工作状态，防止格栅运行时间少导致水量不足，以 及使用过度造成电耗增加。
同时还对使用过的不同类型格栅进行了总结：
(1)钢丝绳式格栅除污机在污水处理厂的实用性较强， 琅东污水处理厂一期工程技改后的粗格栅仍采用钢丝绳式格 栅除污机，通过实际使用也表明该结构形式的格栅能够满足 城市污水处理厂的使用需求。
(2) 弧形格栅除污机是目前琅东污水处理厂所使用的
结构最为简单的格栅，检修和维护保养方便，需要监控和更 换的零部件较少，维修成本低，但对弧形格栅条间距要求严 格，如出现变形或错位情况，极易导致耙齿机械卡阻。
(3)
网板式格栅结构新颖，其优点：①拦污效率高，
栅渣量多，后续工段浮渣量较少；②整机为密闭结构形式， 减少机器对人员的伤害。缺点：①栅渣需要大量的冲洗水清 理，目前使用自来水作为冲洗水来源，成本费用较高，可 以在后续对冲洗水进行技改，把处理后的中水作为冲洗水来 源，达到节约成本、节能增效的目标；②结构复杂，零部件 多，维护保养和检修的范围广，更换零部件难度大，现场不 具备大修条件，需要整机返厂维修，大修成本和备件采购成 本较高。
(4)
无论采取任何结构形式的格栅，日常的巡检和定
期维护保养都极其重要，及时处理故障隐患，更换严重磨损 的零部件，能进一步延长设备的使用寿命，确保使用效果达 到要求。
作者简介：黄瑜安（1983-)，男，广西南宁人，广西绿城 水务股份有限公司工程师，研究方向：机械工程、自动化、污水处理。
参考文献
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(责任编辑：周羿廷）
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