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一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度 数据处理方法

阅读：717发布：2020-06-15

专利汇可以提供一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法，主要包括以下步骤：使用激光粒度仪获取观测海域各站点处的不同粒径的悬浮颗粒物体积浓度；对所获得的不同粒径的悬浮颗粒物体积浓度的原始数据进行质量控制；根据部分站点化学称重法测得的悬沙质量浓度与相应位置处的悬浮颗粒物总体积浓度使用最小二乘法进行线性拟合，获取拟合系数与相关性系数；将调查海域各站点的悬浮物总体积浓度使用线性拟合获取的拟合关系拟合出各站位的悬沙质量浓度。，下面是一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法，主要包括以下步骤：
1)使用激光粒度仪获取观测海域各站点处的不同粒径的悬浮颗粒物体积浓度；
2)对所获得的不同粒径的悬浮颗粒物体积浓度的原始数据进行质量控制。方法如下：
a.将所有数据按照水深进行排序处理，剔除具有明显错误的数据，并将所观测的粒径为0多于5个的数据进行剔除；
b.基于标准偏差的倍数对数据进行去尖峰处理；
c.对相邻数据进行滑动平均处理；
d.对经过上述步骤处理后的不同粒径进行求和得到悬浮颗粒物总体积浓度并取精度；
e.根据所观测海域各站位温度、盐度和压力，求得对应站位海水密度，从而求得各站位的布伦特-维赛拉频率N，根据logN2>-3来确定海水中温度跃层的位置，考虑到激光粒度仪的响应时间，将处于温度跃层处化学法所测数据与激光粒度仪所测数据进行剔除；
3)根据部分站点化学称重法测得的悬沙质量浓度与相应位置处的悬浮颗粒物总体积浓度使用最小二乘法进行线性拟合，获取拟合系数与相关性系数；
4)将调查海域各站点的悬浮物总体积浓度使用线性拟合获取的拟合关系拟合出各站位的悬沙质量浓度。

说明书全文

一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度 数据处理方法

技术领域

[0001] 本发明涉及海洋沉积动力学领域，具体涉及一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法。

背景技术

[0002] 近年来，由于人类活动及工业生产等，海洋污染越发严重，悬沙质量浓度是检验水质的重要参数，悬沙浓度的高低往往可以直接判断出水环境污染的程度。现场直接采样抽滤，使用化学称重法获取悬沙质量浓度过程繁琐、工作量大且费时费力。激光粒度仪利用激光前向散射技术经过精确校正可以得到高频的悬浮颗粒物体积浓度序列或剖面，通过计算浮力频率剔除温度跃层内的数据后，拟合得到的悬沙质量浓度更加准确。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明提供一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据方法，目的在于更加精确的获取调查海域中悬沙质量浓度序列或剖面，为海洋科学的研究提供更为高频且精确的数据基础，技术方案如下：

[0004] 一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法，主要包括以下步骤：

[0005] 1)使用激光粒度仪获取观测海域各站点处的不同粒径的悬浮颗粒物体积浓度；

[0006] 2)对所获得的不同粒径的悬浮颗粒物体积浓度的原始数据进行质量控制，方法如下：

[0007] a.将所有数据按照水深进行排序处理，剔除具有明显错误的数据，并将所观测的粒径为0多于5个的数据进行剔除；

[0008] b.基于标准偏差的倍数对数据进行去尖峰处理；

[0009] c.对相邻数据进行滑动平均处理；

[0010] d.对经过上述步骤处理后的不同粒径进行求和得到悬浮颗粒物总体积浓度并取精度；

[0011] e.根据所观测海域各站位温度、盐度和压力，求得对应站位海水密度，从而求得各站位的布伦特-维赛拉频率N，根据logN2>-3来确定海水中温度跃层的位置，考虑到激光粒度仪的响应时间，将处于温度跃层处化学法所测数据与激光粒度仪所测数据进行剔除；

