一种基于ADCP背反射的海区远程分层悬沙浓度测量方法及系统与流程

本发明涉及海洋水文监测及海区泥沙测量，特别涉及一种基于adcp背反射的海区远程分层悬沙浓度测量方法及系统。

背景技术：

0、技术背景

1、海区泥沙含量监测是海洋工程建设、港口航道维护、海岸侵蚀防护及海洋环境保护中的重要基础工作。

2、现有悬沙浓度测量作业通常依赖测量船和人工分层采样，完成不同水层的取样、保存、运输及实验室分析，作业周期较长，船舶租赁、人员配置和样品处理成本较高。受海况和天气条件影响，海上作业容易中断，难以持续获取完整数据；同时，各水层依次采样存在时间间隔，在泥沙浓度变化较快时，所得垂向分布结果难以准确反映同一时刻的实际状态。部分现场测量设备虽可用于泥沙监测，但仍存在长期运行稳定性不足、数据反馈不及时、异常情况难以及时发现以及不同环节衔接不畅等问题，影响监测数据的连续性、准确性和应用效率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供一种基于adcp背反射的海区远程分层悬沙浓度测量方法及系统，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题。

2、本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种基于adcp背反射的海区远程分层悬沙浓度测量方法，包括以下步骤：

3、s1、将adcp声学测量设备、双gnss定位定向设备和rtu传输控制单元集成设置于浮标式集成载体，并由太阳能供电系统供电，将所述浮标式集成载体投放至待测海区；

4、s2、设置所述adcp声学测量设备的发射频率和测量层数，由所述rtu传输控制单元按照预设时间间隔向adcp声学测量设备发送测量命令，使adcp声学测量设备同步采集水体垂向各测量层的背反射强度数据，并通过双gnss定位定向设备获取与所述背反射强度数据对应的位置数据和定向数据；

5、s3、由所述rtu传输控制单元将实测数据按照指定格式发送至控制中心，其中，所述adcp声学测量设备输出数据采用 ascii 格式存储，原始数据包括测量时间、定位信息和背反射强度等；

6、s4、由所述控制中心的数据处理软件解析所述 ascii 格式的原始数据，对背反射强度数据进行噪声滤波，并按照相对水深对噪声滤波后的背反射强度数据进行分层处理；

7、s5、利用预先建立的背反射强度—泥沙浓度转换模型，将各层背反射强度数据转换为对应的泥沙浓度数据；

8、s6、对各层泥沙浓度数据进行质量评价，并根据质量评价结果，通过所述rtu传输控制单元对测量参数或计算参数进行远程修正，输出水体垂向分层泥沙浓度数据。

9、在上述实施例中：所述s4中，所述噪声滤波包括：对背反射强度数据进行滑动平均滤波，并采用3σ异常值剔除方法剔除背反射强度数据中的异常数据。

10、在上述实施例中：所述s4中，按照相对水深将水体垂向划分为表层、0.2h层、0.4h层、0.6h层、0.8h层和底层六个测量层，其中，h为测点水深。

11、在上述实施例中：所述浮标式集成载体还搭载有表层测沙仪；

12、所述s2中，在所述adcp声学测量设备采集各测量层背反射强度数据的同时，由所述表层测沙仪同步采集表层含沙量数据，并由所述rtu传输控制单元将所述表层含沙量数据发送至控制中心；

13、所述s5中，将所述表层含沙量数据作为表层泥沙浓度数据，并根据adcp声学测量设备采集的背反射强度数据反演得到0.2h层、0.4h层、0.6h层、0.8h层和底层的泥沙浓度数据；

14、所述s6中，将所述表层含沙量数据与adcp声学测量设备邻近表层的测量层反演得到的泥沙浓度数据进行一致性评价。

15、在上述实施例中：所述s5中，所述背反射强度—泥沙浓度转换模型为根据背反射强度与悬浮泥沙浓度之间的对应关系建立的经验关系式或理论模型，所述背反射强度以db表示。

16、在上述实施例中：所述s6中，所述质量评价包括波束一致性评价和时间连续性评价，根据质量评价结果识别并剔除异常数据，并在需要远程干预时调整所述adcp声学测量设备的测量参数或数据处理软件的计算参数，对数据重新进行处理。

17、在上述实施例中：所述s6中，将各层泥沙浓度数据进行整合，绘制泥沙浓度随深度变化的曲线或水体垂向泥沙浓度剖面图；并将adcp声学测量设备测得的泥沙浓度数据与传统采样方法测得的数据进行比对，以验证分层悬沙浓度测量结果的准确性，并根据比对结果对所述背反射强度—泥沙浓度转换模型的模型参数进行率定或修正。

18、一种基于adcp背反射的海区远程分层悬沙浓度测量系统，用于实现任一项所述的测量方法，包括：

19、浮标式集成载体，用于投放在待测海区；

20、太阳能供电系统，设置于所述浮标式集成载体上；

21、测量单元，设置于所述浮标式集成载体上并与太阳能供电系统电连接，包括双gnss定位定向设备和adcp声学测量设备，所述双gnss定位定向设备用于获取位置数据和定向数据，所述adcp声学测量设备用于同步采集水体垂向各测量层的背反射强度数据；

22、rtu传输控制单元，分别与所述测量单元和太阳能供电系统连接，用于按照预设时间间隔向adcp声学测量设备发送测量命令，并将实测数据按照指定格式发送至控制中心；

23、控制中心，与所述rtu传输控制单元通信连接，所述控制中心设置有数据处理软件，用于对adcp声学测量设备输出的ascii格式原始数据依次进行解析、噪声滤波、相对水深分层、泥沙浓度反演和质量评价，并根据质量评价结果向rtu传输控制单元发送参数修正指令，输出水体垂向分层泥沙浓度数据。

24、在上述实施例中：所述太阳能供电系统包括多个太阳能板，多个太阳能板的总功率为70w以上；所述测量单元还包括表层测沙仪，所述表层测沙仪用于与adcp声学测量设备同步采集表层含沙量数据；所述数据处理软件还用于将所述表层含沙量数据作为表层泥沙浓度数据，并将所述表层含沙量数据与adcp声学测量设备邻近表层的测量层反演得到的泥沙浓度数据进行一致性评价。

25、在上述实施例中：所述数据处理软件被配置为：采用滑动平均滤波和3σ异常值剔除方法对背反射强度数据进行噪声滤波；

26、按照相对水深将数据划分为表层、0.2h层、0.4h层、0.6h层、0.8h层和底层；

27、根据背反射强度—泥沙浓度转换模型进行泥沙浓度反演；根据波束一致性和时间连续性进行质量评价；

28、并在需要远程干预时，通过rtu传输控制单元对测量参数或计算参数进行动态修正。

29、本发明与现有技术相比，具有以下优点：

30、本发明通过浮标式集成载体作为测量平台，测量船仅需在浮标投放、中期维护及回收时使用，无需在整个测量期间持续在场，能够降低船只及人工成本。

31、本发明通过adcp声学测量设备同步采集水体垂向各测量层的背反射强度数据，能够减小人工逐层采样造成的时间差，更真实地反映同一时刻的水体垂向泥沙分布。

32、本发明通过太阳能供电系统为测量设备和rtu传输控制单元供电，能够支持浮标式集成载体在海区长时间运行，减少设备维护和电源更换次数。

33、本发明能够根据质量评价结果远程修正测量参数或计算参数，形成数据采集、质量评价和参数修正的闭环处理过程，降低因参数设置不适当而造成连续监测数据失效的可能性。

34、上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本发明进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。