一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度抽样测量方法技术

本发明专利技术公开了一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度的抽样测量方法，包括如下步骤：求取每一样方最大有效水深对应累积频率并初次识别存在的测量间隙的有效样方；确认上一测次有效样方的有效性，抽样测量并提取护滩结构物下滩面最大有效水深；抽样计算两测次间水下护滩结构物下滩面冲淤厚度。本发明专利技术采用低成本的非接触式声学测量方式，无人身安全风险，解决了剔除无效的海量水下护滩结构物高程数据和测深仪自身的偏深测量噪声的问题，可以定量抽样测得护滩结构物下滩面冲淤厚度。

A method of sampling and measuring the thickness of flush and siltation under the underwater beach structure under high turbidity water

The invention discloses a method for sampling measurement of beach face high turbidity water beach protection structures under the erosion thickness, which comprises the following steps: effective measuring gap for each quadrat sampling maximum effective depth corresponding to the cumulative frequency and the initial recognition of the presence of a test; confirmation on the validity of effective time plots, sampling measurement and extraction of beach protection structures under the flat maximum effective depth; sampling calculation flat two survey times between underwater beach protection structures under the erosion thickness. The invention adopts non-contact acoustic measurement method of low cost, no personal security risks, solve the deep water mass of partial measurement noise removed invalid beach protection structures elevation data and the sounder problem can be quantitatively measured sample beach surface structure under the erosion of beach protection thickness.

【技术实现步骤摘要】
一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度抽样测量方法
本专利技术涉及水运工程水下测绘领域，具体而言，涉及一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度抽样测量方法。
技术介绍
水下护滩结构物下滩面冲淤厚度测量是评估水下护滩结构物护滩效果和结构物动态养护监测的基础工作之一。在高浊度水域(如河口、海岸区域)，通常含沙量较高且水流流速亦较大，传统方法测量水下结构物滩面水深只能采用潜水员手持压力传感器探摸的方式实施，这种直接接触式工作方法效率较低且潜水员人身安全风险较大。在高浊度水域，首先，波束最窄最为适于结构物间隙测量的激光扫描测量方法仅适用于清水工况，无法在含沙量较高的高浊度水域实施；其次目前能够快速直接识别水下障碍物下床面位置的非接触式技术手段主要为基于低频超声(如3kHz)的浅地层剖面仪或地震仪(高频超声无法穿透水下结构物)，但其实际结构物下床面水深探测误差为±0.5m左右，能够满足定性分析需要，但远不能达到护滩效果分析和工程动态监测所需的±0.2m冲淤厚度测量误差控制要求；再次，尽管结构物抛投后必然会形成一定数量的水表下视直线方向可达天然滩面的间隙，但直接使用高频超声多波束测深仪测量的结果中，水下结构物间隙内真实滩面水深混淆在海量结构物顶部水深噪声数据中，无法直接使用。在此背景下探究一种新的非接触式的能够有效抽样测得高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度测量方法是十分必要的。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术公开了一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度的抽样测量方法。其目的在于采用非接触式测量技术手段，抽样使用浅水多波束测深仪以超窄波束扫测方式，结合扫描声呐、浅地层剖面仪等辅助定性技术手段，识别出水下护滩结构物间隙并测得该间隙内滩面水深，且测量结果为直接测量值，满足河床冲淤分析误差要求。为实现上述目的，本专利技术是根据以下技术方案实现的：一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度的抽样测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：求取每一样方最大有效水深对应累积频率并初次识别存在的测量间隙的有效样方；步骤S2：确认上一测次有效样方的有效性，抽样测量并提取护滩结构物下滩面最大有效水深；步骤S3：抽样计算两测次间水下护滩结构物下滩面冲淤厚度。上述技术方案中，所述步骤S1具体包括：步骤S101：水下护滩结构物抛投施工前，使用浅水多波束测深仪以超窄波束扫测工程区，得结构物抛投施工前滩面水深；步骤S102：水下护滩结构物抛投施工结束时，使用浅水多波束测深仪以超窄波束扫测工程区，得结构物抛投施工结束时地物水深；步骤S103：将测量区域均匀划分为若干边长为N米的样方，提取每一样方内结构物抛投施工前滩面水深子集和结构物抛投施工结束时地物水深子集；步骤S104：原始地形测量数据概率分布受水下地物形状、仪器自身测量噪声和滩面地形起伏变化等因素所决定，呈分段正态概率分布，同一成因数据子集呈正态分布，其中水下地物一般高于滩面地形；点汇每一样方内结构物抛投施工前滩面水深子集的正态累积频率曲线，设置线性分段拐点处频率f1，提取累积频率0∽f1的偏深数据子集H0～f1，其中H0～f1由偏深测量噪声和正常地形起伏变化两部分组成，点汇H0～f1的正态累积频率曲线，设置另一线性分段拐点处频率f2，则对于H1水深数据集，累积频率f3＝f1×f2，累积频率f3对应水深值即为相应抽样样方内最大有效水深。因水下护滩结构物散抛于天然滩面之上，故在存在上视可见抛投间隙的样方内，本步骤所得样方内最大有效水深只能是天然滩面的水深；步骤S105：根据步骤S104所得每一样方累积频率f3和结构物抛投施工前测深数据，得每一样方内结构物抛投施工前累积频率为f3的水深值，即滩面最大有效水深HSamplePre_Max；根据步骤S104所得每一样方累积频率f3和结构物抛投施工结束时测深数据，得每一样方内结构物抛投施工结束时滩面最大有效水深HSamplePost_Max。将满足|HSamplePre_Max-HSamplePost_Max|≤0.1m的样方标记为疑似存在可测量间隙样方，否则标记为无效样方；步骤S106：使用扫描声呐和浅地层剖面仪扫描疑似存在可测量间隙样方，扫描声呐的近场平面影像和浅底层剖面仪的垂向回声影像定性显示该样方确存在结构物和可测量间隙，则最终标记该样方为有效样方，否则标记为无效样方；步骤S107：记录结构物抛投施工结束时的每一有效样方的最大有效水深，代表结构物抛投施工结束时测次的滩面水深抽样测量结果。上述技术方案中，所述步骤S2具体包括：步骤S201：使用浅水多波束测深仪以超窄波束扫测工程区包括全部上一测次有效样方的水下滩面，得到本测次测区内原始地物水深；步骤S202：使用扫描声呐和浅地层剖面仪扫描上一测次有效样方，扫描声呐的近场平面影像和浅底层剖面仪的垂向回声影像定性显示该样方内结构物与上一测次相比无明显变动，则仍为有效样方，反之则标记为无效样方；步骤S203：提取所标记的有效样方内的本测次原始地物水深子集，基于步骤S104所得每一样方累积频率f3，得本测次每一样方累积频率为f3的水深值，即本测次每一有效样方内滩面最大有效水深，即本测次护滩结构物下滩面水深抽样测量结果。上述技术方案中，所述步骤S3具体包括：步骤S301：提取本测次确认的有效样方内，前一测次所得滩面最大有效水深抽样测量值；步骤S302：每一有效样方内两测次间滩面冲淤厚度抽样值＝前一测次有效样方最大有效水深-后一测次有效样方最大有效水深，其中结果为为正表示结构物下滩面发生淤积，结果为负表示结构物下滩面发生冲刷。本专利技术与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)采用低成本的非接触式声学测量方式，无需潜水员探摸，不存在作业人员人身安全风险。(2)解决了剔除无效的海量水下护滩结构物高程数据和测深仪自身的偏深测量噪声的问题，可以定量抽样测得护滩结构物下滩面冲淤厚度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为初次识别存在可测量间隙的有效样方流程图；图2为测量并抽样提取水下护滩结构物下滩面水深流程图；图3为新型透水框架抛投区及周边水域测量样方剖分；图4为某一样方内全部测深数据(HSamplePre)正态概率分布图；图5为某一样方内较深部分测深数据(H0～f1)正态概率分布图；图6为新型透水框架抛投区BenthosCAP6600ChirpIII型浅地层剖面仪垂向声强剖面影像；图7为新型透水框架抛投区内DIDSON标准型水下识别声呐影像；图8为某一时段内新型透水框架下滩面冲淤厚度抽样测量结果。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1本专利技术在某一时间对某一河段新型透水框架抛投试验区进行实施，测区水深4-17m，新型透水框架抛设层厚约1.4m，本实施完全按照本专利技术所述的方法进行操作，包括如下步骤：步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度的抽样测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：求取每一样方最大有效水深对应累积频率并初次识别存在的测量间隙的有效样方；步骤S2：确认上一测次有效样方的有效性，抽样测量并提取护滩结构物下滩面最大有效水深；步骤S3：抽样计算两测次间水下护滩结构物下滩面冲淤厚度。

