[發明專利]一種基于數據融合的水庫底泥密度探測方法和系統

有效

• 申請號: 201410149270.9
• 申請日: 2014-04-15
• 公開（公告）號: CN103884625B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 張雷;鄭軍;李長征;李永強;楊勇;郭巧玲;陳豪;劉英紅;康丙東
• 申請（專利權）人: 黃河水利委員會黃河水利科學研究院
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24;G01B17/02
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙)41117
• 代理人: 楊妙琴

1.一種基于數據融合的水庫底泥密度探測系統，所述系統包括取樣設備、測試設備和分析設備，其特征在于：所述取樣設備用于獲取底泥樣品；所述測試設備用于獲取底泥樣品的波速與深度的關系，密度與深度的關系、反射信號主頻與深度的關系；所述分析設備通過分析計算密度與深度、波速、反射信號主頻之間的關系，得到所述底泥樣品的密度。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述取樣設備為基于重力式活塞技術的低擾動取樣設備，包括導流裝置、觸發裝置、取樣裝置，所述取樣裝置的襯管是透明PC管，內徑為90mm、管長為10m。

3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述測試設備包括淺地層剖面儀、發射換能器、接收換能器和密度試驗儀器，所述發射換能器與所述淺地層剖面儀的發射信號參數一致。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述淺地層剖面儀的工作頻率為2-20kHz，能夠探測的水庫底泥厚度為0-100m，工作水深范圍0-500m。

5.一種基于數據融合的水庫底泥密度探測方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟二、試驗船只攜帶取樣設備在水庫選定好的測點進行低擾動取樣工作，獲取的底泥樣品保存在襯管中，將襯管密封后送回試驗室；

步驟三、所取底泥樣品深度為,將樣品分為n塊，每塊的厚度為dz,進行底泥樣品的聲學測試，得到聲波速度數據，并將波速數據擬合為深度z的函數v₁(z)，將擬合函數v₁(z)在深度z＞z₁區間進行拓展；

步驟四、上述底泥樣品通過密度試驗儀器進行密度測試，并將密度數據擬合為深度z的函數ρ₁(z)，將擬合函數在深度z＞z₁區間進行拓展；

步驟五、聲波穿透法檢測每塊底泥樣品的吸收函數：發射換能器發射線性調頻信號（LFM）s_lfm，該信號與淺地層剖面儀的發射信號參數一致，接收換能器的接收信號為（i=1～n），則底泥樣品的響應函數為fft為傅里葉變換，由于反射信號為雙程傳播，不考慮反射系數的影響，則雙程旅行的試塊響應函數為:在深度*dz處如果有反射層，不考慮反射系數影響，則反射信號頻域函數為

sreflectk=fft(slfm)·Πi=1ksdic]]>

取主頻，得到反射信號的主頻隨深度z的變化函數；

淺地層剖面儀的接收信號s_mea(t)，s_mea(t)時間長度為T_mea，將s_mea(t)進行時域加窗，T表示加窗時間長度，t₀表示時延（0＜t₀＜T_mea），取加窗信號的傅里葉變換fft()，得到主頻為f，該信號的對應深度滿足函數；

步驟六、從0增加到,如果()不滿足函數f，則深度處的泥沙密度為，縱波速度為；如果()滿足函數f，則判斷在深度處有反射層。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟二之前，還有步驟一，試驗船只攜帶淺地層剖面儀，記錄一條測線上掃描的聲波數據，根據聲波掃描數據轉換所顯示的水庫底部地形，在測線上選定相對平坦位置作為低擾動取樣工作的測點。