[發明專利]一種基于聲吶電磁協同探測技術的海洋沉潛油檢測系統及方法

有效

• 申請號: 201510401359.4
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN104991288B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 李穎;侯永超;周志民;劉瑀
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 楊威,李洪福

技術領域

本發明屬于海洋環境檢測技術領域，具體的說是涉及一種運用聲吶與電磁結合探測技術，實現海洋沉潛油檢測的系統及方法。

背景技術

近年來，隨著全球經濟的發展，通過海上運輸的原油量急劇增加，相應的油輪事故造成原油泄漏事件頻頻發生，并且岸邊儲油罐、海上輸油管道和油井溢油事件也時有發生。當溢油經過風化和海水運動等多重作用，部分溢油發生沉潛，形成沉潛油。沉潛油有沉降到海底的沉底油，也有懸浮在海水中的懸浮油。由于沉潛油難以發現，風化速度非常緩慢，對海洋生態環境造成長期影響，而且沉潛油會隨著水溫、水流等條件的變化反復上浮，形成對岸線的多次污染，極大的影響海洋水產業、旅游業的正常作業，嚴重制約經濟發展。

目前國際上對于沉潛油的探測主要有：現場采樣、光學探測、聲納探測、激光熒光、熒光偏振等方法。其中，現場采樣、物理和化學采樣可獲取溢油信息，誤判率低，但是受限于海況，且對沉潛油的采樣也有一定局限性；水下光學探測方法的誤判率低，但其在海水中觀測范圍小；激光熒光和熒光偏振可獲取溢油信息，但對于沉潛油的檢測技術還不是很成熟，也易于受到海水渾濁度的影響。綜上，現有針對沉潛油的探測技術，還不能滿足海洋大范圍精確探測，并且現有的一些方法耗費人力物力嚴重。所以探索一種可實現大范圍且低成本的探測技術就顯得十分必要。

發明內容

鑒于已有技術存在的缺陷，本發明的目的是要提供一種基于聲吶電磁協同探測技術的海洋沉潛油檢測系統，其能夠較為準確地探測海洋中的沉潛油，而且具有探測范圍廣，成本低等特點；同時其可為海洋沉潛油清理、加強海洋污染監測執法力度，提供了強有力的信息支持和可靠保障。

為了實現上述目的，本發明的技術方案：

一種基于聲吶電磁協同探測技術的海洋沉潛油檢測系統，其特征在于：

包括聲吶電磁波發射單元、聲吶電磁波接收單元、信號采集單元、數據分析單元、控制單元以及顯示單元；

其中，所述聲吶電磁波發射單元連接所述控制單元，其用于向待探測區域發射聲吶信號以及電磁波信號；

所述聲吶電磁波接收單元連接所述信號采集單元；其用于接收待探測區域返回的聲吶信號以及電磁波信號；

所述信號采集單元連接數據分析單元，其用于對接收到的聲吶信號和電磁波信號進行信號預處理；

所述數據分析單元連接所述控制單元，所述數據分析單元用于實時將經預處理后的聲吶信號和電磁波信號進行分析處理獲得對應的沉潛油探測信息后，與預設的沉潛油探測信息基準數據庫進行比對判斷當前待探測區域是否存在沉潛油；其中，該數據分析單元包含有用于沉潛油探測信息分析處理的聲學和電磁學協同探測的耦合關系模型，并基于所述耦合關系模型建立沉潛油探測信息基準數據庫；

所述控制單元連接所述顯示單元，為整個裝置的控制中心，在所述數據分析單元獲得沉潛油探測信息后，將該沉潛油探測信息實時發送至所述顯示單元進行顯示，以便于所述顯示單元形成對應的沉潛油的地理分布情況信息。

進一步的，所述的聲吶電磁波發射單元包括聲吶發射裝置以及電磁波發射裝置；所述聲吶發射裝置采用側掃聲吶發射或多波束聲吶發射，所述電磁波發射裝置為微波發射裝置。

進一步的，數據分析單元用于將接收到的聲吶和電磁波信息進行處理分析，根據沉潛油和海水的聲衰減、聲阻抗、電導率等參數信息的不同，從中分析獲得沉潛油探測信息；該數據分析單元設計原理：由于海水的電導率較大，對電磁波有屏蔽作用，并且電磁波的頻率越高衰減的越快，所以單純采用的微波波段的電磁波在海水中的探測距離有限。而聲波在海水中的傳播距離較遠，探測范圍廣，但是聲吶探測難以區分水下沉潛油與水下植物的反射聲波信息，對于軟的、平滑的、凹陷的海底回波信號較弱，探測精度不高。所以本系統設計建立聲吶電磁協同探測模型，首先使用聲吶探測對大范圍的區域進行沉潛油探測，發現沉潛油存在的大致區域后，將載有聲吶電磁探測裝置的船舶靠近該區域，達到電磁波可探測的距離后，進行電磁波探測，進一步探測沉潛油的存在。

具體的，所述數據分析單元包括預裝有聲學和電磁學協同探測的耦合關系模型，將經預處理后的聲吶信號和電磁波信號按照所述耦合關系模型進行數據提取并獲得對應的沉潛油探測信息的數據提取模塊以及與所述數據提取模塊連接，接收數據提取模塊獲得的沉潛油探測信息后與內部預設的沉潛油探測信息基準數據庫進行比較分析，判斷當前待探測區域是否存在沉潛油的比較分析模塊。

優選的，所述聲學和電磁學協同探測的耦合關系模型包括聲吶探測模型以及電磁探測模型：

所述的聲吶探測模型包括：