本發(fā)明屬于航道觀測領(lǐng)域，具體涉及一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置、系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

三峽水庫蓄水運行后，庫區(qū)航道條件得到了大幅度的改善，但仍不能完全適應(yīng)現(xiàn)階段的航運發(fā)展。根據(jù)多年的航道泥沙原型觀測分析工作認(rèn)為，變動回水區(qū)淺灘阻礙航行主要是由于卵礫石的沖淤變化所引起的，目前受觀測設(shè)備和觀測技術(shù)的限制，無法有效獲取原型卵礫石輸移的實時運動特性，因此對于變動回水區(qū)卵礫石淺灘沖淤規(guī)律認(rèn)識尚不明確。

現(xiàn)有的推移質(zhì)觀測技術(shù)主要分為兩大類：直接測量法和間接觀測法。直接測量法主要是借助于各種尺寸結(jié)構(gòu)的采樣器和裝置，直接測量推移質(zhì)，采用得較多的是壓差式采樣器和坑測法。間接測量法主要是以各種物理原理為基礎(chǔ)，通過測量與推移質(zhì)運動相關(guān)的參數(shù)，間接計算出推移質(zhì)輸沙率，主要有示蹤法、光測法、聲學(xué)法等。

由于推移質(zhì)運動具有時間和空間的隨機性，利用采樣器采樣無法捕捉準(zhǔn)確信息，且采樣器在采樣過程中干擾設(shè)備周圍水流條件，高速運動的推移質(zhì)顆粒會撞擊采樣器，造成一定的損壞，船上作業(yè)也不適用于高速水流情況；坑測法，只能估計洪水過后的卵礫石輸移量，無法獲知推移質(zhì)質(zhì)量隨時間的動態(tài)變化；示蹤法，無論是采用放射性粒子、無線電追蹤技術(shù)、還是磁性示蹤粒子，可研究粒徑范圍有限，且粒子在運動過程中相互掩埋，回收率低，其中有些粒子會對環(huán)境造成一定污染，且造價高，測試成本大；光測法，主要是通過高清攝像頭觀測水下推移質(zhì)運動，這對觀測環(huán)境的水質(zhì)、含沙量有較高要求，必須對儀器進行必要的防護，同時給予有效地照明措施；超聲地形儀受分辨率、時效性、水流條件以及含沙量影響較大，觀測成果難以達到要求。

無論是在低速水流、還是高速水流條件下都可以用聲學(xué)法來測量推移質(zhì)的輸移量。目前，已經(jīng)有很多人采用聲學(xué)法進行河流推移質(zhì)觀測，如申請?zhí)枮?01510915272.9的發(fā)明專利，用于卵礫石輸移觀測的聲音采集系統(tǒng)、采集裝置和采集方法，其采集方法的技術(shù)特征如下：安放水聽器，在河床的長度方向和寬度方向縱橫布置多個水聽器，將水聽器固定布置在河水中；一一對應(yīng)布置發(fā)聲器，將每一個發(fā)聲器布置在河床床面上且位于相應(yīng)的一個水聽器的下方?？梢远帱c、多區(qū)域地同時采集和記錄卵礫石的輸移運動。但該方案仍存在一些待改進的地方，例如，當(dāng)水流速度過大的時候，卵礫石的數(shù)量、卵礫石在水流中的分布層數(shù)都會急劇增多，此時用聲測法測量的準(zhǔn)確度很差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種無論水流速度高或低、卵礫石輸移量多或少、均能夠長期精確監(jiān)測卵礫石運動的用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻檢測的采集裝置、系統(tǒng)以及方法，解決了在高速水流或者卵礫石數(shù)量過多的情況下卵礫石運動檢測不準(zhǔn)確的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置，包括上擋板和下?lián)醢?、以及設(shè)置在兩塊擋板間用于防止卵礫石和含砂水流沖擊的防護罩，上擋板、下?lián)醢搴头雷o罩圍成一個腔體；在腔體內(nèi)固定安裝有用于采集卵礫石輸移音頻的拾音器和多個用于采集卵礫石輸移過程中上擋板和下?lián)醢宄惺苈训[石壓力的應(yīng)變式傳感器，拾音器固定安裝在上擋板或下?lián)醢迳?，?yīng)變式傳感器固定安裝在上擋板和下?lián)醢逯g。

