[发明专利]港口航道水深实时监测方法及系统

说明书

技术领域

本领域涉及一种港口航道水深实时监测方法及系统。

背景技术

港口泥沙淤积现象在世界范围内普遍存在，由于其直接影响安全航 行和航运效益，各有关国家对此十分重视，开展了多种泥沙淤积预报理 论和现场监测技术的研究。目前，港口航道淤积的测量方法有直接测量 法和间接测量法。

直接测量法的常用手段是利用船载双频测深仪、侧扫声纳、多波束 测深系统等进行水下淤泥厚度的测量。该方法虽然能够直接测量出淤积 不严重的港口的淤积状况，但测量时存在以下问题：要想实现实时监测， 需要测量船反复不断地在港口进行测量，这样就会影响航道的正常运营； 在大风浪等恶劣环境下，测量船不能够出航测量。

间接测量法是利用光学或声学方法测量出不同时段的水深，结合相 应的潮位信息推算出淤积厚度，主要手段有机载激光测量法和预报模型 法。其中：

(1)机载激光测深技术是集成激光、全球卫星定位与导航、自动控 制、航空、计算机等前沿技术，以直升机或固定翼飞机为平台，从空中 向海面发射激光束来测量水深的海洋高技术。机载海洋激光测深系统通 过分析激光测海的回波波形来确定海底的位置。

该方法存在缺点：利用该方法的探测深度与激光功率大小、接收机 的效率、水体浑浊程度和背景噪声影响有关。浑浊水体探测深度和测深 精度相对较低，而且以直升机或固定翼飞机为平台成本太高。

(2)由于港口航道的泥沙淤积受到风浪、潮流、泥沙运动等各种因 素的影响，所以如果想了解预定港口的淤泥淤积情况，需要结合潮汐、 气象、海流、流体力学、水动力学等多门学科的基本理论建立数学模型 来预测航道泥沙淤积规律。

但是，已有文献中所建立的淤积预报模型，均需要知道港口风浪的 数值模型，潮流的数值模型，泥沙运动的数学模型和航道回淤模型，所 以建立的模型均带有较大的经验性。模型中的一些参数取值的合理性以 及所代表的物理背景尚存质疑和争论，因此现有技术所采用方法的客观 性存在问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种方便简捷的港口航 道水深实时监测方法和简单实用、测量精度高的港口航道水深实时监测 系统。

本发明提供的港口航道水深实时监测方法包括：以下步骤：a.以一 定的倾斜角度安装于航道一侧的水下声纳发射组件将超声波入射到航道 底部中心位置，并经过航道底部反射至安装于航道另一侧的水下声纳接 收组件；b.水下声纳接收组件接收超声波信号，并基于所述信号获取航道 水深参数；c.将航道水深参数传送到监控中心。

优选地，在步骤a中：发射换能器和接收换能器以相同角度相对航 道底部中心位置对称安装。

优选地，发射换能器与接收换能器通过GPS同步技术实现同步开启。

优选地，所述倾斜角度为0-90度。

优选地，在步骤b中，采用短时能量法和多途时延估计算法对所述 超声波信号进行端点检测和多途分离，以便获取航道水深参数。

本发明还提供了一种港口航道水深实时监测系统，所述系统包括： 发射换能器、接收换能器和监控中心，其中，所述发射换能器和接收换 能器分别安装在航道两侧；监控中心与所述接收换能器无线连接。

优选地，水下声纳发射组件包括发射换能器及其驱动模块、GPS授 时模块、无线数据传输模块、电源管理模块及蓄电池。

优选地，水下声纳接收组件包括：接收换能器、声纳接收驱动模块、 数据采集与处理模块、无线数据传输模块、GPS授时模块、高精度计时 模块、电源管理模块、海水温度采集模块及蓄电池。

优选地，监控中心包括服务器和无线数据传输模块。

采用本发明的方法和系统，只需将测量系统安装到航道的两侧即可， 不会影响航道的正常运营，与现有技术相比，可以提高船舶运营效益。

本发明的港口航道水深实时监测系统可以工作在大风、大浪等恶劣 环境下，可以实时掌握港口航道的淤泥变化规律，为船舶的安全运行提 供保障。

本发明的港口航道水深实时监测系统的测量精度高，可以准确获得 港口航道水深参数，进而可以减少挖泥工作的盲目性，有效地提高挖泥 工程的工作效率，大大减少挖泥工程作业的成本，提高航道维护工作的 效益和效率。