CN112180449A - 水下声波映像方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水下声波映像方法及系统，方法包括如下步骤：步骤1：将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；步骤2：激发电火花震源，记录信号；步骤3：同时移动两条工作线，按步骤2的方法采集下一个测点数据；步骤4：用采集到的信号作波形剖面图；步骤5：从图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；步骤6：根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。本发明可以快速获得水底下部结构信息，提高水底下部结构分层的测量精确度，具有检测速度快、结果直观可视化的特点。本发明对水下勘探具有十分重要的工程意义。

Description

水下声波映像方法及系统

技术领域

本发明涉及水下环境和工程地质领域，具体地，涉及一种水下声波映像方法及系统。

背景技术

随着时间的推移，穿越水域的大桥桥墩基础会受到不同形态的侵害，当桥墩基础冲刷超过设计水准时需要对基础进行加固维护，以防基础的承载力与抗倾覆能力降低。为防止基础覆土被水流大量冲刷，最为广泛的做法是采用回填方法，而通常采用这种方法，需要掌握海底的地质、地貌和人工构筑物抛填后的位置，以便评估其防冲刷性能以及进一步确定后续的抛填量与方位。因此，对水域大桥基础进行定期勘测具有非常重大的工程意义。

目前水域勘探技术主要有侧扫声呐、重力法等，侧扫声呐分辨力高，但它的作用距离受声波在水中温度、盐度、静压力等因素影响，会导致海底地形和声图的变形失真；重力法适合于探测深部构造，但在船载重力测量中，随着观测距离的增加，海底重力信号中的高频分量会迅速衰减并率先消失。

公开号为“CN108362776A”专利文献公开了“一种多偏移距超声波映像检测方法”，该方法解决的技术问题是解决了较常规的双探头单侧超声波方法信息更全，缺陷反映直观等问题，与本发明明显不同。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水下声波映像方法及系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种水下声波映像方法，包括如下步骤：

步骤1，将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；

步骤2，激发电火花震源，记录信号；

步骤3，同时移动两条工作线，按步骤2的方法采集下一个测点数据；重复以上步骤2、步骤3过程直至将整条测线的数据采集为止；

步骤4，用采集到的信号作波形剖面图；

步骤5，从图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；

步骤6，根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。

优选地，在所述步骤1中，在所述两条工作线上分别布置单个发射器和多个检波器，并保持各个所述检波器间距相等，然后放置在水中。

优选地，所述步骤2包括：

步骤2.1，激发距离所述发射器和所述检波器一定距离的电火花震源；

步骤2.2，水中的所述发射器发射声波，然后所述检波器接收波；

步骤2.3，用采集系统记录所述检波器采集到的声波信号，完成一个测点的数据采集，所述采集系统包括地震仪和计算机；

优选地，在所述步骤3中，具体地，将发射器和检波器同时往一个方向移动相同距离。

优选地，所述步骤4包括：

步骤4.1，将采集到的信号按所述检波器坐标大小依此排列，得到一条共偏移距映像剖面；

步骤4.2，对检测数据进行波形处理，按实际位置做成剖面图。

优选地，在所述步骤4.2中，对共偏移距映像剖面进行有效数据提取、格式变换、加入检波器位置信息。

优选地，在所述步骤4.2中，把持续存在的噪音滤掉，所述噪音包括勘探环境中的噪音，然后根据频谱关系将震源以外的冲击噪音滤掉。

优选地，在所述步骤5中，包括：

步骤5.1，根据处理后的波形图，基于弹性波反射技术，识别水底下部界面；

步骤5.2，结合实际地形，对测试区域进行三维映像处理，得到三维结果。

优选地，在所述步骤6中，对上下层界面进行等间距网格化处理，根据上下界面高度差计算每一个网格体积，计算水下结构体积数量。

根据本发明的另一个方面，提供了一种水下声波映像系统，包括如下模块：

模块M1，将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；

模块M2，激发电火花震源，记录信号；

模块M3，同时移动两条工作线，按模块M 2的方法采集下一个测点数据；重复以上模块M2、模块M3过程直至将整条测线的数据采集为止；

模块M4，用采集到的信号作波形剖面图；

模块M5，从波形剖面图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；

模块M6，根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用单点激发多点接收的采集方式，可以高密度采集数据并快速获得水底下部的结构界面，且成本低、操作方便、省时省力；

2、本发明基于弹性波反射技术，对实测数据进行时深转换，得到水底下部结构深度信息；

3、本发明能有效解决水底下部未知物界面探测问题，对提高桥墩桩基等水下建筑物周边环境的探测精度具有十分重要的意义；

4、本发明可以实现对水底下部介质界面的高密度快速无损探测，具有结果直观可视的特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明声波映像法原理示意图；

图2为本发明工作方法图；

图3为本发明测量后波形剖面图；

图4为本发明三维结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种水下声波映像方法，包括如下步骤：

步骤1，将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；步骤2，激发电火花震源，记录信号；步骤3，同时移动两条工作线，按步骤2的方法采集下一个测点数据；重复以上步骤2、步骤3过程直至将整条测线的数据采集为止；步骤4，用采集到的信号作波形剖面图；步骤5，从图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；步骤6，根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。

步骤1中，在所述两条工作线上分别布置单个发射器和多个检波器，并保持各个所述检波器间距相等，然后放置在水中。

步骤2包括：步骤2.1，激发距离所述发射器和所述检波器一定距离的电火花震源；步骤2.2，水中的所述发射器发射声波，然后所述检波器接收波；步骤2.3，用采集系统记录所述检波器采集到的声波信号，完成一个测点的数据采集，所述采集系统包括地震仪和计算机；

