[发明专利]一种分离海底沉积物再悬浮过程中悬沙浓度的方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋监测技术领域，涉及一种分离悬沙浓度的方法，特别是一种分离海底沉积物再悬浮过程中悬沙浓度的方法。

背景技术

沉积物再悬浮是海洋过程中的一个普遍现象，也是淤泥质近岸海域悬沙的重要来源。在海洋动力作用下，泥沙经常处于起动、搬运、沉降、再悬浮、再搬运的不断循环动力过程中，再悬浮发生时，部分沉积物进入水体，必然导致悬沙浓度的变化，精确获得再悬浮过程中悬沙浓度变化是沉积物再悬浮研究的关键。目前研究沉积物再悬浮过程的主要方法和手段是实验室水槽试验、现场水槽观测和悬沙浓度的现场时间序列观测，由于海洋动力和沉积过程的复杂性，现场水槽观测受自身工作原理的限制，试验结果有时误差较大，室内水槽试验结果很难应用于野外环境。利用悬沙浓度的时间序列观测数据研究再悬浮作用需要从悬沙浓度的观测数据中将平流和扩散作用产生的悬沙浓度分离出来，而目前的研究无法成功地做到将平流和扩散作用产生的悬沙浓度分离出来，这是利用悬沙浓度的时间序列观测数据研究中尚未克服的一个关键问题，很多研究者直接采用观测悬沙浓度数据进行再悬浮研究，忽略平流输沙和悬沙浓度背景，造成再悬浮悬沙浓度数据不准确，限制了对沉积物再悬浮过程的精细研究。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种分离海底沉积物再悬浮过程中悬沙浓度的方法，该方法能够将悬沙浓度观测数据中平流和扩散作用产生的悬沙浓度分离出来，使再悬浮悬沙浓度数据更加准确，减少研究沉积物再悬浮过程观测结果的误差。

    本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种分离海底沉积物再悬浮过程中悬沙浓度的方法，包括如下步骤：

a、通过利用海床基反演悬沙浓度的方式采集悬沙浓度时间序列观测数据；

b、对所采集的悬沙浓度时间序列观测数据进行质量检测，剔除噪声和异常值，利用插值填补空缺；

c、根据质量检测后的悬沙浓度时间序列观测数据确定观测信号的输入矩阵，对输入矩阵进行中心化和白化预处理，中心化即将原时间序列数据转换为均值为0的时间序列，白化是对中心化后的数据进行一个线性变换，使得新变量各个分量之间互不相关；通过盲源分离法对预处理后的悬沙浓度信号进行分离，分离出各个独立的悬沙浓度源信号；

d、对所分离的悬沙浓度源信号进行特征匹配与识别，得到海底沉积物再悬浮悬沙浓度。

    本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的步骤c中，当采集数据为一个悬沙浓度时间序列时，先对预处理后的数据进行经验模态分解，得到固有模态分量，采用功率谱密度函数法估计悬沙浓度时间序列观测数据的源信号数目，然后根据源信号数目利用固有模态分量重构观测信号的数目，最后将重构后观测信号的数目与原观测信号一起作为输入矩阵经预处理后进行盲源分离，分离出各个独立的悬沙浓度源信号。

    本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在所述的步骤c中，当采集数据为一组悬沙浓度时间序列时，先采用功率谱密度函数法估计悬沙浓度时间序列观测数据的源信号数目，根据所估计的源信号数目确定输入矩阵经预处理后进行盲源分离，分离出各个独立的悬沙浓度源信号。

    本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述盲源分离法为自然梯度法、快速独立元分析法、矩阵特征值分解法或时序结构法。

与现有技术相比，本发明具有如下的技术效果：

1、在海洋监测技术领域创造性地引入盲源分离法将悬沙浓度观测数据中平流和扩散作用产生的悬沙浓度分离出来，克服了现有利用悬沙浓度时间序列观测数据研究再悬浮过程中无法将悬沙浓度观测数据中的平流和扩散作用产生的悬沙浓度分离出来的难题，使利用悬沙浓度的时间序列观测数据研究再悬浮过程得到突破和发展。

2、本发明能够将悬沙浓度观测数据中平流和扩散作用产生的悬沙浓度分离出来，提高再悬浮悬沙浓度数据的准确度，进而提高研究沉积物再悬浮过程观测结果的精度。

3、本发明解决了从观测混合悬沙浓度中分离再悬浮悬沙浓度的难题，使深入研究沉积物再悬浮过程成为可能，在科学上有助于揭示沉积物再悬浮过程，探讨再悬浮机制，在应用上有助于准确描述泥沙运动、提高沉积物再悬浮量预测水平，对海洋沉积动力学以及与沉积物再悬浮有关的港口航道、海岸工程、环境、流体力学、生物地球化学等诸领域的研究都具有重大的推动作用，也为多源悬沙浓度的源解析提供了一个新的途径。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式