從《基于多源多尺度數據融合的黃河含沙量檢測模型研究》看多源多尺度數據融合理論在黃河含沙量檢測中的應用

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境中最重要的參數成為基礎性的研究課題。河流含沙量的傳統檢測方法是采用人工取樣烘干測量的方式，但這種方式需耗費大量人力、物力，且測量結果誤差較大。隨著技術水平的提高，利用數據融合模型檢測黃河含沙量已成為應用最為廣泛的方式。《基于多源多尺度數據融合的黃河含沙量檢測模型研究》一書分析多源頭、多尺度數據融合理論在黃河含沙量檢測中的應用，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。

《基于多源多尺度數據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狀，簡單描述含沙量的檢測方法與技術等;第二章分析多源多尺度融合理論，并介紹卡爾曼最優濾波方程、多傳感器融合理論以及多尺度系統理論，詳細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果的因素;第四章介紹音頻共振含沙量檢測方法，詳細描述其檢測系統、硬件平臺、檢測界面的設計;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，重點介紹曲面擬合、物聯網技術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，并對未來研究進行展望。

多源數據融合是指對不同數據信息綜合分析，提取出統一信息，這種從不同數據源中提取更多有效信息的方法是目前應用極為廣泛的數據處理手段。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據融合理論，專家還可利用計算機信息技術構建融合模型，搭建在線檢測系統實時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，多源數據融合理論的應用主要體現在以下三個方面。

第一，多源數據融合理論在多傳感器技術中的應用。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據融合理論，在檢測黃河含沙量時，技術人員通過硬件設備發布采集命令，各傳感器利用傳感設備進行采集、測量、分析、傳輸，并利用計算機信息技術統一顯示其采集結果。在此過程中，多傳感器可同步采集上傳數據，來自不同數據源的信息數據經過綜合處理、分析后，可得到更為精準的檢測結果。利用上述方法，經過融合算法與融合模型的處理，黃河泥沙含量數據可實現實時、動態上傳與分享，為黃河流域水土資源保護與水利工程建設提供更加可靠的數據支撐。

第二，多源數據融合理論在構建黃河含沙量超聲波在線檢測系統中的應用。含沙量是建設水利工程以及改善水文環境時所必須檢測的參數之一，超聲波檢測黃河含沙量是利用發射的超聲波在懸浮液中的傳播情況進行計算，當超聲波在水中傳播時，部分超聲波會被水體吸收，還有部分會被水中泥沙反射至接收器，經過數學計算即可測算出水體中的泥沙含量。在利用這一原理進行檢測時，工作人員將控制技術、監控技術以及聲波發射技術等有機結合，形成完善的在線檢測系統，這一系統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，只需綜合分析不同數據源即可得到，為水文監測提供極大便利。

第三，多源數據融合理論在采用音頻共振原理的黃河含沙量檢測系統中的應用。《基于多源多尺度數據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。這種技術主要通過音頻共振發生作用，頻率信號檢測器可接收到所發射音頻在水中的振動頻率數據，泥沙含量不同，其振動頻率也會發生改變，由此便可測算出水中泥沙含量。目前，科學家利用濾波器將溫度與含沙量信息結合分析，實現多源多尺度的數據檢測，其檢測系統以及多尺度融合模型都是依靠多源數據融合理論實現的。

多源多尺度數據融合理論在黃河含沙量檢測中的應用除上述幾種外，還有電容式壓差法、光電法等多種應用方式，不同檢測方法具有不同的優缺點，其測量精度也存在差別，實際應用過程中可合理選擇檢測方法。隨著我國水利信息技術的進步，動態檢測黃河泥沙含量成為黃河保護與治理的重要基礎工作，利用計算機信息技術構建在線動態檢測系統，可以檢測分析水文環境中的泥沙含量，為我國水土資源保護與利用提供數據支撐。