从《基于多源多尺度数据融合的黄河含沙量检测模型研究》看多源多尺度数据融合理论在黄河含沙量检测中的应用

张晓丽

刘明堂著

中国水利水电出版社出版

黄河是我国的第二大河，黄河中段流经黄土高原，水体中含有大量泥沙，检测黄河含沙量这一水文环境中最重要的参数成为基础性的研究课题。河流含沙量的传统检测方法是采用人工取样烘干测量的方式，但这种方式需耗费大量人力、物力，且测量结果误差较大。随着技术水平的提高，利用数据融合模型检测黄河含沙量已成为应用最为广泛的方式。《基于多源多尺度数据融合的黄河含沙量检测模型研究》一书分析多源头、多尺度数据融合理论在黄河含沙量检测中的应用，介绍多种融合模型，为我国河流泥沙的检测工作提供了重要理论指导。

《基于多源多尺度数据融合的黄河含沙量检测模型研究》全书共八章:第一章为绪论，主要介绍黄河含沙量检测研究现状，简单描述含沙量的检测方法与技术等;第二章分析多源多尺度融合理论，并介绍卡尔曼最优滤波方程、多传感器融合理论以及多尺度系统理论，详细描述如何建立融合模型以及融合算法;第三章为悬浮含沙量测量原理及方法，主要介绍直接测量和间接测量方法，阐述超声波检测含沙量的原理，并分析影响含沙量测量结果的因素;第四章介绍音频共振含沙量检测方法，详细描述其检测系统、硬件平台、检测界面的设计;第五章介绍基于IGA-RBF的含沙量检测多传感器融合模型，详细解读其融合原理与分析处理方法;第六章与第七章探讨基于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测量方法，重点介绍曲面拟合、物联网技术以及多元回归分析方法;第八章为黄河含沙量测量研究总结，并对未来研究进行展望。

多源数据融合是指对不同数据信息综合分析，提取出统一信息，这种从不同数据源中提取更多有效信息的方法是目前应用极为广泛的数据处理手段。如人工取样测量、超声波测量、音频共振、光电法等多种测量河流泥沙含量的方法都离不开多源多尺度数据融合理论，专家还可利用计算机信息技术构建融合模型，搭建在线检测系统实时检测河流含沙量变化情况，这也是黄河含沙量在线检测的必然方式。在检测黄河泥沙含量时，多源数据融合理论的应用主要体现在以下三个方面。

第一，多源数据融合理论在多传感器技术中的应用。多传感器融合模型是检测黄河含沙量的主要方法之一，该方法的理论支撑也是多源数据融合理论，在检测黄河含沙量时，技术人员通过硬件设备发布采集命令，各传感器利用传感设备进行采集、测量、分析、传输，并利用计算机信息技术统一显示其采集结果。在此过程中，多传感器可同步采集上传数据，来自不同数据源的信息数据经过综合处理、分析后，可得到更为精准的检测结果。利用上述方法，经过融合算法与融合模型的处理，黄河泥沙含量数据可实现实时、动态上传与分享，为黄河流域水土资源保护与水利工程建设提供更加可靠的数据支撑。

第二，多源数据融合理论在构建黄河含沙量超声波在线检测系统中的应用。含沙量是建设水利工程以及改善水文环境时所必须检测的参数之一，超声波检测黄河含沙量是利用发射的超声波在悬浮液中的传播情况进行计算，当超声波在水中传播时，部分超声波会被水体吸收，还有部分会被水中泥沙反射至接收器，经过数学计算即可测算出水体中的泥沙含量。在利用这一原理进行检测时，工作人员将控制技术、监控技术以及声波发射技术等有机结合，形成完善的在线检测系统，这一系统不仅可以测量黄河泥沙含量，也可测量水体流速、温度以及深度等水文参数，只需综合分析不同数据源即可得到，为水文监测提供极大便利。

第三，多源数据融合理论在采用音频共振原理的黄河含沙量检测系统中的应用。《基于多源多尺度数据融合的黄河含沙量检测模型研究》一书提及的多种含沙量检测方法中，音频共振法是目前测量黄河泥沙含量的常用方法之一。这种技术主要通过音频共振发生作用，频率信号检测器可接收到所发射音频在水中的振动频率数据，泥沙含量不同，其振动频率也会发生改变，由此便可测算出水中泥沙含量。目前，科学家利用滤波器将温度与含沙量信息结合分析，实现多源多尺度的数据检测，其检测系统以及多尺度融合模型都是依靠多源数据融合理论实现的。

多源多尺度数据融合理论在黄河含沙量检测中的应用除上述几种外，还有电容式压差法、光电法等多种应用方式，不同检测方法具有不同的优缺点，其测量精度也存在差别，实际应用过程中可合理选择检测方法。随着我国水利信息技术的进步，动态检测黄河泥沙含量成为黄河保护与治理的重要基础工作，利用计算机信息技术构建在线动态检测系统，可以检测分析水文环境中的泥沙含量，为我国水土资源保护与利用提供数据支撑。