淤泥检测系统及淤泥检测方法 |
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| 申请号 | CN201710874866.9 | 申请日 | 2017-09-25 | 公开(公告)号 | CN107504936A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 江苏省水利科学研究院; | 发明人 | 王茂枚; 赵钢; 钱钧; 徐毅; 汪洋; 蔡军; 周广宇; 王军; 陈楠; 姜果; 潘逸卉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种淤泥检测系统及淤泥检测方法，该淤泥检测系统包括 数据处理 模 块 、液位检测模块以及贯入阻 力 检测模块；所述数据处理模块与所述液位检测模块、所述贯入阻力检测模块相连，所述数据处理模块用于根据在所述贯入阻力检测模块贯入待测 水 体 过程中所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力确定所述贯入阻力检测模块的 位置 ，并根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度计算所述待测水体的淤泥层厚度。本发明能够精确并高效地测量浅水河流湖泊的淤泥厚度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种淤泥检测系统，其特征在于，包括数据处理模块、液位检测模块以及贯入阻力检测模块； |
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| 说明书全文 | 淤泥检测系统及淤泥检测方法技术领域背景技术[0003] 淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积的天然含水率大于液限、天然孔隙比大于1.0的黏性土，其粒径小于0.03mm。通过对浅水河流湖泊淤泥分布及其厚度的测定分析，可以量化人类活动和自然因素对河流湖泊的影响，为河流湖泊综合治理和水资源保护方案的制定提供技术支撑，但由于水下环境的复杂性，淤泥厚度的测量一直是水下测量的一个难题，如何能够精确并高效地测量浅水河流湖泊的淤泥厚度是目前亟待解决的问题。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种淤泥检测系统及淤泥检测方法，能够精确并高效地测量浅水河流湖泊的淤泥厚度。 [0006] 所述数据处理模块与所述液位检测模块、所述贯入阻力检测模块相连，所述数据处理模块用于根据在所述贯入阻力检测模块贯入待测水体过程中所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力确定所述贯入阻力检测模块的位置，并根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度计算所述待测水体的淤泥层厚度。 [0007] 优选地，所述数据处理模块包括处理单元以及与所述处理单元相连的存储单元。 [0008] 优选地，所述数据处理模块还包括与所述处理单元相连的数据输入输出单元。 [0009] 优选地，所述淤泥检测系统还包括与所述处理单元相连的显示模块。 [0010] 为实现上述目的，本发明的技术方案还提供了一种淤泥检测方法，包括： [0011] 数据处理模块获取当贯入阻力检测模块贯入至待测水体的淤泥层顶部时液位检测模块在所述待测水体的深度； [0012] 所述数据处理模块获取当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度； [0013] 所述数据处理模块根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度计算所述待测水体的淤泥层厚度。 [0014] 优选地，当所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力在预设时间内的变化量大于或等于第一预设值时，所述数据处理模块判断所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部； [0015] 当所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力在预设时间内的变化量大于或等于第二预设值时，所述数据处理模块判断所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部。 [0016] 优选地，还包括： [0017] 所述数据处理模块根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及所述液位检测模块与所述贯入阻力检测模块之间的距离计算所述待测水体的淤泥层顶部的深度； [0018] 所述数据处理模块根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及所述液位检测模块与所述贯入阻力检测模块之间的距离计算所述待测水体的淤泥层底部的深度。 [0019] 优选地，还包括： [0020] 显示模块显示所述待测水体的淤泥层顶部的深度、所述待测水体的淤泥层底部的深度以及所述待测水体的淤泥层厚度。 [0022] 图1是本发明实施方式提供的一种淤泥检测系统的示意图； [0023] 图2是本发明实施方式提供的在一次测量过程贯入阻力检测模块检测的贯入阻力变化示意图； [0024] 图3是本发明实施方式提供的一种淤泥检测方法的流程图。 具体实施方式[0025] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 [0026] 参见图1，图1是本发明实施方式提供的一种淤泥检测系统的示意图，该淤泥检测系统包括数据处理模块100、液位检测模块200以及贯入阻力检测模块300； [0027] 所述数据处理模块100与所述液位检测模块200、所述贯入阻力检测模块300相连，所述数据处理模块用于根据在所述贯入阻力检测模块贯入待测水体过程中所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力确定所述贯入阻力检测模块的位置，并根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度计算所述待测水体的淤泥层厚度。 [0028] 本发明实施方式提供的淤泥检测系统，不但可以提高淤泥厚度检测精度，还可以降低人力物力成本、提高检测效率，能够为浅水河流湖泊清淤方案的制定提供快速和准确的工程勘察信息。 [0030] 其中，在本发明实施方式中，贯入阻力检测模块300用于在贯入待测水体中检测贯入阻力，例如，贯入阻力检测模块300可以为压力传感器，优选地，可以采用陶瓷压力传感器； [0031] 例如，可将液位传感器、压力传感器安装在一杆体上，压力传感器位于该杆体的底端； [0032] 由于不同物体属性不同，具有的承载力不同，承载力和比贯入阻力之间的关系如下所示： [0033] Fk＝aPs+b [0034] 其中：Fk是物体承载力，Ps是比贯入阻力，是指压力传感器的探头贯入物体时所受的总贯入阻力与探头平面投影面积的商，a，b为常数； [0035] 由上述公式可知，物体承载力和比贯入阻力之间呈线性关系，不同物体的承载力不同，可以通过压力传感器的探头测定贯入阻力的突变，来确定不同物体之间的交界面所处的位置。 [0036] 在对待测水体进行检测时，上述杆体可以以匀速状态贯入待测水体中，由于空气、水、淤泥层、淤泥层下方的硬底层的承载力不同，因此，在杆体贯入待测水体的过程中，压力传感器的探头所受到的贯入阻力也不相同，当压力传感器贯入至空气和水面交界处时，压力传感器检测的压力值(也即贯入阻力)会发生第一次突变(称之为第一突变点)，当压力传感器贯入至水和淤泥层交界处(也即淤泥层顶部)时，压力传感器检测的压力值会发生第二次突变(称之为第二突变点)，当压力传感器贯入至淤泥层和硬底层交界处(也即淤泥层底部)时，压力传感器检测的压力值会发生第三次突变(称之为第三突变点)，因此可以根据压力传感器检测的贯入阻力确定压力传感器是否贯入至淤泥层顶部以及是否贯入至淤泥层底部，具体地，可预先通过实验数据设置合理的阈值，再根据压力传感器检测的压力值变化进而判断压力传感器是否贯入至淤泥层顶部以及是否贯入至淤泥层底部； [0037] 参见图2，在贯入阻力检测模块贯入待测水体中后，随着贯入深度增加，贯入阻力缓慢增大(1-19时)，直到在水与淤泥层交界处，产生上述的第二次突变(19-21时)，在贯入阻力检测模块进入淤泥层后，由于淤泥层密度逐渐增大，贯入阻力值会相对较快的增加(21-36时)，但是数值是连续变化的，在触碰到待测水体的硬底层时，由于操作人员施加压力缘故，贯入阻力值会产生一个较大的突变(36-37时)，此时产生上述的第三次突变，在拉出测杆过程中，贯入阻力检测模块处于水或者淤泥之中，会受到一个压力值，但压力值较小。 [0038] 液位传感器用于检测自身在待测水体中的深度，需要说明的是，在对待测水体进行检测过程中，当压力传感器(即贯入阻力检测模块)贯入淤泥层顶部(也即第二突变点时)和淤泥层底部(也即第三突变点时)时，均需要保证液位传感器(即液位检测模块)位于待测水体的水中，通过结合压力传感器的检测数据，在第二突变点时，可以根据液位传感器的检测数据计算压力传感器探头到水面的距离(即淤泥层的顶部深度)，在第三突变点时，可以根据液位传感器检测的数据计算压力传感器探头到水面的距离(即淤泥层的底部深度)，具体地，假设液位传感器和压力传感器之间的距离为s，则淤泥层的顶部深度Hm1、淤泥层的底部深度Hm2分别为： [0039] Hm1＝Hki+s； [0040] Hm2＝Hk2+S； [0041] 其中，Hk1为当压力传感器贯入至待测水体的淤泥层顶部时液位传感器在待测水体的深度，Hk2为当压力传感器贯入至待测水体的淤泥层底部时液位传感器在待测水体的深度； [0042] 则待测水体的淤泥层厚度HΔ＝|Hm2-Hm1|＝|Hk2-Hk1|。 [0043] 例如，在本发明实施方式中，所述数据处理模块100可以包括处理单元以及与所述处理单元相连的存储单元。处理单元用于根据贯入阻力检测模块以及液位检测模块检测的数据计算淤泥层的顶部深度、淤泥层的底部深度以及淤泥层的厚度，通过存储模块可以存储贯入阻力检测模块以及液位检测模块检测的数据以及处理单元计算得到的数据； [0044] 其中，在本发明实施方式中，所述数据处理模块还包括与所述处理单元相连的数据输入输出单元，通过该数据输入输出单元可以实现数据的输入和输出，便于后期数据处理，例如，该数据输入输出单元可为USB接口； [0045] 其中，在本发明实施方式中，所述淤泥检测系统还包括与所述处理单元相连的显示模块。通过该显示模块可以显示处理单元计算的淤泥层的顶部深度、淤泥层的底部深度以及淤泥层的厚度，有利于及时发现不合格测量数据，当显示数据明显不符合常识时，用户可以检查操作以及其他错误，可以重新测量。 [0046] 参见图3，图3是本发明实施方式提供的一种淤泥检测方法的流程图，可以应用至上述的淤泥检测系统，该方法包括： [0047] 步骤S1：数据处理模块获取当贯入阻力检测模块贯入至待测水体的淤泥层顶部时液位检测模块在所述待测水体的深度； [0048] 步骤S2：所述数据处理模块获取当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度； [0049] 步骤S3：所述数据处理模块根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度计算所述待测水体的淤泥层厚度。 [0050] 其中，当所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力在预设时间内的变化量大于或等于第一预设值时，所述数据处理模块判断所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部； [0051] 当所述贯入阻力检测模块检测的贯入阻力在预设时间内的变化量大于或等于第二预设值时，所述数据处理模块判断所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部。 [0052] 优选地，本发明实施方式中的淤泥检测方法还包括： [0053] 所述数据处理模块根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层顶部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及所述液位检测模块与所述贯入阻力检测模块之间的距离计算所述待测水体的淤泥层顶部的深度； [0054] 所述数据处理模块根据当所述贯入阻力检测模块贯入至所述待测水体的淤泥层底部时所述液位检测模块在所述待测水体的深度以及所述液位检测模块与所述贯入阻力检测模块之间的距离计算所述待测水体的淤泥层底部的深度。 [0055] 优选地，本发明实施方式中的淤泥检测方法还包括： [0056] 显示模块显示所述待测水体的淤泥层顶部的深度、所述待测水体的淤泥层底部的深度以及所述待测水体的淤泥层厚度。 [0057] 例如，在一次测量过程中，通过贯入阻力检测模块和液位检测模块获得两组数据，数据处理模块根据时间/点位记录这些数据，之后通过对这些数据进行处理，从而得到待测水体的淤泥层的顶部深度、淤泥层的底部深度以及淤泥层的厚度； [0058] 具体地，数据处理模块首先对贯入阻力检测模块检测的数据进行处理，若某一时刻贯入阻力检测模块检测的贯入阻力在预设时间内的变化量大于或等于第一预设值，则判断该时刻贯入阻力检测模块贯入至待测水体的淤泥层顶部，然后根据该时刻液位检测模块在待测水体的深度以及贯入阻力检测模块与液位检测模块之间的距离计算待测水体的淤泥层顶部的深度；若某一时刻贯入阻力检测模块检测贯入阻力在预设时间内的变化量大于或等于第二预设值，则判断该时刻贯入阻力检测模块贯入至待测水体的淤泥层底部，然后根据该时刻液位检测模块在待测水体的深度以及贯入阻力检测模块与液位检测模块之间的距离计算待测水体的淤泥层底部的深度，之后再根据淤泥层顶部的深度以及淤泥层底部的深度计算淤泥层的厚度。 |
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