張曉麗

劉明堂著

中國水利水電出版社出版

黃河是我國的第二大河，黃河中段流經(jīng)黃土高原，水體中含有大量泥沙，檢測黃河含沙量這一水文環(huán)境中最重要的參數(shù)成為基礎(chǔ)性的研究課題。河流含沙量的傳統(tǒng)檢測方法是采用人工取樣烘干測量的方式，但這種方式需耗費(fèi)大量人力、物力，且測量結(jié)果誤差較大。隨著技術(shù)水平的提高，利用數(shù)據(jù)融合模型檢測黃河含沙量已成為應(yīng)用最為廣泛的方式。《基于多源多尺度數(shù)據(jù)融合的黃河含沙量檢測模型研究》一書分析多源頭、多尺度數(shù)據(jù)融合理論在黃河含沙量檢測中的應(yīng)用，介紹多種融合模型，為我國河流泥沙的檢測工作提供了重要理論指導(dǎo)。

《基于多源多尺度數(shù)據(jù)融合的黃河含沙量檢測模型研究》全書共八章:第一章為緒論，主要介紹黃河含沙量檢測研究現(xiàn)狀，簡單描述含沙量的檢測方法與技術(shù)等;第二章分析多源多尺度融合理論，并介紹卡爾曼最優(yōu)濾波方程、多傳感器融合理論以及多尺度系統(tǒng)理論，詳細(xì)描述如何建立融合模型以及融合算法;第三章為懸浮含沙量測量原理及方法，主要介紹直接測量和間接測量方法，闡述超聲波檢測含沙量的原理，并分析影響含沙量測量結(jié)果的因素;第四章介紹音頻共振含沙量檢測方法，詳細(xì)描述其檢測系統(tǒng)、硬件平臺(tái)、檢測界面的設(shè)計(jì);第五章介紹基于IGA-RBF的含沙量檢測多傳感器融合模型，詳細(xì)解讀其融合原理與分析處理方法;第六章與第七章探討基于Wavelet-Curvelet的含沙量多源多尺度融合模型以及基于多模型融合的含沙量測量方法，重點(diǎn)介紹曲面擬合、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及多元回歸分析方法;第八章為黃河含沙量測量研究總結(jié)，并對(duì)未來研究進(jìn)行展望。

多源數(shù)據(jù)融合是指對(duì)不同數(shù)據(jù)信息綜合分析，提取出統(tǒng)一信息，這種從不同數(shù)據(jù)源中提取更多有效信息的方法是目前應(yīng)用極為廣泛的數(shù)據(jù)處理手段。如人工取樣測量、超聲波測量、音頻共振、光電法等多種測量河流泥沙含量的方法都離不開多源多尺度數(shù)據(jù)融合理論，專家還可利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)構(gòu)建融合模型，搭建在線檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測河流含沙量變化情況，這也是黃河含沙量在線檢測的必然方式。在檢測黃河泥沙含量時(shí)，多源數(shù)據(jù)融合理論的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

第一，多源數(shù)據(jù)融合理論在多傳感器技術(shù)中的應(yīng)用。多傳感器融合模型是檢測黃河含沙量的主要方法之一，該方法的理論支撐也是多源數(shù)據(jù)融合理論，在檢測黃河含沙量時(shí)，技術(shù)人員通過硬件設(shè)備發(fā)布采集命令，各傳感器利用傳感設(shè)備進(jìn)行采集、測量、分析、傳輸，并利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)統(tǒng)一顯示其采集結(jié)果。在此過程中，多傳感器可同步采集上傳數(shù)據(jù)，來自不同數(shù)據(jù)源的信息數(shù)據(jù)經(jīng)過綜合處理、分析后，可得到更為精準(zhǔn)的檢測結(jié)果。利用上述方法，經(jīng)過融合算法與融合模型的處理，黃河泥沙含量數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)上傳與分享，為黃河流域水土資源保護(hù)與水利工程建設(shè)提供更加可靠的數(shù)據(jù)支撐。

第二，多源數(shù)據(jù)融合理論在構(gòu)建黃河含沙量超聲波在線檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用。含沙量是建設(shè)水利工程以及改善水文環(huán)境時(shí)所必須檢測的參數(shù)之一，超聲波檢測黃河含沙量是利用發(fā)射的超聲波在懸浮液中的傳播情況進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)超聲波在水中傳播時(shí)，部分超聲波會(huì)被水體吸收，還有部分會(huì)被水中泥沙反射至接收器，經(jīng)過數(shù)學(xué)計(jì)算即可測算出水體中的泥沙含量。在利用這一原理進(jìn)行檢測時(shí)，工作人員將控制技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)以及聲波發(fā)射技術(shù)等有機(jī)結(jié)合，形成完善的在線檢測系統(tǒng)，這一系統(tǒng)不僅可以測量黃河泥沙含量，也可測量水體流速、溫度以及深度等水文參數(shù)，只需綜合分析不同數(shù)據(jù)源即可得到，為水文監(jiān)測提供極大便利。

第三，多源數(shù)據(jù)融合理論在采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用?！痘诙嘣炊喑叨葦?shù)據(jù)融合的黃河含沙量檢測模型研究》一書提及的多種含沙量檢測方法中，音頻共振法是目前測量黃河泥沙含量的常用方法之一。這種技術(shù)主要通過音頻共振發(fā)生作用，頻率信號(hào)檢測器可接收到所發(fā)射音頻在水中的振動(dòng)頻率數(shù)據(jù)，泥沙含量不同，其振動(dòng)頻率也會(huì)發(fā)生改變，由此便可測算出水中泥沙含量。目前，科學(xué)家利用濾波器將溫度與含沙量信息結(jié)合分析，實(shí)現(xiàn)多源多尺度的數(shù)據(jù)檢測，其檢測系統(tǒng)以及多尺度融合模型都是依靠多源數(shù)據(jù)融合理論實(shí)現(xiàn)的。

多源多尺度數(shù)據(jù)融合理論在黃河含沙量檢測中的應(yīng)用除上述幾種外，還有電容式壓差法、光電法等多種應(yīng)用方式，不同檢測方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，其測量精度也存在差別，實(shí)際應(yīng)用過程中可合理選擇檢測方法。隨著我國水利信息技術(shù)的進(jìn)步，動(dòng)態(tài)檢測黃河泥沙含量成為黃河保護(hù)與治理的重要基礎(chǔ)工作，利用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)構(gòu)建在線動(dòng)態(tài)檢測系統(tǒng)，可以檢測分析水文環(huán)境中的泥沙含量，為我國水土資源保護(hù)與利用提供數(shù)據(jù)支撐。