本申請中，采集裝置布置在河流底面；上擋板、下?lián)醢搴头雷o罩的材質(zhì)均選用鋼板，相互之間通過螺栓固定連接；防護罩可以防止卵礫石和含砂水流沖擊，保護腔體內(nèi)部的電子設(shè)備的安全，降低水下環(huán)境的影響，增加電子設(shè)備的使用壽命，同時，也可以方便設(shè)備后續(xù)的維護；拾音器設(shè)置在腔體內(nèi)，用于采集卵礫石從采集裝置上方輸移的聲音信息；應(yīng)變式傳感器固定安裝在上擋板和下?lián)醢逯g，用于測量卵礫石從裝置上方輸移過程中卵礫石對上擋板和下?lián)醢宓膲毫π畔?；通過分析采集的音頻信息和壓力信息來確定河底卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡。

進一步地，作為優(yōu)化，所述拾音器固定安裝在上擋板中部區(qū)域。因為上擋板和下?lián)醢彘g存在一定的距離，且卵礫石是從采集裝置上方經(jīng)過，將拾音器安裝在上擋板內(nèi)側(cè)中部比安裝在下?lián)醢迳细袃?yōu)勢，接收音頻的音量更大，可以提高音頻的接收效率和接收準(zhǔn)確率。

進一步地，作為優(yōu)化，應(yīng)變式傳感器上端感測點經(jīng)彈性件與上擋板固定貼合，應(yīng)變式傳感器下端感測點與下?lián)醢彘g設(shè)有沿豎直方向的支撐桿和柱狀形的底座；支撐桿的頂端與應(yīng)變式傳感器下端感測點固定貼合，支撐桿的底端與底座頂部固定連接；下?lián)醢鍍?nèi)側(cè)對應(yīng)底座的位置向內(nèi)凹陷設(shè)有用于容納底座的容納腔，底座的底部伸進容納腔與下?lián)醢遒N合。

上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置中，應(yīng)變式傳感器的檢測原理為：在上擋板和下?lián)醢彘g固定設(shè)置感測件，感測件可以隨上擋板或下?lián)醢鍣C械變形，應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片粘貼在感測件上，應(yīng)變片隨感測件機械變形；應(yīng)變片的材料為金屬，金屬的電阻隨著變形程度而變化，隨著電阻變化，對應(yīng)的檢測電壓也會變化，通過檢測電壓來確定對應(yīng)承受壓力的變化。在應(yīng)變式傳感器上端感測點和上擋板間設(shè)置彈性件，可以避免應(yīng)變式傳感器上端感測點和上擋板剛性連接，同時又能保證對壓力變化的靈敏性；下?lián)醢鍍?nèi)側(cè)對應(yīng)底座的位置向內(nèi)凹陷設(shè)有用于容納底座的容納腔，底座的底部伸進容納腔與下?lián)醢遒N合，方便整體部件的安裝拆卸，同時可以防止底座不穩(wěn)定、易滑動的情況。

進一步地，作為優(yōu)化，防護罩上設(shè)有用于安放線纜的圓孔。線纜包括數(shù)據(jù)線和電源線等。在圓孔處可以設(shè)置防水圈，防護罩和防水圈相互結(jié)合利用，可以避免河水進入腔體內(nèi)。

進一步地，作為優(yōu)化，還包括用于將采集裝置固定在河床上的固定裝置，固定裝置固定安裝在下?lián)醢宓撞俊?/p>

將本申請中的采集裝置固定在河底，可以定點采集此處或者附近區(qū)域的卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡，實際使用中，會在河底等距布置多個采集裝置，將采集裝置固定，也有利于提高卵礫石輸移分析的準(zhǔn)確性。

