淤泥质海底航道失稳滑塌全周期声纹识别与预警技术

成果编号：33554

价格：50

完成单位：江苏海洋大学，连云港港口工程设计研究院有限公司

单位类别：其他高校、企业

完成时间：2021年

成熟程度：研制阶段

服务产业领域：其他

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发布人：受理处在线

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由于淤泥质海域海水具有良好的导电性、极强的吸热能力和极差的透光性使得雷达、红外线望远镜、卫星遥感技术等依赖于激光、电磁波传播的探测技术束手无策，无法对海底沉积层进行高效探测。同时，人们较难接近海底，尤其是在恶劣的海况下，对淤泥质海底航道失稳滑塌的监测一直缺乏有效的方法，绝大多数是事后借助于测深的方法或者多波速扫描的方法查看滑塌情况，但对哪里可能出现滑塌，以及何时出现滑塌难以提出有效的证据，以便及时预测预警和采取预防措施。声波在固体和液体中较强的穿透能力和相对较小的衰减使其在海底沉积物探测中发挥了重要作用。声波在不同类型的介质中具有不同的传播特征，当介质的成分、结构和密度等因素发生变化时，声波也会发生相应的变化，形成具有一定色彩或灰度的点状、线状和块状图形组成的浅地层剖面声纹图像。海底航道边坡在其失稳滑塌的不同发育周期内，其应力应变和物理性状不同，对声速的响应也有所不同，因而在一定程度上形成了具有鉴别特征的“声学指纹”。本技术利用浅地层剖面声学图像纹理，创造性地提出利用“声纹”识别方法，探测海底航道边坡内部的密度、结构等声纹变化特征，进而探测边坡的稳定性。

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成果介绍

科技计划：省部级：江苏省重点研发计划项目（社会发展）

成果形式：新技术

合作方式：技术开发、技术服务、人才培养

参与活动：

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 0 项
已授权专利,其中:发明专利 3 项
专利号:
ZL 2018111827266
ZL2018111827285

成果简介

综合介绍

创新要点

（1）创造性提出利用声纹识别淤泥质海底航道边坡稳定性声波在固体和液体中较强的穿透能力和相对较小的衰减使其在海底沉积物探测中发挥了重要作用。沉积物的声学特性和内部组织的变化对声波的传播产生一定的影响，当沉积物的成分、结构和密度等因素发生变化时，声波亦将发生相应变化，形成具有一定色彩或灰度的点状、线状和块状图形组成的浅地层剖面声纹图像。声波在不同类型的介质中具有不同的传播特征，当介质的成分、结构和密度等因素发生变化时，声波的传播速度、能量衰减及频谱成分等也会发生相应的变化。因此，探测声波在海底介质中的信息，起到探测相应介质的结构、致密程度和完整程度等特征的作用，进而探测淤泥质海底航道边坡稳定性。（2）建立淤泥质海底航道边坡失稳滑塌全周期过程声纹图谱，创造性提出利用声学指纹进行航道边坡失稳滑塌预测预警建立淤泥质海底航道边坡失稳滑塌全周期过程声学图谱，声学图谱是由一定灰度的点状、块状和线状图形组成的一系列声学图像，反映不同性质的海底地层图像的特征。由于沉积物不同，它们的颗粒成分、级配、密度、含水量等也不相同，对声波的透射和反射能力也就不同，反映在记录图像上，就表现为由不同密度和大小的扫描颗粒组合成不同色调和类型的声学图像。因此，探测声波在海底介质中的信息，起到探测相应介质的结构、致密程度和完整程度等特征的作用。海底航道边坡在其失稳滑塌的不同发育周期内，其应力应变和物理性状不同，通过获取海底航道失稳滑塌全周期过程声学图像，建立淤泥质海底航道边坡失稳滑塌过程声学图谱，利用声学图谱技术从声学图像中提取声学纹理特征，从图谱中识别失稳滑塌早期声学特征，作为预测预警“声学指纹”。

技术指标

（1）一种淤泥质海底航道失稳滑塌全周期声纹识别方法同一海底沉积物在不同应变阶段，声速具有明显的随应力变化而变化的特征，航道边坡沉积物在其失稳滑塌的不同发育周期内，边坡所受的应力发生变化，相应地沉积物微结构发生变化，进而导致其声速也相应发生变化，因而在一定程度上形成了具有鉴别特征的“声学指纹”。声纹是声学图像的纹理特征，反映边坡内部结构和密度等状态。借鉴“指纹”技术，创造性提出利用“声纹”识别方法，探测海底航道边坡内部的密度、结构等声纹变化特征，进而探测边坡的失稳滑塌过程。（2）一种淤泥质海底航道失稳滑塌预测预警技术采用时间序列声学图像声纹特征以图谱的形式创造性地实现航道边坡动态识别，解决了边坡随时间推移而产生的变化过程。从沉积声学图谱中提取航道失稳滑塌过程中沉积物声学特征，获取淤泥质海底航道失稳滑塌全周期声纹，找出声学特征与航道失稳滑塌之间的变化规律，识别失稳滑塌早期声纹特征，作为预测预警“声学指纹”。（3）一种淤泥质海底航道边坡稳定性实时监测方法将定点浮标系统与航道边坡声学探测系统、声学图像传输系统和监控系统联系起来，创造性地提出航道边坡定点原位实时连续监测方式，通过获取全天候航道边坡沉积声学图谱，根据沉积声学图谱变化预判海底航道边坡沉积物内部结构的形变，实现了常规人工调查难以准确监测的困难，尤其是在风暴潮、大风浪等恶劣天气下能够实时监测海底航道边坡稳定性，实现了全天候实时监测。

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