一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量系统及方法，所述系统由数据采集与分析系统和环境参数测量系统两部分组成，其中，所述数据采集与分析系统包括监测传感器；信号采集模块，可多通道同时采集；处理分析模块，对所述信号采集模块测量结果进行实施数据记录及处理分析，并提供现场数据交互显示。本发明专利技术采用多传感器进行垂向声场测量，结合能量平均方法，可以很好的抑制因浅海声场起伏带来的高测量误差。同时，利用噪声频带内能量相对稳定的特点，以分析频率为中心频率计算的1/3倍频程频带声压级进行噪声源级获取，提高了噪声分析的精度，且计算方法简单、便于实施。实施。实施。

【技术实现步骤摘要】
一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量系统及方法

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[0001]本专利技术涉及水声测量领域，具体讲是一种基于浅海声信道响应的打桩冲击 噪声源级测量系统及方法。

技术介绍
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[0002]随着海洋资源开发利用及海洋经济的迅猛发展，国内海洋工程数量不断增 加。据统计，我国围填海、海上堤坝、跨海桥梁、港口建设、海上风电、海底 管道、海洋矿产资源勘探开发等海洋工程数量以每年400多个快速递增，这些 涉海工程在建设过程所产生的高能量冲击打桩水下噪声污染将对海洋环境及海 洋生物带来较大影响，必须建立有效的测量方法以评估这些涉海工程在建设过 程中产生的水下打桩噪声的影响，为进一步做好水下打桩噪声控制及评估噪声 影响提供数据支撑及方向指导。
[0003]在浅海环境开展水下辐射噪声测试是一个较为复杂的问题，面临着高背景 噪声、混响、海况、数据采集方式等诸多因素的制约，给噪声测量带来极大的 不确定性。当前，国内在有源目标水下噪声测试方面缺少相关明确的文件依据， 已有的GB/T 5265
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2009《声学水下噪声测量》标准仅适用于水下环境噪声测量， 侧重规定测试的工作程序，缺乏对方法的内容；另一个GB/T 19485
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2014《海洋 工程环境影响评价技术导则》也只对海洋工程建设项目环境影响评价的工作程 序、评价内容和方法等提出了通用性要求，缺乏对水下辐射噪声测量的准确描 述。现有测量标准及测量方法仅能给出监测点位处的噪声大小，无法对打桩过 程实际产生的冲击水下噪声源级及影响范围做出准确预测，并且测试方法及数 据准确性受环境因素影响大，无法满足当前及未来一段时期内的测试精度要求。