一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)，包括多個布置在河床上的采集裝置、設(shè)置在岸邊用于對采集信息進行預(yù)處理的基站、以及與基站通信連接的服務(wù)器；所述采集裝置為上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置；采集裝置和基站通信連接。

上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)中，多個采集裝置均勻地分布在河底，用于檢測布置點或布置點周圍的卵礫石輸移情況；采集裝置可以定期回收、不懼掩埋；基站設(shè)置在河岸邊，一個基站可以監(jiān)管多個采集裝置的采集信息，基站對采集信息的預(yù)處理主要是對聲音信息進行預(yù)處理，包括過濾和增強等處理方式，基站將預(yù)處理后的采集信息傳輸?shù)椒?wù)器；基站起到中轉(zhuǎn)和預(yù)處理的作用，可以減輕數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢摀?dān)，提高采集信息的利用效率；通過服務(wù)器可以實時遠程監(jiān)控卵礫石輸移情況，可以觀測卵礫石運動的空間分布。

進一步地，作為優(yōu)化，用于采集卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置通過線纜與基站連接，基站和服務(wù)器通過無線通信連接。

上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)中，采集裝置采集的音頻信息和壓力信息通過線纜傳輸?shù)桨哆叺幕?，雖然傳輸方式也可以用無線傳輸，但考慮到水底環(huán)境復(fù)雜、無線信號弱和傳輸距離限制等情況，選用線纜傳輸，線纜傳輸信息穩(wěn)定、傳輸距離遠，經(jīng)測試，線纜傳輸距離可達3000米，使用范圍廣，一個基站可管理一個較大范圍內(nèi)的采集裝置。

進一步地，作為優(yōu)化，線纜緊貼河床且呈直線布置。日常生活中，河面往往有很多來往的船只和一些漂浮的雜物，河水中也有很多水草和往復(fù)游動的魚蝦，若讓線纜漂浮在河面或者在河水中間，容易與船只、雜物或水草纏繞在一起，易引起安全事故，因此將線纜緊貼河床布置，可以避免出現(xiàn)上述請況，同時，河底的水流沖擊力相對較小，可以一定程度地保護線纜。讓線纜在河床上呈直線布置，也是為了避免線纜太多與雜物纏繞，也可以降低成本。

一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集方法，包括以下步驟：

采集裝置布置步驟：在河床的長度方向和寬度方向交錯等距地布置多個采集裝置，并通過固定裝置將采集裝置固定在河床上；采集裝置與岸邊基站間的線纜緊貼河床且呈直線布置；

信息采集步驟：拾音器實時采集河底卵礫石輸移的音頻信息，應(yīng)變式傳感器實時采集河底卵礫石輸移過程中上擋板與下?lián)醢宄惺苈训[石的壓力信息；采集裝置將采集的音頻信息和壓力信息通過線纜傳輸?shù)交?；基站對采集的音頻信息和壓力信息進行預(yù)處理，基站將預(yù)處理后的音頻信息和壓力信息傳輸?shù)椒?wù)器；

信息分析步驟：基站對采集的音頻信息和壓力信息進行預(yù)處理，基站將預(yù)處理后的音頻信息和壓力信息傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器對采集的音頻信息和壓力信息進行分析對比，當(dāng)音頻信息對應(yīng)的音量分貝小于音量預(yù)設(shè)值或者壓力信息對應(yīng)的壓力值小于壓力預(yù)設(shè)值時，通過分析音頻信息對應(yīng)的音量分貝來確定卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡；當(dāng)音頻信息對應(yīng)的音量分貝大于等于音量預(yù)設(shè)值或者壓力信息對應(yīng)的壓力值大于等于壓力預(yù)設(shè)值時，則通過分析壓力信息對應(yīng)的壓力值來確定卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡。

