[發明專利]河道水下根石非接觸式水下探測方法

有效

• 申請號: 201410051703.7
• 申請日: 2014-02-14
• 公開（公告）號: CN103744117A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 郭玉松;謝向文;張曉予;張憲君;馬愛玉;王志勇
• 申請（專利權）人: 黃河勘測規劃設計有限公司
• 主分類號: G01V1/38
• 分類號: G01V1/38;G01S19/42
• 代理公司: 鄭州天陽專利事務所(普通合伙) 41113
• 代理人: 聶孟民

1.一種河道水下根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，首先進行地面測量及斷面定位，包括基站架設和測量斷面控制點；確定探測方式，根據河道的環境條件確定探測方式，選擇沿根石探測斷面探測或是采用繞壩探測方式；安裝探測儀器設備，包括探測儀與GPS的連接與導航儀與GPS的連接；水下根石探測，采用GPS導航指示下進行水下根石探測；數據資料處理與分析，計算缺石面積、缺石量；輸出根石探測成果圖及探測成果表。

2.根據權利要求1所述的河道水下根石非接觸式水下探測方法，其特征在于，由以下步驟實現：

一、首先進行地面測量及斷面定位：

（1）基站架設：在測區內，選擇標志物作為基點，架設GPS固定站，測區內所有探測斷面的控制點都在GPS固定站電臺通訊覆蓋10km距離范圍內；

（2）測量斷面控制點：用GPS移動站測量各斷面的控制點，獲得各控制點的坐標和高程、壩頂部邊緣點、根石臺內側點和外側點，以及水面與根石的交點；

二、根據河道的環境條件確定探測方式：

當水流平衡的壩垛采用沿根石探測斷面探測模式，由于探測斷面與計劃探測斷面并不一定完全一致，應保證兩者最大距離不超過1m；

當水流的流態復雜、流速快的壩垛，沿根石探測斷面探測行船有困難時，采用繞壩探測模式；

探測中，探測船在預定探測水域內連續移動，淺地層剖面儀同步記錄測深點和GPS平面坐標，對多道壩同時探測，陸地上連續測量多道壩的探測斷面控制點；

三、將淺地層剖面儀安裝在探測船上，與GPS連接采用專用的數據連接線，數據線有兩個輸出接頭，一個連接淺地層剖面儀，另一個連接導航儀，先按GPS測量設定好GPS參數，輸出gpgga格式，然后再將數據連接線與淺地層剖面儀的COM1口連接，淺地層剖面儀采集界面顯示經緯度坐標，探測船體移動時，坐標數據實時變化，界面顯示軌跡位置；

四、水下根石探測：在水深大于0.5m?的水域進行探測，探測船沿根石探測導航儀斷面線控制淺地層剖面儀的探頭運動，同時記錄數據；當探測航跡偏離測線2m以上，要重復探測，直到滿足要求；探測采用陸地指揮下的水下根石探測，或采用GPS導航指示下的水下根石探測；

五、數據資料處理與分析，由計算機采用水上根石探測處理軟件對數據進行處理分析：

A.?數據處理方法：野外原始數據文件存放在GPS手簿和淺地層剖面儀內，將這些文件拷貝到計算機上，在數據處理軟件中打開根石探測的原始數據文件，以波形圖或影像顯示探測界面圖，根據所提供的已知坐標高程點進行計算繪制航跡圖，并在航跡圖中繪出測線，再根據測線起始位置截取航跡中的測線數據，顯示測線段的探測剖面，在剖面圖中追蹤探測目標界面，并計算出斷面的缺石面積，將追蹤好的目標數據形成成果標數據文件，當一個工程所有的斷面都處理完畢后，統計輸出根石探測情況統計表，包括斷面缺石面積、壩垛及整個工程的缺石量，通過成圖軟件繪制出根石探測成果斷面圖；

B、判定反射界面，方法是：

根據行波理論，只有當聲波遇到強波阻抗差異界面時，才會發生反射，河水中的含沙量是從表層到底層漸變，因此，聲波在河水中傳播時不會有明顯的反射界面出現，當遇到水與泥沙界面、水與根石界面、泥沙與根石界面時就會發生反射：

1）水與泥沙界面比較光滑，介質比較均勻，泥沙中一般無其它介質，所以為強反射界面，在波形圖上表現為，反射波起跳后延續時間短，初至形成連續光滑的界面；

2）水與根石界面或泥沙與根石界面中根石為塊狀，其界面不平整，根石中的縫隙還填充著水或泥沙，聲波有一部分透過，在波形圖上的表現為反射波起跳后延續時間長，初至形成的界面不光滑；

C、原始資料評價：

探測的原始數據反射界面，即水底與根石界面，或水底與泥沙界面，或泥沙與根石界面清晰可見，每個測區重復檢測的誤差小于10cm；

D、根據軌跡圖追蹤界面，軌跡圖由導航軟件生成；

E、缺石面積及缺石量的計算，缺石面積及缺石量均由數據處理軟件計算：

缺石面積的計算：采用數學積分方法來實現，因為數據點是已經離散的數據，所以積分時不需要再作離散，追蹤到的根石數據每兩點與固定坡度圍成一個梯形小面積，按照幾何圖形面積的計算方法計算出每個梯形小面積，然后再將所有的小面積相加即可得到需要的缺石面積；

缺石量計算：對于給定的壩、垛或護岸，其斷面缺石面積之和與斷面個數加2后的商，再乘以該壩、垛或護岸的裹護長度得到的值即為缺石量；

F、深度及高程校正：

深度校正：探測前通過試驗選取適當的渾水層波速和淤泥層波速，經過時深轉換進行深度校正；

高程校正：GPS與探頭的距離、基準點高程與GPS測量高程差，進行高程校正；

六、輸出包括輸出根石探測成果圖及探測成果表：

（1）輸出根石探測成果斷面圖，追蹤各個目標層位的反射走時，選取適當的層速度，進行時深轉換，通過高程校正和偏移校正，按比例繪制根石探測斷面圖，該圖件用于河道根石變化和沉積情況，分析水下覆蓋層厚度變化和根石深度與分層情況；

（2）輸出根石探測結果統計分析表，一個工程的數據處理完后，可以統計分析出該工程某個最大根石深度區間中斷面個數和占總斷面的百分數，或某個坡比區間的斷面個數和占總斷面的百分數；

（3）工程根石探測成果表，一個工程的數據處理完后，統計分析出該工程所有探測壩垛的斷面編號，最大根石深度，探測斷面進度范圍，計算出坡度比在1:1.0，1:1.3，1:1.5時缺石面積和缺石量，得出每坡度比較下工程的總缺石量。