[0012] 3)根据部分站点化学称重法测得的悬沙质量浓度与相应位置处的悬浮颗粒物总体积浓度使用最小二乘法进行线性拟合，获取拟合系数与相关性系数；

[0013] 4)将调查海域各站点的悬浮物总体积浓度使用线性拟合获取的拟合关系拟合出各站位的悬沙质量浓度。

[0014] 本发明基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法，在激光前向散射技术的基础上，实时精确的测量海水中36种粒径颗粒的浓度分布，进而拟合出悬沙质量浓度。相对于现场直接采样抽滤，本发明具有更加方便、快捷、省时、省力的优势；与声学观测相比，本发明基于现场仪器布放可实时获取不同水深的数据，垂向分辨率高，且不受水深限制，无需考虑信号衰减等问题；相对于以往数据处理方法，本发明中综合考虑温度跃层处的仪器响应问题与浮游生物的影响，剔除虚假数据，可较为精确的拟合现场的悬沙质量浓度。附图说明

[0015] 图1基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法示意图；

[0016] 图2最小二乘法原理示意图；

具体实施方式

[0017] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0018] 本发明实施例介绍了一种基于激光粒度仪的悬沙质量浓度数据处理方法，目的在于较为精确的实现高时空分辨率悬沙质量浓度，具体实施步骤如下：

[0019] 1、数据获取：将激光粒度仪使用船载绞车在调查海域站点定点布放、回收进行现场测量，通过激光前向散射技术实时测量36种粒径的悬浮颗粒物体积浓度，采样频率为1Hz。布放仪器过程保证布放船侧迎风，均匀下放，以便仪器测量稳定。

[0020] 2、数据的初处理：对所获得的原始数据进行质量控制，过程如下：

[0021] (21)将所有数据按照水深进行排序处理，将较为明显的错误数据进行物理剔除，并将所观测的粒径为0较多(一般为超过5个)的数据进行剔除；

[0022] (22)基于标准偏差的倍数对数据进行去尖峰处理，去尖峰原理如下所示：

[0023]

[0024] 其中i某一站点的数据序列，zi为对应位置的水深，xi为激光粒度仪所测对应位置的原始数据，Di为对应水深处的一阶导数，s为该站点的数据对应水深一阶导数的标准差。使得|Di|≤lim×s，其中lim为变量，即按照低于标准差s的某个倍数的数据进行保留，将高于这一标准的数据进行删除，同时将相近数据进行取平均对此删除处的数据进行补充。

[0025] (23)对相邻之间的数据进行5个元素的滑动平均处理；然后对处理完成的36种粒径进行求和得到悬浮颗粒物总体积浓度并取精度。

[0026] (24)根据CTD所测得观测海域各站位温度、盐度和压力，求得对应站位海水密度，根据公式：

[0027]

[0028] 求得各站位的布伦特-维赛拉频率(又称浮力频率)。式中c0为声速。ρ为海水密度，z为水深，g为重力加速度。一项量级甚小，可忽略不计。根据logN2>-3来确定海水中温度跃层的位置。考虑到激光粒度仪的响应时间，为增加拟合的准确性，将处于温度跃层处化学法所测数据与激光粒度仪所测数据进行剔除。

[0029] 3、数据的校正、拟合：将剩下非跃层数据与激光粒度仪所观测的对应位置处的悬浮颗粒物总体积浓度数据使用最小二乘法进行一元线性拟合。如图2所示，设对应有n个点，选取一条回归直线y＝ax+b使其最接近这n个点，有

[0030]

[0031] 其中yi代表化学称重法所测悬沙质量浓度数据，xi代表激光粒度仪对应位置所观测悬浮颗粒物总体积浓度数据，为所有质量浓度的平均值，为所有悬浮物体积浓度的平均值。对应为xi在回归直线上的点，越小，则回归直线与散点拟合的越好。最终得到拟合系数a，b与置信度为95％的相关性系数R-square，相关性系数可为其二者相关性提供定量的说服力。

[0032] 4、数据的拟合：根据上一步骤中所得的拟合系数a，b按照公式y＝ax+b进行拟合得到所有位置的悬沙质量浓度。式中x为激光粒度仪所测的所有悬浮颗粒物总体积浓度数据，y为拟合得到的所有悬沙质量浓度数据。

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