進一步地，作為優(yōu)化，通過分析音頻信息的特征參數(shù)來識別出音頻信息中的卵礫石輸移音頻信息；所述特征參數(shù)包括音頻信息的峰值頻率、基音頻率及音頻信息經(jīng)小波變換后的能量分布特征。

當(dāng)河流中卵礫石輸移數(shù)量較少或者水流流速較慢時，應(yīng)變式傳感器受到來自卵礫石的壓力小，上擋板和下?lián)醢宓淖冃魏苄?，通過應(yīng)變式傳感器檢測的壓力變化來分析卵礫石的運動誤差較大，此時比較適合用拾音器采集的音頻信息來分析卵礫石的運動；當(dāng)河流中卵礫石輸移數(shù)量較多或者水流流速快時，用拾音器檢測音頻會檢測到很多復(fù)雜信號，通過拾音器采集的卵礫石輸移音頻信息來分析卵礫石的運動誤差較大，此時通過應(yīng)變式傳感器檢測的壓力變化來分析卵礫石的運動比較合適。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中下?lián)醢搴头雷o罩的俯視圖；

圖3為本發(fā)明用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；

圖4為本發(fā)明用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集方法的操作流程圖；

圖5為本發(fā)明實施例中卵礫石、船舶、水三種聲音信號的峰值頻率概率密度分布曲線圖；

圖6為本發(fā)明實施例中卵礫石、船舶、水三種聲音信號基音頻率概率密度分布曲線圖；

圖7為本發(fā)明實施例中卵礫石、船舶、水三種聲音信號的能量分布特征圖；

圖8為本發(fā)明實施例中合成聲音的時域波形；

圖9為本發(fā)明實施例中聲音片段的特征分布圖；

圖10為本發(fā)明實施例中合成信號的識別結(jié)果。

附圖標(biāo)記：

1、上擋板；2、下?lián)醢澹?、防護罩；4、拾音器；51、應(yīng)變式傳感器；52、底座；53、支撐桿；6、容納腔；7、固定裝置；8、螺栓。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。

最優(yōu)實施例：

參照圖1和圖2，一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置，包括上擋板1和下?lián)醢?、以及設(shè)置在兩塊擋板間用于防止卵礫石和含砂水流沖擊的防護罩3，上擋板、下?lián)醢搴头雷o罩圍成一個腔體；在腔體內(nèi)固定安裝有用于采集卵礫石輸移音頻的拾音器和多個用于采集卵礫石輸移過程中上擋板和下?lián)醢宄惺苈训[石壓力的應(yīng)變式傳感器51，拾音器固定安裝在上擋板或下?lián)醢迳?，?yīng)變式傳感器固定安裝在上擋板和下?lián)醢逯g。

本申請中，采集裝置布置在河流底面；上擋板、下?lián)醢搴头雷o罩的材質(zhì)均選用鋼板，相互之間通過螺栓8固定連接；防護罩可以防止卵礫石和含砂水流沖擊，保護腔體內(nèi)部的電子設(shè)備的安全，降低水下環(huán)境的影響，增加電子設(shè)備的使用壽命，同時，也可以方便設(shè)備后續(xù)的維護；拾音器設(shè)置在腔體內(nèi)，用于采集卵礫石從采集裝置上方輸移的聲音信息；應(yīng)變式傳感器固定安裝在上擋板和下?lián)醢逯g，用于測量卵礫石從裝置上方輸移過程中卵礫石對上擋板和下?lián)醢宓膲毫π畔ⅲ煌ㄟ^分析采集的音頻信息和壓力信息來確定河底卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡。