步骤4包括：步骤4.1，将采集到的信号按所述检波器坐标大小依此排列，得到一条共偏移距映像剖面；步骤4.2，对检测数据进行波形处理，按实际位置做成剖面图。述步骤4.2中，对共偏移距映像剖面进行有效数据提取、格式变换、加入检波器位置信息。述步骤4.2中，把持续存在的噪音滤掉，所述噪音包括勘探环境中的噪音，然后根据频谱关系将震源以外的冲击噪音滤掉。

步骤5中，包括：步骤5.1，根据处理后的波形图，基于弹性波反射技术，识别水底下部界面；步骤5.2，结合实际地形，对测试区域进行三维映像处理，得到三维结果。

步骤6中，对上下层界面进行等间距网格化处理，根据上下界面高度差计算每一个网格体积，计算水下结构体积数量。

在本实施例中，如图1与图2所示，包含激发装置、采集装置以及测量船6、水7、水底下部介质一8和水底下部介质二9。激发装置包含电火花1、发射器2；采集装置包含地震仪3、计算机4和检波器5。电火花为能瞬间高压放电使发射器2在水中产生电弧，使周围水体加热成蒸汽，蒸汽爆炸产生声波；检波器5由宽频带高灵敏度压电陶瓷元器件和放大电路构成，把作用在器件上的压力波转换成电信号；检波器5等间隔线状排列；测量船6为自身振动小，对测试过程的震源和波动影响较小。

实际操作过程中，在将发射器和各个检波器布置在相应工作线位置上后，应按测线设计位置进行布设。电火花震源应在电压达到一定数值后瞬间激发。图1为本发明原理图和工作方法图。优选地，在完成一次测点采集后，将两条工作线相应地移动Δx距离，继续下一个点的测量，最终实现多点测量。

在采集数据后，将波形信号按检波器坐标从小到大排列，进行滤波处理后如图3所示，横轴为测线距离向右排列，纵轴为检波器接收到信号的双程时长，方向向下；从图3按波形分布、振幅强弱等分析得到水底下部介质的界面，根据实际地形信息进行三维映像处理如图4所示，在三维映像的基础上通过网格化处理定量计算水下结构体积量。

本发明还提供了一种水下声波映像系统，包括如下模块：

模块M1，将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；

模块M2，激发电火花震源，记录信号；

模块M3，同时移动两条工作线，按模块M 2的方法采集下一个测点数据；重复以上模块M2、模块M3过程直至将整条测线的数据采集为止；

模块M4，用采集到的信号作波形剖面图；

模块M5，从波形剖面图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；

模块M6，根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种水下声波映像方法，其特征在于，包括：

步骤1，将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；

步骤2，激发电火花震源，记录信号；

步骤3，同时移动两条工作线，按步骤2的方法采集下一个测点数据；重复以上步骤2、步骤3过程直至将整条测线的数据采集为止；

步骤4，用采集到的信号作波形剖面图；

步骤5，从波形剖面图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；

步骤6，根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。

2.根据权利要求1所述的水下声波映像方法，其特征在于，在所述步骤1中，在所述两条工作线上分别布置单个发射器和多个检波器，并保持各个所述检波器间距相等，然后放置在水中。

3.根据权利要求2所述的水下声波映像方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤2.1，激发距离所述发射器和所述检波器一定距离的电火花震源；

步骤2.2，水中的所述发射器发射声波，然后所述检波器接收波；

步骤2.3，用采集系统记录所述检波器采集到的声波信号，完成一个测点的数据采集，所述采集系统包括地震仪和计算机。

4.根据权利要求1所述的水下声波映像方法，其特征在于，在所述步骤3中，将发射器和检波器同时往一个方向移动相同距离。

5.根据权利要求1所述的水下声波映像方法，其特征在于，所述步骤4包括：

步骤4.1，将采集到的信号按所述检波器坐标大小依此排列，得到一条共偏移距映像剖面；

步骤4.2，对检测数据进行波形处理，按实际位置做成剖面图。

6.根据权利要求5所述的水下声波映像方法，其特征在于，在所述步骤4.2中，对共偏移距映像剖面进行有效数据提取、格式变换、加入检波器位置信息。

7.根据权利要求5所述的水下声波映像方法，其特征在于，在所述步骤4.2中，把持续存在的噪音滤掉，所述噪音包括勘探环境中的噪音，然后根据频谱关系将震源以外的冲击噪音滤掉。

8.根据权利要求1所述的水下声波映像方法，其特征在于，在所述步骤5中，包括：

步骤5.1，根据处理后的波形图，基于弹性波反射技术，识别水底下部界面；

步骤5.2，结合实际地形，对测试区域进行三维映像处理，得到三维结果。

9.根据权利要求1所述的水下声波映像方法，其特征在于，在所述步骤6中，对上下层界面进行等间距网格化处理，根据上下界面高度差计算每一个网格体积，计算水下结构体积数量。

10.一种水下声波映像系统，其特征在于，包括：

模块M1，将两条分别布置有发射器和检波器的工作线放置在水中；

模块M2，激发电火花震源，记录信号；

模块M3，同时移动两条工作线，按模块M 2的方法采集下一个测点数据；重复以上模块M2、模块M3过程直至将整条测线的数据采集为止；

模块M4，用采集到的信号作波形剖面图；

模块M5，从波形剖面图中识别水下区域，并结合实际地形，得到水下三维结果；

模块M6，根据水下三维地形结果，对水下结构上下层界面进行网格化处理，计算水下结构体积量。

Images