本發(fā)明涉及流態(tài)淤泥檢測(cè)，具體為一種深水流態(tài)淤泥分層樣本智能精準(zhǔn)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、深水環(huán)境中流態(tài)淤泥因沉積環(huán)境差異形成垂向分層結(jié)構(gòu)，其層間界面不僅體現(xiàn)密度、孔隙率等物理特性躍變，更包含重金屬、有機(jī)物等污染組分的梯度分布特征。由于水壓作用及生物化學(xué)過程耦合影響，各薄層界面的聲阻抗特性與污染物吸附狀態(tài)呈現(xiàn)顯著空間異質(zhì)性，現(xiàn)有檢測(cè)手段難以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)與污染指標(biāo)的原位同步解析。

2、現(xiàn)有技術(shù)主要存在以下局限性：基于單一聲學(xué)頻率的探測(cè)裝置因信號(hào)穿透深度與分辨率矛盾，無法兼顧致密底層掃描與毫米級(jí)薄層識(shí)別；機(jī)械貫入式采樣雖可獲取局部力學(xué)參數(shù)，但破壞淤泥原生分層結(jié)構(gòu)且無法同步監(jiān)測(cè)化學(xué)組分；離散化檢測(cè)數(shù)據(jù)缺乏對(duì)界面突變特征的連續(xù)表征，導(dǎo)致清淤作業(yè)中污染層識(shí)別偏差，誘發(fā)次生擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。此外，化學(xué)傳感器與物理探針的分離式測(cè)量模式，難以建立污染遷移與流變特性的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)模型。

3、為此，提出一種深水流態(tài)淤泥分層樣本智能精準(zhǔn)檢測(cè)方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種深水流態(tài)淤泥分層樣本智能精準(zhǔn)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，通過多頻聲吶陣列對(duì)水域垂向剖面進(jìn)行周期性動(dòng)態(tài)掃描，獲取包含淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征及聲學(xué)響應(yīng)強(qiáng)度的復(fù)合參數(shù)集；建立分層界面判識(shí)模型對(duì)復(fù)合參數(shù)集識(shí)別，解析得到分層結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)分層結(jié)構(gòu)參數(shù)和復(fù)合參數(shù)集劃分得到淤泥子區(qū)域；結(jié)合濁度傳感器、化學(xué)需氧量檢測(cè)模塊及重金屬光譜分析單元，得到分層污染參數(shù)；根據(jù)分層結(jié)構(gòu)參數(shù)和分層污染參數(shù)得到污染指標(biāo)；通過物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)量化不同清淤工藝對(duì)分層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散影響，建立基于流態(tài)淤泥的清淤參數(shù)優(yōu)化模型，確定最佳清淤工藝。本發(fā)明通過深水流態(tài)淤泥的分層檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)清淤工藝的優(yōu)化。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種深水流態(tài)淤泥分層樣本智能精準(zhǔn)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，包括：

4、s10.通過多頻聲吶陣列對(duì)水域垂向剖面進(jìn)行周期性動(dòng)態(tài)掃描，獲取包含淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征及聲學(xué)響應(yīng)強(qiáng)度的復(fù)合參數(shù)集；

5、s20.基于時(shí)變聲阻抗譜的相位突變特征與密度-孔隙率耦合關(guān)系，建立分層界面判識(shí)模型；通過分層界面判識(shí)模型對(duì)復(fù)合參數(shù)集識(shí)別，解析得到分層結(jié)構(gòu)參數(shù)；

6、s30.根據(jù)分層結(jié)構(gòu)參數(shù)和復(fù)合參數(shù)集劃分得到淤泥子區(qū)域；結(jié)合濁度傳感器、化學(xué)需氧量檢測(cè)模塊及重金屬光譜分析單元進(jìn)行分層抽樣檢測(cè)，得到分層污染參數(shù)；

7、s40.根據(jù)分層結(jié)構(gòu)參數(shù)和分層污染參數(shù)得到污染指標(biāo)；

8、s50.通過物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)量化不同清淤工藝對(duì)分層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散影響，結(jié)合分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)和污染指標(biāo)，建立基于流態(tài)淤泥的清淤參數(shù)優(yōu)化模型，確定最佳清淤工藝。