具體實施過程中，上擋板和下?lián)醢宓某叽缦嗤?，采用長為600mm、寬為600mm、厚度為10mm的鋼板；防護罩采用厚度為2mm的鋼板合成502mm×502mm×75mm（長×寬×高）的立體矩形框架；防護罩底部邊緣設(shè)置有20mm的折邊，通過螺絲與下?lián)醢骞潭ㄟB接；下?lián)醢宓倪吔巧线€設(shè)置有八個孔，孔徑6mm，用于采集裝置的布放；防護罩各邊緣還預(yù)留6mm的小孔，安放有彈性件，用以銜接防護罩上邊緣與上擋板間的間距，保證應(yīng)變式傳感器與上擋板、下?lián)醢彘g不存在剛性連接，且能保持對壓力變化的靈敏性，同時也可以密封整個腔體，防止腔體內(nèi)進水；彈性件可以選用彈性塑料壓條。

本實施例中，所述拾音器4固定安裝在上擋板中部區(qū)域。因為上擋板和下?lián)醢彘g存在一定的距離，且卵礫石是從采集裝置上方經(jīng)過，將拾音器安裝在上擋板內(nèi)側(cè)中部比安裝在下?lián)醢迳细袃?yōu)勢，接收音頻的音量更大，可以提高音頻的接收效率和接收準(zhǔn)確率。

本實施例中，防水型拾音器被水密在腔體內(nèi)，拾音器的聲音敏感部件緊貼上擋板，使拾音器只能檢測采集裝置上擋板上方卵礫石運動產(chǎn)生的聲音；經(jīng)過試驗，即使是在采集裝置旁邊旁邊大聲說話，拾音器也沒有采集到聲音，這解決了由于環(huán)境噪聲過大導(dǎo)致卵礫石運動聲音被淹沒的情況，大大降低了后期對聲音信息的分析難度。

本實施例中，應(yīng)變式傳感器上端感測點經(jīng)彈性件與上擋板固定貼合，應(yīng)變式傳感器下端感測點與下?lián)醢彘g設(shè)有沿豎直方向的支撐桿53和柱狀形的底座52；支撐桿的頂端與應(yīng)變式傳感器下端感測點固定貼合，支撐桿的底端與底座頂部固定連接；下?lián)醢鍍?nèi)側(cè)對應(yīng)底座的位置向內(nèi)凹陷設(shè)有用于容納底座的容納腔6，底座的底部伸進容納腔與下?lián)醢遒N合。

上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置中，應(yīng)變式傳感器的檢測原理為：在上擋板和下?lián)醢彘g固定設(shè)置感測件，感測件可以隨上擋板或下?lián)醢鍣C械變形，應(yīng)變式傳感器的應(yīng)變片粘貼在感測件上，應(yīng)變片隨感測件機械變形；應(yīng)變片的材料為金屬，金屬的電阻隨著變形程度而變化，隨著電阻變化，對應(yīng)的檢測電壓也會變化，通過檢測電壓來確定對應(yīng)承受壓力的變化。在應(yīng)變式傳感器上端感測點和上擋板間設(shè)置彈性件，可以避免應(yīng)變式傳感器上端感測點和上擋板剛性連接，同時又能保證對壓力變化的靈敏性；下?lián)醢鍍?nèi)側(cè)對應(yīng)底座的位置向內(nèi)凹陷設(shè)有用于容納底座的容納腔，底座的底部伸進容納腔與下?lián)醢遒N合，方便整體部件的安裝拆卸，同時可以防止底座不穩(wěn)定、易滑動的情況。應(yīng)變式傳感器采用懸臂式結(jié)構(gòu)，為了保護應(yīng)變片的靈敏度，需要采用柔性防水處理；底座放置于下?lián)醢孱A(yù)留的容納腔中，應(yīng)變式傳感器上端感測點與與上擋板通過螺絲固定，整體結(jié)構(gòu)還起支撐作用。

本實施例中，防護罩上設(shè)有用于安放線纜的圓孔。線纜包括數(shù)據(jù)線和電源線等。在圓孔處可以設(shè)置防水圈，防護罩和防水圈相互結(jié)合利用，可以避免河水進入腔體內(nèi)。圓孔設(shè)置在防護罩下邊部中間區(qū)域，孔徑25mm，腔體內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)線和電源線集成一股線纜后從圓孔穿出。

