《Data》：A Seafloor Dataset for Bahía Almirante, Panama: Single-Beam Echosounder Depth, Acoustic Bottom Indices, and Ground-Truthing
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摘要：源自声学测量的海床制图数据在许多沿海系统中仍然稀缺，包括巴拿马Bocas del Toro的Bahía Almirante等活跃生态研究区域。研究人员提供了该区域首个公开可获取的声呐与地面实况海床数据集。声呐数据于2019年6月至2022年4月期间，使用
摘要：源自声学测量的海床制图数据在许多沿海系统中仍然稀缺，包括巴拿马Bocas del Toro的Bahía Almirante等活跃生态研究区域。研究人员提供了该区域首个公开可获取的声呐与地面实况海床数据集。声呐数据于2019年6月至2022年4月期间，使用商用Humminbird HELIX 10 CHIRP单波束测深仪（single-beam echosounder, SBES）采集，提供了水深（water depth）和两个与海床粗糙度（seafloor roughness）和硬度（hardness）相关的相对声学底质指数（E1和E2）。测量线以约800 m的间距覆盖海湾，在地形起伏较大区域加密至约400 m，在连接海湾与外海的通道内加密至约200 m。地面实况数据于2021年10月至2023年7月采集，共90个站点，遵循标准化、基于决策的野外流程，包括站点级声呐数据和定性底质评估（90个站点）、照片方框影像（photoquadrat imagery，58个站点），以及在底质和实地条件允许情况下的沉积物粒度分析（19个站点）。所有数据均以标准、可直接分析的格式提供，并附有完整文档，以促进数据重用，并支持Bocas del Toro群岛持续的海洋学、生态学、地质学和海岸管理研究。数据集：https://doi.org/10.60635/C3N330（访问日期：2026年10月14日）。数据集许可：https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。
**巴拿马Bahía Almirante海床数据集：首个开放声呐与地面实况基准**
**一、研究背景与科学意义**
巴拿马Bocas del Toro群岛中的Bahía Almirante是加勒比海南部一个半封闭的浅水潟湖，面积约446 km
2，拥有丰富的生物多样性、多样的海洋生态系统（海草床、珊瑚礁、红树林）和独特的群岛地理格局，是该国科研活动最密集、访问频率最高的地区之一。然而，尽管经过数十年的研究和多年管理，Bahía Almirante一直缺乏公开可用的基线海床制图数据，尤其是基础水深（bathymetry）和由声学测量导出的海床特性数据。当前可用的最新、最高质量水深数据来自英国水文局的历史海图（基于1982–1990年美、哥政府测量数据）和巴拿马国家地理研究所基于美国海军1979年前测量数据绘制的海图，这些历史数据迫使区域海洋学与古海洋学研究只能依赖GEBCO（General Bathymetric Chart of the Oceans）粗分辨率网格（30弧秒约926 m，后提升至15弧秒约463 m）或对历史海图的手动数字化。对GEBCO_2026 Type Identifier（TID）层分析显示，该区域海洋面积中仅有不到2%被归类为光学传感器测深（TID 16），其余均属卫星重力插值或纯卫星重力预测，说明该区域水深数据本质上以卫星反演为主，在厚沉积物覆盖区可靠性有限。GMRT（Global Multi-Resolution Topography）合成数据中同样未包含该区域的船载多波束数据。这一数据空白严重制约了海洋学、生态学、地质学及海岸管理研究。为填补该空白，研究人员发布了Bahía Almirante首个可公开访问的声呐与地面实况海床数据集，为后续研究提供基线参考。
**二、研究内容与数据集构成**
研究人员使用商用低成本Humminbird HELIX 10 CHIRP单波束测深仪（SBES），于2019年6月至2022年4月（因新冠疫情中断约7个月）采集了声呐数据，提供水深和两个相对声学底质指数（E1和E2，分别与海床粗糙度和硬度相关）。测量线以约800 m间距覆盖海湾，在bathymetric relief较大区域加密至约400 m，在连接外海的通道内加密至约200 m。全部原始声呐数据包含215条航线共1,508,128个测深点，其中199条位于海湾内的航线经处理后保留1,382,019个经过离群值剔除和潮汐校正的测深点，最大记录深度达34 m，超过文献此前报道的30 m最大深度。地面实况数据于2021年10月至2023年7月采集自90个站点，遵循标准化、基于决策的野外流程，具体包括：全部90个站点的站点级声呐数据与定性底质评估、58个站点的照片方框影像（photoquadrat imagery）、19个站点的沉积物粒度分析。所有数据均以标准、可直接分析格式（CSV、shapefile、GeoTIFF、JPEG等）提供，并附完整元数据和文档，便于跨学科复用。