9、所述分層界面判識(shí)模型包括復(fù)合參數(shù)識(shí)別層、時(shí)間變化識(shí)別層和分層界面識(shí)別層；

10、所述復(fù)合參數(shù)識(shí)別層，對(duì)復(fù)合參數(shù)集中的淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征及聲學(xué)響應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行識(shí)別，得到第一特征參數(shù)；

11、所述時(shí)間變化識(shí)別層，對(duì)第一特征參數(shù)的時(shí)間變化進(jìn)行識(shí)別，并構(gòu)建時(shí)變聲阻抗譜的相位突變特征與密度-孔隙率耦合關(guān)系，得到第二特征參數(shù)；

12、所述分層界面識(shí)別層，根據(jù)第二特征參數(shù)，識(shí)別不同流態(tài)淤泥層的厚度變化與界面遷移變化，得到分層結(jié)構(gòu)參數(shù)；所述分層結(jié)構(gòu)參數(shù)包括表面懸浮層、流態(tài)過渡層、膠質(zhì)污染層、氣泡夾帶層和硬質(zhì)基底層。

13、所述污染指標(biāo)的測(cè)算過程為：獲取分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)，并識(shí)別得到淤泥子區(qū)域的水文參數(shù)；所述水文參數(shù)包括流向、流速和水溫；確定分層結(jié)構(gòu)參數(shù)中的目標(biāo)分層結(jié)構(gòu)；根據(jù)目標(biāo)分層結(jié)構(gòu)的淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征和水文參數(shù)測(cè)算得到擴(kuò)散因子；將流態(tài)淤泥中目標(biāo)分層結(jié)構(gòu)上方的分層結(jié)構(gòu)作為影響分層結(jié)構(gòu)；根據(jù)影響分層結(jié)構(gòu)的淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征測(cè)算得到影響因子；根據(jù)分層污染參數(shù)確定分層污染系數(shù)；根據(jù)擴(kuò)散因子、影響因子和分層污染系數(shù)測(cè)算得到污染指標(biāo)。

14、所述污染指標(biāo)的測(cè)算公式為：

15、；

16、其中，表示污染指標(biāo)；表示分層結(jié)構(gòu)的分層污染系數(shù)；表示分層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散因子；表示分層結(jié)構(gòu)的影響因子；表示分層結(jié)構(gòu)的數(shù)量；表示第一權(quán)重；表示第二權(quán)重；表示以自然常數(shù)為底的指數(shù)函數(shù)。

17、通過清淤工藝進(jìn)行水域清淤的物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)包括：

18、在物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)前，對(duì)水域進(jìn)行檢測(cè)得到淤泥子區(qū)域，以及淤泥子區(qū)域的分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)和污染指標(biāo)；根據(jù)淤泥子區(qū)域之間的初始水文參數(shù)確定擾動(dòng)參數(shù)；

19、在物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中，選取清淤工藝對(duì)淤泥子區(qū)域進(jìn)行清淤操作，并收集清淤參數(shù)；所述清淤參數(shù)包括清淤工藝、清淤體量和清淤速度；同時(shí)對(duì)淤泥子區(qū)域的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，得到污染物變化參數(shù)；根據(jù)污染物變化參數(shù)測(cè)算得到清淤污染系數(shù)；

20、在物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)后，根據(jù)淤泥子區(qū)域的分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)、擾動(dòng)參數(shù)、清淤參數(shù)和清淤污染系數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到清淤參數(shù)優(yōu)化模型。

21、所述清淤污染系數(shù)的測(cè)算過程為：獲取淤泥子區(qū)域的污染變化參數(shù)，包括將進(jìn)行清淤的淤泥子區(qū)域作為目標(biāo)子區(qū)域，將目標(biāo)子區(qū)域的污染變化參數(shù)作為第一變化參數(shù)；將未進(jìn)行清淤的淤泥子區(qū)域作為干擾子區(qū)域，將干擾子區(qū)域的污染變化參數(shù)作為第二變化參數(shù)，并根據(jù)擾動(dòng)參數(shù)確定目標(biāo)子區(qū)域?qū)Ω蓴_子區(qū)域的干擾系數(shù)；

