[发明专利]河道水下根石非接触式水下探测方法

权利要求书

1.一种河道水下根石非接触式水下探测方法，其特征在于，首先进行地面测量及断面定位，包括基站架设和测量断面控制点；确定探测方式，根据河道的环境条件确定探测方式，选择沿根石探测断面探测或是采用绕坝探测方式；安装探测仪器设备，包括探测仪与GPS的连接与导航仪与GPS的连接；水下根石探测，采用GPS导航指示下进行水下根石探测；数据资料处理与分析，计算缺石面积、缺石量；输出根石探测成果图及探测成果表。

2.根据权利要求1所述的河道水下根石非接触式水下探测方法，其特征在于，由以下步骤实现：

一、首先进行地面测量及断面定位：

（1）基站架设：在测区内，选择标志物作为基点，架设GPS固定站，测区内所有探测断面的控制点都在GPS固定站电台通讯覆盖10km距离范围内；

（2）测量断面控制点：用GPS移动站测量各断面的控制点，获得各控制点的坐标和高程、坝顶部边缘点、根石台内侧点和外侧点，以及水面与根石的交点；

二、根据河道的环境条件确定探测方式：

当水流平衡的坝垛采用沿根石探测断面探测模式，由于探测断面与计划探测断面并不一定完全一致，应保证两者最大距离不超过1m；

当水流的流态复杂、流速快的坝垛，沿根石探测断面探测行船有困难时，采用绕坝探测模式；

探测中，探测船在预定探测水域内连续移动，浅地层剖面仪同步记录测深点和GPS平面坐标，对多道坝同时探测，陆地上连续测量多道坝的探测断面控制点；

三、将浅地层剖面仪安装在探测船上，与GPS连接采用专用的数据连接线，数据线有两个输出接头，一个连接浅地层剖面仪，另一个连接导航仪，先按GPS测量设定好GPS参数，输出gpgga格式，然后再将数据连接线与浅地层剖面仪的COM1口连接，浅地层剖面仪采集界面显示经纬度坐标，探测船体移动时，坐标数据实时变化，界面显示轨迹位置；

四、水下根石探测：在水深大于0.5m 的水域进行探测，探测船沿根石探测导航仪断面线控制浅地层剖面仪的探头运动，同时记录数据；当探测航迹偏离测线2m以上，要重复探测，直到满足要求；探测采用陆地指挥下的水下根石探测，或采用GPS导航指示下的水下根石探测；

五、数据资料处理与分析，由计算机采用水上根石探测处理软件对数据进行处理分析：

A. 数据处理方法：野外原始数据文件存放在GPS手簿和浅地层剖面仪内，将这些文件拷贝到计算机上，在数据处理软件中打开根石探测的原始数据文件，以波形图或影像显示探测界面图，根据所提供的已知坐标高程点进行计算绘制航迹图，并在航迹图中绘出测线，再根据测线起始位置截取航迹中的测线数据，显示测线段的探测剖面，在剖面图中追踪探测目标界面，并计算出断面的缺石面积，将追踪好的目标数据形成成果标数据文件，当一个工程所有的断面都处理完毕后，统计输出根石探测情况统计表，包括断面缺石面积、坝垛及整个工程的缺石量，通过成图软件绘制出根石探测成果断面图；

B、判定反射界面，方法是：

根据行波理论，只有当声波遇到强波阻抗差异界面时，才会发生反射，河水中的含沙量是从表层到底层渐变，因此，声波在河水中传播时不会有明显的反射界面出现，当遇到水与泥沙界面、水与根石界面、泥沙与根石界面时就会发生反射：

1）水与泥沙界面比较光滑，介质比较均匀，泥沙中一般无其它介质，所以为强反射界面，在波形图上表现为，反射波起跳后延续时间短，初至形成连续光滑的界面；

2）水与根石界面或泥沙与根石界面中根石为块状，其界面不平整，根石中的缝隙还填充着水或泥沙，声波有一部分透过，在波形图上的表现为反射波起跳后延续时间长，初至形成的界面不光滑；

C、原始资料评价：

探测的原始数据反射界面，即水底与根石界面，或水底与泥沙界面，或泥沙与根石界面清晰可见，每个测区重复检测的误差小于10cm；

D、根据轨迹图追踪界面，轨迹图由导航软件生成；

E、缺石面积及缺石量的计算，缺石面积及缺石量均由数据处理软件计算：

缺石面积的计算：采用数学积分方法来实现，因为数据点是已经离散的数据，所以积分时不需要再作离散，追踪到的根石数据每两点与固定坡度围成一个梯形小面积，按照几何图形面积的计算方法计算出每个梯形小面积，然后再将所有的小面积相加即可得到需要的缺石面积；

缺石量计算：对于给定的坝、垛或护岸，其断面缺石面积之和与断面个数加2后的商，再乘以该坝、垛或护岸的裹护长度得到的值即为缺石量；

F、深度及高程校正：

深度校正：探测前通过试验选取适当的浑水层波速和淤泥层波速，经过时深转换进行深度校正；

高程校正：GPS与探头的距离、基准点高程与GPS测量高程差，进行高程校正；

六、输出包括输出根石探测成果图及探测成果表：

（1）输出根石探测成果断面图，追踪各个目标层位的反射走时，选取适当的层速度，进行时深转换，通过高程校正和偏移校正，按比例绘制根石探测断面图，该图件用于河道根石变化和沉积情况，分析水下覆盖层厚度变化和根石深度与分层情况；

（2）输出根石探测结果统计分析表，一个工程的数据处理完后，可以统计分析出该工程某个最大根石深度区间中断面个数和占总断面的百分数，或某个坡比区间的断面个数和占总断面的百分数；

（3）工程根石探测成果表，一个工程的数据处理完后，统计分析出该工程所有探测坝垛的断面编号，最大根石深度，探测断面进度范围，计算出坡度比在1:1.0，1:1.3，1:1.5时缺石面积和缺石量，得出每坡度比较下工程的总缺石量。