本實施例中，還包括用于將采集裝置固定在河床上的固定裝置7，固定裝置固定安裝在下?lián)醢宓撞俊?/p>

將本申請中的采集裝置固定在河底，可以定點采集此處或者附近區(qū)域的卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡，實際使用中，會在河底等距布置多個采集裝置，將采集裝置固定，也有利于提高卵礫石輸移分析的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明中，采用應(yīng)變式傳感器檢測卵礫石對采集裝置壓力的原理如下：將采集裝置放入水中，應(yīng)變式傳感器上擋板承受的水壓力為p1，下?lián)醢宄惺艿乃畨毫?i>p2，采集裝置承受的總水壓p為：

p=p1-p2=ρgδh；

式中，ρ為水密度，g為重力加速度，δh為應(yīng)變式傳感器的厚度，當(dāng)河水比較深時，厚度和水深相比幾乎可以忽略，即δh≈0；由于上擋板和下?lián)醢宄惺艿乃畨壕拖嗷テ胶?，解決了野外觀測中水位升降造成無法判斷是由于卵礫石壓載還是水位波動引起的壓力變化問題。

參照圖3，一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)，包括多個布置在河床上用于采集卵礫石輸移音頻和輸移過程中上擋板與下?lián)醢宄惺苈训[石壓力的采集裝置、設(shè)置在岸邊用于對采集信息進行預(yù)處理的基站、以及與基站通信連接的服務(wù)器；所述采集裝置為權(quán)1-6中任意一項權(quán)利要求所述的用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置；采集裝置和基站通信連接；用于采集卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集裝置通過線纜與基站連接，基站和服務(wù)器通過無線通信連接；線纜緊貼河床且呈直線布置。

上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)中，多個采集裝置均勻地分布在河底，用于檢測布置點或布置點周圍的卵礫石輸移情況；采集裝置可以定期回收、不懼掩埋；基站設(shè)置在河岸邊，一個基站可以監(jiān)管多個采集裝置的采集信息，基站對采集信息的預(yù)處理主要是對聲音信息進行預(yù)處理，包括過濾和增強等處理方式，基站將預(yù)處理后的采集信息傳輸?shù)椒?wù)器；基站起到中轉(zhuǎn)和預(yù)處理的作用，可以減輕數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢摀?dān)，提高采集信息的利用效率；通過服務(wù)器可以實時遠程監(jiān)控卵礫石輸移情況，可以觀測卵礫石運動的空間分布。

上述用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集系統(tǒng)中，采集裝置采集的音頻信息和壓力信息通過線纜傳輸?shù)桨哆叺幕荆m然傳輸方式也可以用無線傳輸，但考慮到水底環(huán)境復(fù)雜、無線信號弱和傳輸距離限制等情況，選用線纜傳輸，線纜傳輸信息穩(wěn)定、傳輸距離遠，經(jīng)測試，線纜傳輸距離可達3000米，使用范圍廣，一個基站可管理一個較大范圍內(nèi)的采集裝置。

日常生活中，河面往往有很多來往的船只和一些漂浮的雜物，河水中也有很多水草和往復(fù)游動的魚蝦，若讓線纜漂浮在河面或者在河水中間，容易與船只、雜物或水草纏繞在一起，易引起安全事故，因此將線纜緊貼河床布置，可以避免出現(xiàn)上述請況，同時，河底的水流沖擊力相對較小，可以一定程度地保護線纜。讓線纜在河床上呈直線布置，也是為了避免線纜太多與雜物纏繞，也可以降低成本。

