海底航道安全是“海上絲綢之路”沿線各國共同發(fā)展的重要保障。江蘇960多公里的海岸主要是淤泥質(zhì)淺灘，要進一步拓展海運，確保在淤泥質(zhì)海底人工疏浚深水航道安全成為不可回避的挑戰(zhàn)，也是國務院批復的國家規(guī)劃戰(zhàn)略《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》中30萬噸航道建設工程的關鍵技術之一，被列入江蘇重點研發(fā)計劃。

日前，江蘇海洋大學張存勇副教授團隊創(chuàng)造性提出“聲紋”檢測技術，在航道邊坡穩(wěn)定性實時監(jiān)測、全周期聲紋識別和預測預警三個關鍵技術上取得重大突破，為江蘇沿海航道安全運營及防災預災起到了重要作用。

淤泥質(zhì)海底航道出現(xiàn)失穩(wěn)滑塌是航道邊坡自身求得穩(wěn)定狀態(tài)的一種自然調(diào)整過程。海底航道邊坡在海洋動力作用下土體強度、抗剪強度以及有效應力降低，可能導致航道邊坡內(nèi)部結構發(fā)生變化，在外因誘發(fā)下可能產(chǎn)生失穩(wěn)滑塌，改變航道幾何形狀，導致港口堵塞，造成重大的經(jīng)濟和社會損失。

淤泥質(zhì)海域海水良好的導電性、極強的吸熱能力和極差的透光性，使依賴激光、電磁波傳播的探測技術（如雷達、紅外望遠鏡、衛(wèi)星遙感技術等）都對海底航道探測束手無策。

“聲波是目前已知海洋中唯一能實現(xiàn)遠距離傳輸信息的有效載體，它可以穿透海底沉積物，回波信號可直接顯示出沉積物結構的變化特征。”張存勇團隊創(chuàng)造性地提出利用“聲紋”技術對海底航道失穩(wěn)滑塌過程進行高效探測，為航道失穩(wěn)滑塌研究開啟了一扇新的大門。

找到了一種科學高效的技術方法，迎接張存勇團隊的卻是一個新的挑戰(zhàn)。

由于很難在現(xiàn)場捕獲一個完整的海底航道邊坡失穩(wěn)滑塌過程，張存勇團隊在室內(nèi)模擬再現(xiàn)了不同條件下多個完整的海底航道邊坡失穩(wěn)滑塌過程，獲取了海底航道失穩(wěn)滑塌全過程周期聲學圖像。

通過將圖像差分技術引入到海底航道邊坡失穩(wěn)滑塌聲學圖像中，利用聲學圖像的差值和變化率來進行監(jiān)測，突出了聲紋微小變化，逐漸發(fā)現(xiàn)了失穩(wěn)滑塌過程發(fā)展變化的規(guī)律。這些聲學圖像背后隱藏的信息也幫助他們揭開了海底航道失穩(wěn)滑塌過程的“神秘面紗”。

“就像每個人的手有不同的‘指紋’，我們把航道邊坡失穩(wěn)滑塌過程中回波信號形成的不同強度的點狀、塊狀和線狀紋理圖形稱為‘聲紋’。”張存勇團隊介紹，“有了這些聲紋圖像，我們根據(jù)航道邊坡失穩(wěn)滑塌的不同階段，按時間序列建立航道邊坡失穩(wěn)滑塌過程聲學圖譜，從圖譜中識別失穩(wěn)滑塌早期聲紋特征，作為預測預警‘聲學指紋’，為預測海底航道失穩(wěn)滑塌提供‘診斷’依據(jù)。”

研究團隊將大量的聲紋圖像建成航道邊坡失穩(wěn)滑塌過程“聲紋圖譜庫”，這個聲紋圖譜庫直觀、定量、動態(tài)地反映了航道邊坡失穩(wěn)滑塌的劇烈程度，顯示了航道邊坡內(nèi)部的空間差異性，實現(xiàn)了對航道邊坡失穩(wěn)滑塌過程內(nèi)部變化信息的可視化表達，也讓監(jiān)測技術真正“動起來”。

與此同時，研究團隊將“聲學指紋”特征與計算機技術相結合，設計開發(fā)了預測預警系統(tǒng)，將現(xiàn)場監(jiān)測到的聲紋圖像與圖譜庫中聲紋圖像進行特征匹配，據(jù)此鑒別出失穩(wěn)滑塌早期地段，并進行預測預警。該系統(tǒng)在我國淤泥質(zhì)海岸人工深水航道——連云港30萬噸級航道得到成功應用，對航道安全運營以及防災預災起到了重要作用。

“這個系統(tǒng)操作簡單，可在計算機上直接輸出和展示圖形結果，對航道邊坡失穩(wěn)滑塌識別、定位非常有效，系統(tǒng)給出的判斷結果就像一份‘體檢報告’，可對邊坡穩(wěn)定性進行‘診斷’，已在海州灣海洋牧場人工魚礁拋投區(qū)海底沉積層穩(wěn)定性勘察中發(fā)揮作用。”該預測預警系統(tǒng)一經(jīng)問世，就受到廣泛關注，相關研究成果在國內(nèi)外期刊發(fā)表論文11篇，獲授權發(fā)明專利3個，軟件著作1個。

“我們會進一步改進預測預警系統(tǒng)，讓系統(tǒng)出具的‘體檢報告’參數(shù)更直觀，不僅專業(yè)技術人員能夠看懂，也讓更多的非專業(yè)技術人員和用戶能夠讀懂‘體檢報告’。”張存勇團隊又瞄準了下一個目標，為系統(tǒng)進一步優(yōu)化做好了準備。