[实用新型]一种基于数据融合的水库底泥密度探测系统

说明书

技术领域

本实用新型属于水库底泥探测技术领域，尤其是基于数据融合的水库底泥密度探测系统。

背景技术

水库底泥特征的识别涉及多种检测方法，数据量较大，若将不同的探测和测量结果综合起来，采用一定的数据融合方法，则能较好地识别底泥特征，节省人力物力，达到快速精确地识别。

目前水库底泥探测方法包括底泥取样、声波探测、钻孔勘探等多种方法。水库底泥取样使用的取样设备有抓斗式、箱式、冷冻式、重力式等取样设备。水下底泥声波探测设备主要有：多波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声呐设备，它们具有相似的工作原理：由声学换能器向探测水体发射声波，声波遇到水底(海底)或障碍物后产生反射和散射回波，声学换能器接收到回波信号后,处理单元根据回波振幅和相位计算声波旅行时间,再根据勘测水体的声速剖面计算声波的实际传播距离,然后根据发射开角,及运动传感器的姿态参数计算回波信号的位置和水深值,同时也记录下回波的振幅和强度信息。数据融合技术，包括对各种信息源给出的有用信息的采集、传输、综合、过滤、相关及合成，以便辅助人们进行探测、分析、态势判定、规划、验证、诊断等。抓斗式、箱式、冷冻式、重力式等取样设备主要存在两大问题：取样时对样品的扰动问题和取样时样品泄漏问题，会导致所取样品检测结果偏差较大，不能很好的代表底泥的真实特性。

利用浅地层剖面仪进行声波探测，适用水深范围大，并且穿透库区底泥厚 度大，但是只能在遇到水底(海底)或障碍物后产生反射回波，回波信息表征了遇到不同介质物体的交界面，但是无法具体量化得出不同位置底泥的密度数据，无法利用声波信息推求淤积泥沙的密度特征。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供了一种基于数据融合的水库底泥密度探测系统，使用本实用新型的系统自动识别库底地层反射信号，结合低扰动取样测试结果，判断库底地层密度等参数，达到底泥取样更准确，密度探测更高效。

本实用新型提供了一种基于数据融合的水库底泥密度探测系统，所述系统包括取样设备、测试设备和分析设备，其中，所述取样设备用于获取底泥样品；所述测试设备用于获取底泥样品的波速与深度的关系，密度与深度的关系、反射信号主频与深度的关系；所述分析设备通过分析计算密度与深度、波速、反射信号主频之间的关系，得到所述底泥样品的密度。

进一步，所述取样设备为基于重力式活塞技术的低扰动取样设备，包括导流装置、触发装置、取样装置，所述取样装置的衬管是透明PC管，内径为90mm、管长为10m。

进一步，所述测试设备包括浅地层剖面仪、发射换能器、接收换能器和密度试验仪器，所述发射换能器与所述浅地层剖面仪的发射信号参数一致。

进一步，所述浅地层剖面仪的工作频率为2-20kHz，能够探测的水库底泥厚度为0-100m，工作水深范围0-500m。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：

(1)使用低扰动取样设备，能够获取较长的库区底泥原状样品，相对钻孔勘探取样、重力式取样、抓斗式取样，提高了效率，降低了成本，减轻了取样 工作对样品的扰动影响，能够获得更准确的底泥物理特性参数。

(2)使用浅地层剖面仪进行声波扫描，声波发射频率较低，产生的声波电脉冲能量较大，具有较强的穿透力，能够有效穿透水底数十米的地层，而且探测效率高、准确性高。

(3)利用室内试验获得库区底泥波速的数据和密度数据，将两种数据拟合为不同的函数曲线，找出二者的相关关系，对函数进行合理拓展，可以推求出所取样品深度以下底泥的密度特性，从而获得库区底泥较深深度下密度特性参数。

(4)利用浅地层剖面仪扫描的声波数据和建立的曲线进行比对，利用信号频谱特征快速识别地层参数，有利于库区底泥层理分析。

(5)形成一套高效水库底泥密度探测方法，此方法适用水库范围广，可以推广应用至其他众多水库，提高了水库底泥探测效率，为水库治理开发提供重要的基础资料。

附图说明

图1为取样过程示意图；

图2为室内声波速度测试示意图。

具体实施方式

本实用新型的目的是基于数据融合技术提出的数据处理方法，集成低扰动取样设备取样检测数据和浅地层剖面仪声波探测数据，形成一套高效水库底泥探测方法，从而能够快速获取水库底泥的密度和结构，可为更加深入地分析研究水沙运移规律提供基础资料，对深水水库防洪排沙具有重大意义。

下面结合附图，对本实用新型的技术方案做进一步详细的说明。