參照圖4，一種用于卵礫石輸移壓力與輸移音頻的采集方法，包括以下步驟：

采集裝置布置步驟：在河床的長度方向和寬度方向交錯等距地布置多個采集裝置，并通過固定裝置將采集裝置固定在河床上；采集裝置與岸邊基站間的線纜緊貼河床且呈直線布置；在野外觀測時，可以提前在室內(nèi)將采集裝置組裝好，將鋼絲繩穿過采集裝置外殼的螺絲孔，固定于船只的錨鏈上，每間隔500米固定一個采集裝置。采集裝置的數(shù)據(jù)線和供電線全都包裹在保護軟管，然后順著錨鏈纏繞，錨鏈主要起到固定設(shè)備和傳輸線的作用。所有觀測點的線纜都順著錨鏈沿著河底延伸到岸邊并連接岸邊的基站。

信息采集步驟：拾音器實時采集河底卵礫石輸移的音頻信息，應(yīng)變式傳感器實時采集河底卵礫石輸移過程中上擋板與下?lián)醢宄惺苈训[石的壓力信息；采集裝置將采集的音頻信息和壓力信息通過線纜傳輸?shù)交?；基站對采集的音頻信息和壓力信息進行預(yù)處理，基站將預(yù)處理后的音頻信息和壓力信息傳輸?shù)椒?wù)器。

信息分析步驟：基站對采集的音頻信息和壓力信息進行預(yù)處理，基站將預(yù)處理后的音頻信息和壓力信息傳輸?shù)椒?wù)器；服務(wù)器對采集的音頻信息和壓力信息進行分析對比，當(dāng)音頻信息對應(yīng)的音量分貝小于音量預(yù)設(shè)值或者壓力信息對應(yīng)的壓力值小于壓力預(yù)設(shè)值時，通過分析音頻信息對應(yīng)的音量分貝來確定卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡；當(dāng)音頻信息對應(yīng)的音量分貝大于等于音量預(yù)設(shè)值或者壓力信息對應(yīng)的壓力值大于等于壓力預(yù)設(shè)值時，則通過分析壓力信息對應(yīng)的壓力值來確定卵礫石輸移運動量和卵礫石輸移運動軌跡。通過基站對采集裝置采集信息的預(yù)處理，可以減輕數(shù)據(jù)傳輸?shù)呢摀?dān)。

當(dāng)河流中卵礫石輸移數(shù)量較少或者水流流速較慢時，應(yīng)變式傳感器受到來自卵礫石的壓力小，上擋板和下?lián)醢宓淖冃魏苄?，通過應(yīng)變式傳感器檢測的壓力變化來分析卵礫石的運動誤差較大，此時比較適合用拾音器采集的音頻信息來分析卵礫石的運動；當(dāng)河流中卵礫石輸移數(shù)量較多或者水流流速快時，用拾音器檢測音頻會檢測到很多復(fù)雜信號，通過拾音器采集的卵礫石輸移音頻信息來分析卵礫石的運動誤差較大，此時通過應(yīng)變式傳感器檢測的壓力變化來分析卵礫石的運動比較合適。

參照圖5~圖7，通過分析音頻信息的特征參數(shù)來識別出音頻信息中的卵礫石輸移音頻信息；所述特征參數(shù)包括音頻信息的峰值頻率、基音頻率及音頻信息經(jīng)小波變換后的能量分布特征。假設(shè)音頻信息包括卵礫石、船舶及水三種聲音信號，具體分析如下：

（1）通過分析音頻信息的峰值頻率來識別出音頻信息中的卵礫石輸移音頻信息。通過對三種信號的頻譜分析可知，卵礫石、船舶及水三種聲音在頻譜中的能量峰值對應(yīng)不同范圍，卵礫石在3200hz左右，船舶在100hz左右，水在25hz左右。本申請對采集到的樣本量分別為300、100、200的卵礫石、船舶及水流三種聲音的峰值頻率進行統(tǒng)計分析，得到峰值頻率概率密度分布曲線如圖4所示。

