江苏海洋大学：声纹技术，为海底航道安全预警

　　原标题：声纹技术，为海底航道安全预警

　　海底航道安全是“海上丝绸之路”沿线各国共同发展的重要保障。江苏960多公里的海岸主要是淤泥质浅滩，要进一步拓展海运，确保在淤泥质海底人工疏浚深水航道安全成为不可回避的挑战，也是国务院批复的国家规划战略《江苏沿海地区发展规划》中30万吨航道建设工程的关键技术之一，被列入江苏重点研发计划。

　　日前，江苏海洋大学张存勇副教授团队创造性提出“声纹”检测技术，在航道边坡稳定性实时监测、全周期声纹识别和预测预警三个关键技术上取得重大突破，为江苏沿海航道安全运营及防灾预灾起到了重要作用。

　　淤泥质海底航道出现失稳滑塌是航道边坡自身求得稳定状态的一种自然调整过程。海底航道边坡在海洋动力作用下土体强度、抗剪强度以及有效应力降低，可能导致航道边坡内部结构发生变化，在外因诱发下可能产生失稳滑塌，改变航道几何形状，导致港口堵塞，造成重大的经济和社会损失。

　　淤泥质海域海水良好的导电性、极强的吸热能力和极差的透光性，使依赖激光、电磁波传播的探测技术（如雷达、红外望远镜、卫星遥感技术等）都对海底航道探测束手无策。

　　“声波是目前已知海洋中唯一能实现远距离传输信息的有效载体，它可以穿透海底沉积物，回波信号可直接显示出沉积物结构的变化特征。”张存勇团队创造性地提出利用“声纹”技术对海底航道失稳滑塌过程进行高效探测，为航道失稳滑塌研究开启了一扇新的大门。

　　找到了一种科学高效的技术方法，迎接张存勇团队的却是一个新的挑战。

　　由于很难在现场捕获一个完整的海底航道边坡失稳滑塌过程，张存勇团队在室内模拟再现了不同条件下多个完整的海底航道边坡失稳滑塌过程，获取了海底航道失稳滑塌全过程周期声学图像。

　　通过将图像差分技术引入到海底航道边坡失稳滑塌声学图像中，利用声学图像的差值和变化率来进行监测，突出了声纹微小变化，逐渐发现了失稳滑塌过程发展变化的规律。这些声学图像背后隐藏的信息也帮助他们揭开了海底航道失稳滑塌过程的“神秘面纱”。

　　“就像每个人的手有不同的‘指纹’，我们把航道边坡失稳滑塌过程中回波信号形成的不同强度的点状、块状和线状纹理图形称为‘声纹’。”张存勇团队介绍，“有了这些声纹图像，我们根据航道边坡失稳滑塌的不同阶段，按时间序列建立航道边坡失稳滑塌过程声学图谱，从图谱中识别失稳滑塌早期声纹特征，作为预测预警‘声学指纹’，为预测海底航道失稳滑塌提供‘诊断’依据。”

　　研究团队将大量的声纹图像建成航道边坡失稳滑塌过程“声纹图谱库”，这个声纹图谱库直观、定量、动态地反映了航道边坡失稳滑塌的剧烈程度，显示了航道边坡内部的空间差异性，实现了对航道边坡失稳滑塌过程内部变化信息的可视化表达，也让监测技术真正“动起来”。

　　与此同时，研究团队将“声学指纹”特征与计算机技术相结合，设计开发了预测预警系统，将现场监测到的声纹图像与图谱库中声纹图像进行特征匹配，据此鉴别出失稳滑塌早期地段，并进行预测预警。该系统在我国淤泥质海岸人工深水航道——连云港30万吨级航道得到成功应用，对航道安全运营以及防灾预灾起到了重要作用。

　　“这个系统操作简单，可在计算机上直接输出和展示图形结果，对航道边坡失稳滑塌识别、定位非常有效，系统给出的判断结果就像一份‘体检报告’，可对边坡稳定性进行‘诊断’，已在海州湾海洋牧场人工鱼礁抛投区海底沉积层稳定性勘察中发挥作用。”该预测预警系统一经问世，就受到广泛关注，相关研究成果在国内外期刊发表论文11篇，获授权发明专利3个，软件著作1个。

　　“我们会进一步改进预测预警系统，让系统出具的‘体检报告’参数更直观，不仅专业技术人员能够看懂，也让更多的非专业技术人员和用户能够读懂‘体检报告’。”张存勇团队又瞄准了下一个目标，为系统进一步优化做好了准备。（王 拓）