技术实现思路
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[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种基于浅海声信道响应的打桩冲击 噪声源级测量系统，用于解决浅海多途环境下涉海工程打桩过程产生的水下冲 击噪声源级的准确测量及噪声影响范围的预测问题。
[0005]本专利技术的技术解决方案是，提供一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声 源级测量系统,所述系统由数据采集与分析系统和环境参数测量系统两部分组 成，其中，
[0006]所述数据采集与分析系统包括
[0007]监测传感器，其在水下多点位进行布放，实现对时变打桩冲击噪声的全过 程记录，以及将时间依赖性和空间依赖性分离开，并在测量带宽内灵敏度起伏 不超过2dB；
[0008]信号采集模块，可多通道同时采集；
[0009]处理分析模块，对所述信号采集模块测量结果进行实施数据记录及处理分 析，并提供现场数据交互显示；
[0010]多功能计算机，其为便携式结构；
[0011]所述环境参数测量系统包括
[0012]测深仪，用于测定现场深度；
[0013]温盐深仪，用于测定不同深度的水体的水温和盐度；
[0014]风速风向仪，用于现场全周向方位风向进行测试；
[0015]AIS信标，提供监测点位坐标；
[0016]声级计，对现场空气噪声进行实施监测；
[0017]流速仪，提供水域不同水层深度的水流速；
[0018]AIS测距系统，实时获取水域周边船舶情况及提供监测点位坐标。
[0019]本专利技术还提供一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量方法包括 以下步骤：
[0020]1)获取测试对象及试验水域环境相关参数；
[0021]2)选取监测点位及监测传感器布放；
[0022]3)多点位同时采集记录打桩冲击水下噪声信号；
[0023]4)采用时空能量平均算法处理传感器监测信号，获取冲击噪声级；
[0024]5)采用最小二乘法拟合出该水域打桩冲击水下辐射噪声压级和测量距离间 的声传播估算规律；
[0025]6)根据获取的声传播规律，反演出打桩冲击水下辐射噪声源级。
[0026]作为优选，所述步骤1)中，获取的测试对象参数包括桩基尺寸、桩的标识 和位置、桩基的材料、类型、桩基处的水深、桩锤蓄能时间和采用的降噪系统 等，获取的环境参数包括水深剖面、风速、风向、声速剖面、水流速及流向等。
[0027]作为优选，所述步骤2)中，监测点位的选取应确保海底较为平坦，不存在 大沙堤或沟渠的方向进行。
[0028]作为优选，所述步骤2)中，监测点位与桩基之间的最小水平距离不小于桩 基处水深的三倍。
[0029]作为优选，所述步骤2)中，监测传感器的数量至少两个，并且布放位置基 于海面测量在二分之一水深和四分之三水深之间。
[0030]作为优选，获取打桩冲击水下噪声数据之后，应计算出水下辐射噪声频带 声压级和声压谱级。
[0031]作为优选，基于处理得到的打桩冲击水下噪声数据，利用最小二乘法拟合 出该试验水域水下声能量传播计算模型，进一步计算得到冲击打桩水下辐射噪 声源级。
[0032]作为优选，步骤4)中，应用时空能量平均算法包含两个过程，一个过程是 对某一监测点位不同水层深度测量的单次打桩声脉冲信号进行垂向空间能量平 均，获取单次打桩频带声压级平均值：
[0033][0034]其中，m为传感器数量，L
pea
为能量平均声压级，L
pf,i
为单个传感器测量的 单个冲击噪声声压级；
[0035]另一个过程是对某一监测点位在连续打桩期间记录的与冲击打桩相关联所 有声脉冲进行时域能量平均，计算出整个打桩过程或打桩过程某一阶段的噪声 时空能量平均声压级：
[0036][0037]其中，n为声脉冲数量，L
pea
为利用式(1)计算的空间能量平均声压级，L
T,mean
为打桩冲击噪声时空能量平均声压级。
[0038]采用以上方案后与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术采用锚系 布放方式，在以打桩桩基为中心的辐射声场上，在不同水平距离和不同水层深 度上布设多个测量点位，获取整个打桩冲击过程中辐射噪声数据，然后通过时 空能量平均算法得到打桩期间不同监测水平距离处的噪声声压级，并结合最小 二乘法实现浅海声信道传播特征的估计，进而实现冲击打桩水下辐射噪声源级 的准确获取，提高了水下噪声单次测量的准确性，弥补了国内对浅海冲击打桩 过程的水下辐射噪声源级评估能力的不足。
[0039]本专利技术采用多传感器进行垂向声场测量，结合能量平均方法，可以很好的 抑制因浅海声场起伏带来的高测量误差。同时，利用噪声频带内能量相对稳定 的特点，以分析频率为中心频率计算的1/3倍频程频带声压级进行噪声源级获 取，提高了噪声分析的精度，且计算方法简单、便于实施。
[0040]本专利技术基于冲击打桩辐射噪声监测数据，拟合得到的冲击打桩辐射噪声传 播衰减曲线，可用于打桩过程产生的冲击水下辐射噪声源级的获取以及各种减 振降噪措施效果的评价。
附图说明：
[0041]图1为本专利技术测量系统的组成示意图
[0042]图2为本专利技术实际布放示意图
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量系统,其特征在于：所述系统由数据采集与分析系统和环境参数测量系统两部分组成，其中，所述数据采集与分析系统包括监测传感器，其在水下多点位进行布放，实现对时变打桩冲击噪声的全过程记录，以及将时间依赖性和空间依赖性分离开，并在测量带宽内灵敏度起伏不超过2dB；信号采集模块，可多通道同时采集；处理分析模块，对所述信号采集模块测量结果进行实施数据记录及处理分析，并提供现场数据交互显示；多功能计算机，其为便携式结构；所述环境参数测量系统包括测深仪，用于测定现场深度；温盐深仪，用于测定不同深度的水体的水温和盐度；风速风向仪，用于现场全周向方位风向进行测试；AIS信标，提供监测点位坐标；声级计，对现场空气噪声进行实施监测；流速仪，提供水域不同水层深度的水流速；AIS测距系统，实时获取水域周边船舶情况及提供监测点位坐标。2.一种基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)获取测试对象及试验水域环境相关参数；2)选取监测点位及监测传感器布放；3)多点位同时采集记录打桩冲击水下噪声信号；4)采用时空能量平均算法处理传感器监测信号，获取冲击噪声级；5)采用最小二乘法拟合出该水域打桩冲击水下辐射噪声压级和测量距离间的声传播估算规律；6)根据获取的声传播规律，反演出打桩冲击水下辐射噪声源级。3.根据权利要求2所述的基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量方法，其特征在于：所述步骤1)中，获取的测试对象参数包括桩基尺寸、桩的标识和位置、桩基的材料、类型、桩基处的水深、桩锤蓄能时间和采用的降噪系统，获取的环境参数包括水深剖面、风速、风向、声速剖面、水流速及流向。4.根据权利要求2所述的基于浅海声信道响应的打桩冲击噪声源级测量方法，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉财，易文胜，陈毅，冯志维，梁丽辉，卢普悦，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：