【技术特征摘要】
1.一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度的抽样测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：求取每一样方最大有效水深对应累积频率并初次识别存在的测量间隙的有效样方；步骤S2：确认上一测次有效样方的有效性，抽样测量并提取护滩结构物下滩面最大有效水深；步骤S3：抽样计算两测次间水下护滩结构物下滩面冲淤厚度。2.根据权利要求1一种高浊度水域水下护滩结构物下滩面冲淤厚度的抽样测量方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：步骤S101：水下护滩结构物抛投施工前，使用浅水多波束测深仪以超窄波束扫测工程区，得结构物抛投施工前滩面水深；步骤S102：水下护滩结构物抛投施工结束时，使用浅水多波束测深仪以超窄波束扫测工程区，得结构物抛投施工结束时地物水深；步骤S103：将测量区域均匀划分为若干边长为N米的样方，提取每一样方内结构物抛投施工前滩面水深子集和结构物抛投施工结束时地物水深子集；步骤S104：天然水下地形测量数据概率分布受测量噪声和地形起伏变化等因素所决定，呈分段正态概率分布，同一成因数据子集呈正态分布；点汇每一样方内结构物抛投施工前滩面水深子集的正态累积频率曲线，设置线性分段拐点处频率f1，提取累积频率0∽f1的偏深数据子集H0～f1，其中H0～f1由偏深测量噪声和正常地形起伏变化两部分组成，点汇H0～f1的正态累积频率曲线，设置另一线性分段拐点处频率f2，则对于H1水深数据集，累积频率f3＝f1×f2，累积频率为f3的水深值即为相应抽样样方内最大有效水深；步骤S105：根据步骤S104所得每一样方累积频率f3和结构物抛投施工前测深数据，得每一样方内结构物抛投施工前累积频率为f3的水深值，即滩面最大有效水深HSamplePre_Max；根据步骤S104所得每一样方累积频率f3和结构物抛投施工结束时测深数据，得每一样方内结构物抛投施...

【专利技术属性】
技术研发人员：李为华，戴志军，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海河口海岸科学研究中心，
类型：发明
国别省市：上海,31