由圖4可知，卵礫石的峰值頻率分布和船舶、水的峰值頻率分布有很明顯的區(qū)別，卵礫石的峰值頻率在1400~4000hz范圍內(nèi)，受粒徑大小及材質(zhì)等的影響；船舶主要在25~500hz之間，受船型影響；水的峰值頻率在20~25hz之間。三者之間有著明顯區(qū)別，從而可以將卵礫石輸移音頻信息從混雜的音頻信息中識別出來。

（2）通過分析音頻信息的基音頻率來識別出音頻信息中的卵礫石輸移音頻信息。對卵礫石、船舶及水流三種聲音的基音頻率進行統(tǒng)計，并得出概率密度分布如圖6所示。卵礫石的基音頻率在2000~3800hz之間；船舶的基音頻率受到船型的影響，集中在500~1500hz之間；水的基音頻率在25~40hz左右，與其主頻非常接近。由此可見，卵礫石的基音頻率特征明顯區(qū)別于其它兩種聲音的，利用三者基音頻率的不同可以將卵礫石輸移音頻信息從混雜的音頻信息中識別出來。

（3）根據(jù)音頻信息經(jīng)小波變換后的能量分布特征來識別出音頻信息中的卵礫石輸移音頻信息。分別求取卵礫石、船舶及水三種信號的能量特征向量，為了使所得特征具有代表性，所取卵礫石樣本量為300，船舶樣本量為100，水的樣本量為200，最終得到各個信號所有樣本的平均特征向量。如圖7所示，圖7中，e^aj表示音頻信息經(jīng)小波變換后的低頻系數(shù)，e^d1~e^d6分別表示音頻信息經(jīng)小波變換后的1~6階高頻系數(shù)；可以看出三種信號的能量分布的區(qū)別：a、卵礫石聲音的能量主要集中在1~3階高頻系數(shù)上，超過了總能量的80%，而在低頻系數(shù)上的能量不超過10%；b、船舶聲音的能量主要集中在低頻系數(shù)和4~6階高頻系數(shù)上；c、水流聲能量的90%以上集中在低頻系數(shù)上。從而將卵礫石輸移音頻信息從混雜的音頻信息中識別出來。

由上述分析可知，通過比較卵礫石與其它兩種聲音信號差別，可得到描述卵礫石運動聲音的特征參數(shù)分布范圍。選擇置信水平為0.8的置信區(qū)間，得到卵礫石的峰值頻率范圍為1400~4000hz，基音頻率范圍為2000~3800hz，對于卵礫石的小波變換能量分布特點，可用其在1~3階上的高頻系數(shù)上的總能量表示，記為t，t的范圍為0.8~1。

具體操作時，在對采集的音頻信息進行特征分析前，還需要對音頻信息進行預(yù)處理，選用譜減法降噪處理對音頻信息進行降噪。發(fā)明人在設(shè)計過程中，還嘗試了用其他降噪方式，例如，通過快速傅里葉變換（fft）降噪，但是得到的降噪效果并不明顯。

參照圖8~圖10，驗證上述三種特征參數(shù)能否描述卵礫石運動聲音，用合成的復(fù)雜音頻信號進行識別效果分析，具體分析如下：該合成信號中包含了水聲、船舶航行聲、卵石運動聲、打雷聲、下雨聲以及鳥叫聲等一系列復(fù)雜聲音信號，其時域波形參照圖8。對該信號進行目標(biāo)信號的檢測與提取，共獲得677個聲音片段，計算每一片段的波峰頻率、基音頻率及小波變換后的能量分布t，將每一片段用向量（f1，f2，t）表示，得到該677個片段的特征分布如圖9所示。圖中長方體是卵石運動聲音的特征分布區(qū)域，677個片段中共有11個片段的特征落在了該區(qū)域中，說明該合成信號中共有11次卵石碰撞聲音，人耳的識別結(jié)果為12次，兩者僅相差一次。圖10是對應(yīng)于時域波形上的識別結(jié)果。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明當(dāng)中。