【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水土岸坡监测，尤其涉及一种非稳态传热水土界面识别方法、监测系统及验证方法。
技术介绍
1、水路运输基础设施因其运力大、成本低、能耗低的特点在重大交通基础设施中起着关键作用。然而，泥沙冲淤问题成为影响水路设施性能的关键因素之一，严重威胁了水运基础设施的安全和运营效率。各类水运基础设施都受到泥沙冲淤问题的困扰，如海港港区、河口航道、船闸水库等。这些问题的出现导致了航道淤积、港口安全隐患增加等一系列严重后果。解决这一问题需要对多种因素进行长期观测、分析与计算，并采取水域清淤疏浚和结构物整治等措施。然而，数据收集难度大，预测工作精度低，使得工程规划和设备维护成本大幅增加。
2、泥沙冲淤过程监测的本质是识别水土界面。目前，对于泥面高度的监测方法主要包括接触探测法、土压测试法、光电测深法、声纳监测法、激光监测法、潜水器测深法、卫星量测法和电阻率探杆监测法等。接触探测法包括测杆法和测绳重锤法，都属于机械测量的原始方法，可用于定点测量。接触探测法仅适用于浅水水域，效率低，精度差，人力成本高。土压测试法是根据不同淤积深度处的水下土压力不同，利用压力计推算出传感器以上的淤泥厚度，从而绘制分布式水底地形图。光电测深法是一种监测沉积物蚀积的技术。光电感应探杆（peep）利用太阳光照射下的感光单元产生电压信号，监测沉积物蚀积情况，但需要阳光照射，水下工作效果不佳。经改进为沉积测量仪（sedimeter），利用仪器发出的红外光线感应沉积物高度，但在近海环境中受悬浮颗粒干扰。声纳监测法是根据回声测深原理的方法，利用水体中的平均声速为
3、综上所述，码头岸坡泥沙冲淤变化受到流域地形、水动力、含沙量、盐浓度梯度、人工结构物密度等因素等影响，易随时间、空间发生变化，具有周期性和不确定性。开发码头冲淤监测系统研发，实现码头冲淤形态高精度实时态势感知，对从根本上解决由冲淤引起的水运工程难题，支撑水运行业向智能化、高效化升级转型，具有重大意义。然而，我国目前主流的淤积监测方法为结合gps技术的多波束船载声纳探测法，国际上也有采用机载激光测深、侧扫声纳等方式实现淤积监测工作的方法，以上方案同样难以实现实时监测，且设备价格高，人力成本高，难以推广使用。
4、以天津南港、临港围海造陆区实际工程为例，将船载海陆一体化三维地形测量技术引入淤积监测工作中，建立统一的坐标系，通过集成三维激光测距、多波束测深、定位、定姿等技术，解决了由于水上水下分部测量造成的地形拼接问题。但是这一方法仍依赖于行船定期巡航监测，难以实现在不影响通航需求的情况下实时监测。此外，国际上也有采用机载激光测深、侧扫声纳等方式实现淤积监测工作的方法，但以上方案同样难以实现实时监测，且设备价格高，人力成本高，难以推广使用，所以尚无有效的适用于码头岸坡冲淤智能实时监测技术的水土界面识别方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种解决目前主流监测方法存在实时监测困难、人工操作复杂、设备成本高等问题的非稳态传热水土界面识别方法、监测系统及验证方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种基于非稳态传热原理的水土界面识别方法，其特征在于包括以下步骤：
3、s1.将线性热源设置于水土介质中并轴向贯穿水土交界面，设置感温传感器，所述感温传感器采集靠近线性热源的轴向长度方向上温度数据，所述感温传感器与所述线性热源之间具有用于传递热量的介质，所述介质为所述水土介质或设置于水土介质中的导热介质；
4、s2.改变线性热源的温度并收集感温传感器所采集的温度数据；
5、s3.依据感温传感器采集的温度数据得到在靠近线性热源的轴向长度方向上的温度数值随时间变化的温度变化速率数据，所述温度变化速率呈现最大值所对应的轴向位置为水土界面的位置。
6、在上述技术方案中，优选的，以所述线性热源轴向作为纵坐标、以温度数值作为横坐标建立坐标系，在所述坐标系中绘制不同时间t下的温度-位置图线，所有温度-位置图线呈现具有阶梯部的线束，所述阶梯部对应的纵坐标位置为水土界面的位置。该方法基于传热学原理获取沿剖面竖向方向上的温度变化曲线，热源模型温度曲线在水土界面处存在明显阶梯特征，可实现水土界面的高精度识别，通过水土两种介质的温度变化速率判别水土界面，精度高。
7、在上述技术方案中，优选的，所述导热介质为pvc材质或者金属材质的管体，管体轴向贯穿水土交界面，所述线性热源是缠绕于所述管体的加热线材，所述感温传感器是设于所述管体表面的感温光纤传感器。系统制作以感温光纤作为感温传感器，技术成熟，耐腐蚀性强，测点多，可靠性高。
8、在上述技术方案中，优选的，在所述管体上以螺旋等间距布设方式设置所述加热线材和所述感温光纤传感器，将所述感温光纤传感器与所述加热线材并行设置并通过环氧树脂材料包覆固定于所述管体外壁。
9、优点和效果：
10、由于水土两种介质的热力学参数存在明显差异，固体在液态水体和固态土体中的热传递方式存在明显区别，在液态海水中主要以热对流方式传热，在固体土体中主要以热传导方式传热，温度变化速率差异明显。基于上述原理，本专利技术提出的基于非稳态传热原理的水土界面实时监测方法，具有以下优点和效果：
11、1、高精度实时获取：该方法可在大型港口码头有限本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于：以所述线性热源轴向作为纵坐标、以温度数值作为横坐标建立坐标系，在所述坐标系中绘制不同时间t下的温度-位置图线，所有温度-位置图线呈现具有阶梯部的线束，所述阶梯部对应的纵坐标位置为水土界面的位置。
3.根据权利要求2所述的非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于：所述导热介质为PVC材质或者金属材质的管体，管体轴向贯穿水土交界面，所述线性热源是缠绕于所述管体的加热线材，所述感温传感器是设于所述管体表面的感温光纤传感器。
4.根据权利要求3所述的非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于：在所述管体上以螺旋等间距布设方式设置所述加热线材和所述感温光纤传感器，将所述感温光纤传感器与所述加热线材并行设置并通过环氧树脂材料包覆固定于所述管体外壁。
5.一种基于权利要求4所述的非稳态传热水土界面识别方法的水土界面识别监测系统，其特征在于包括：
6.根据权利要求5所述的水土界面识别监测系统，其特征在于：所述管体和安装
7.一种权利要求6所述的水土界面识别监测系统的验证方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的验证方法，其特征在于：所述验证方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于：以所述线性热源轴向作为纵坐标、以温度数值作为横坐标建立坐标系，在所述坐标系中绘制不同时间t下的温度-位置图线，所有温度-位置图线呈现具有阶梯部的线束，所述阶梯部对应的纵坐标位置为水土界面的位置。
3.根据权利要求2所述的非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于：所述导热介质为pvc材质或者金属材质的管体，管体轴向贯穿水土交界面，所述线性热源是缠绕于所述管体的加热线材，所述感温传感器是设于所述管体表面的感温光纤传感器。
4.根据权利要求3所述的非稳态传热水土界面识别方法，其特征在于：在所述管体上以螺旋等间...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹纪龙，刘孟孟，孙熙平，王鑫，郭尚，张干，朱鹏瑞，李越松，王亚民，薛润泽，杨颂，张迪，袁良智，
申请(专利权)人：交通运输部天津水运工程科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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