**三、关键技术与方法**
研究采用的主要关键技术方法包括：（1）单波束声呐数据采集：使用Humminbird HELIX 10 CHIRP（200 kHz，20°波束角，1 Hz记录频率，航速2.5–4.5节，内置GPS定位）；（2）声呐数据处理：在ReefMaster v2.0中进行人工逐航线质量控制，剔除零值、物理上不合理值及相对相邻测点突变值（共4084个测点，占湾内测点0.3%），随后利用STRI（Smithsonian Tropical Research Institute）物理监测项目验潮站数据，对2019–2020年测量采用UTide（Unified Tidal Analysis and Prediction Functions）预测潮位，对2022年测量采用实测水位，在MATLAB R2021a中线性插值到各测点时间戳进行潮汐校正；（3）地面实况站点选择：基于处理后的trackline声呐数据，用MATLAB脚本随机采样方法筛选，以提供广泛空间覆盖并代表E1–E2组合对比，后经野外可及性与采样可行性调整；（4）照片方框影像：使用GoPro Hero 4（中视野设置）安装于1×1 m方框框架上，距底1.40 m，每站从船艏、艉、左舷、右舷采集4张图像，在PhotoQuad v1.4中用5×5网格（25点）点计数法量化底质组成，分为海草、硬珊瑚、软珊瑚、死珊瑚、海绵、大型藻类、未定殖硬底（UHB）和沉积物八类，必要时用Dive+应用进行色彩校正；（5）沉积物粒度分析：在19个站点采集表层沉积物（Ponar抓斗或潜水手取），样品分3个重复子样品，70 °C烘干后经2 mm、1 mm、500 μm、125 μm、63 μm筛干筛，按Wentworth粒级标准计算砾石、砂、泥百分比，并按Folk分类法确定沉积物质地类型，随后将各粒级合并后在520 °C燃烧5 h测定烧失量（loss on ignition, LOI）以估算有机质含量；仅含泥样品不进行干筛，采用触觉评估在野外定性分类。
**四、研究结果**
**4.1 数据描述**
（1）Trackline声呐数据：原始数据以Humminbird专有格式保存，并提供GIS可用的点shapefile、GPS交换文件、Google Earth文件和CSV表格数据，包含坐标、水深、E1、E2、PeakSV（峰值海底声学回波强度）、时间戳和航线标识符。处理后的数据为推荐分析起点，包含离群值去除和潮汐校正后的水深，提供CSV和shapefile格式，以及50 m网格的GeoTIFF格式bathymetry网格。深度分布核密度估计（高斯核，带宽0.16 m）显示最大记录深度34 m。（2）地面实况数据：数据分为照片方框影像（58个站点，每站4张，含原始图和色彩校正版，以及点计数底质注释）、沉积物数据（19个站点，含原始筛重和烧失量测量、导出的粒级百分组成和基于Wentworth及Folk分类的沉积物质地类型）、站点级声呐数据（全部90个站点，含单ping级数据和站点平均水深、E1、E2），此外站点元数据文件汇总了全部90个站点的坐标、时间戳、声呐导出平均值、数据可用性标志、定性底质评估和沉积物分类。
**4.2 技术验证**
声呐数据质量保证包括在ReefMaster中进行人工离群值去除和使用STRI物理监测项目海平面测量进行潮汐校正。测深仪设置为海水模式以匹配海湾条件。由于Humminbird HELIX 10 CHIRP不支持用户自定义声速输入，且未部署外部声速剖面仪，在温暖浅水热带沿海水域（声速通常超过1520 m/s）中，测深误差预计在几十厘米量级。研究人员未进行正式交叉点误差分析、bar check或与历史海图测深的独立比较，因此水深数据的绝对精度尚未独立确定，数据旨在提供区域bathymetry基线，不适用于导航或工程应用。声呐与地面实况数据的内部一致性通过比较全部90个站点的站点级声呐声学指数、定性底质评估、粒度分析（19个站点）和照片方框导出的底质覆盖（58个站点）来评估，按E2递增排序后显示三组独立地面实况数据流整体上底质特征描述一致：泥质站点E2值最低（中位数11，其他所有站点为73），而较硬、较粗或具生物结构的底质E2值通常较高。在58个照片方框站点的平均水深、平均E1和平均E2之间关系中，E1和E2强相关（Pearson r = 0.95），与二者同源于同一信号的第一次和第二次回波一致。不同优势底质类别的站点在E1和E2上重叠较大，反映许多站点底质混合的特征，该比较属视觉探索性分析，未使用统计模型从E1和E2分类底质。E1和E2不能完全捕捉声学回波的全部信息，进一步分析回波形状参数可能改善底质判别。
**五、讨论与结论**
该数据集提供了Bahía Almirante首个公开可获取的声学和地面实况海床测量数据，为Bocas del Toro群岛未来的海洋学、生态学、地质学和古海洋学研究以及海岸管理和栖息地制图提供了基线参考。调查设计优先考虑在低成本SBES可行规模内实现广泛空间覆盖，是未来向更全面海床表征迈进的起点。数据以标准、可直接分析格式开放发布，便于跨学科复用。用户使用建议：从站点元数据文件（sites_metadata.csv）入手可高效浏览全部地面实况数据；分析trackline声呐数据推荐使用处理后的CSV文件（processed_data_1.csv和processed_data_2.csv，含潮汐校正水深）；所有文件可通过站点标识符（Site_ID，格式S01–S90）和航线标识符（Sonar_track_ID，格式R00002）关联；E1、E2和PeakSV中无效或缺失值在原始文件中标记为?1，在处理文件中为?9999，分析时应先过滤；6个站点的沉积物样品采集于后续访问，海床条件可能随时间变化，比较时应考虑此时间差。数据集限制包括：50 m网格仅用于可视化，不代表调查分辨率；水深数据绝对精度未经独立验证；E1和E2是依赖于水深和采集设置的相对指数；声学指数与底质类型的对应关系属探索性结论。研究结论：该海床数据集成功填补了Bahía Almirante公开海床数据空白，提供了一个以低成本SBES在区域尺度上获取的、包含水深和声学底质指数的基线数据集，并通过多维度地面实况数据支持底质解译，为后续更综合的海床表征研究和长期监测奠定了数据基础。