22、根據(jù)干擾系數(shù)對(duì)第二變化參數(shù)的污染變化情況加權(quán)，再結(jié)合第一變化參數(shù)的污染變化得到清淤污染系數(shù)。

23、一種深水流態(tài)淤泥分層樣本智能精準(zhǔn)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

24、參數(shù)獲取模塊，通過多頻聲吶陣列對(duì)水域垂向剖面進(jìn)行周期性動(dòng)態(tài)掃描，獲取包含淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征及聲學(xué)響應(yīng)強(qiáng)度的復(fù)合參數(shù)集；

25、淤泥分層模塊，基于時(shí)變聲阻抗譜的相位突變特征與密度-孔隙率耦合關(guān)系，建立分層界面判識(shí)模型；通過分層界面判識(shí)模型對(duì)復(fù)合參數(shù)集識(shí)別，解析得到分層結(jié)構(gòu)參數(shù)；

26、污染識(shí)別模塊，根據(jù)分層結(jié)構(gòu)參數(shù)和復(fù)合參數(shù)集劃分得到淤泥子區(qū)域；結(jié)合濁度傳感器、化學(xué)需氧量檢測(cè)模塊及重金屬光譜分析單元進(jìn)行分層抽樣檢測(cè)，得到分層污染參數(shù)；

27、污染測(cè)算模塊，根據(jù)分層結(jié)構(gòu)參數(shù)和分層污染參數(shù)得到污染指標(biāo)；

28、工藝選擇模塊，通過物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)量化不同清淤工藝對(duì)分層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散影響，結(jié)合分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)和污染指標(biāo)，建立基于流態(tài)淤泥的清淤參數(shù)優(yōu)化模型，確定最佳清淤工藝。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

30、1、本發(fā)明構(gòu)建分層界面判識(shí)模型對(duì)復(fù)合參數(shù)集識(shí)別，包括對(duì)復(fù)合參數(shù)集中的淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征及聲學(xué)響應(yīng)強(qiáng)度識(shí)別，得到第一特征參數(shù)；基于時(shí)變聲阻抗譜的相位突變特征與密度-孔隙率耦合關(guān)系，得到第二特征參數(shù)；根據(jù)第二特征參數(shù)，識(shí)別不同流態(tài)淤泥層的厚度變化與界面遷移變化，得到分層結(jié)構(gòu)參數(shù)；準(zhǔn)確地對(duì)流態(tài)淤泥的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。

31、2、本發(fā)明獲取分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)，并識(shí)別得到淤泥子區(qū)域的水文參數(shù)；確定目標(biāo)分層結(jié)構(gòu)，根據(jù)目標(biāo)分層結(jié)構(gòu)的淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征和水文參數(shù)測(cè)算得到擴(kuò)散因子；根據(jù)影響分層結(jié)構(gòu)的淤泥密度梯度、孔隙結(jié)構(gòu)特征測(cè)算得到影響因子；根據(jù)分層污染參數(shù)確定分層污染系數(shù)；通過流態(tài)淤泥的分層結(jié)構(gòu)分布、水文環(huán)境和污染分布，測(cè)算得到污染指標(biāo)；準(zhǔn)確地對(duì)淤泥子區(qū)域的污染進(jìn)行衡量。

32、3、本發(fā)明通過清淤工藝進(jìn)行水域清淤的物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)；獲取淤泥子區(qū)域的分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)和污染指標(biāo)；根據(jù)淤泥子區(qū)域之間的初始水文參數(shù)確定擾動(dòng)參數(shù)；在物理擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中，收集得到清淤參數(shù)和清淤污染系數(shù)；再根據(jù)淤泥子區(qū)域的分層結(jié)構(gòu)參數(shù)、分層污染參數(shù)、擾動(dòng)參數(shù)、清淤參數(shù)和清淤污染系數(shù)進(jìn)行訓(xùn)練，得到清淤參數(shù)優(yōu)化模型；通過清淤參數(shù)優(yōu)化模型可以準(zhǔn)確地確定最優(yōu)的清淤工藝，減少清淤過程中造成的污染。