"Akustischer Horizont" - Verfahren und Systementwicklung zur schallbasierten volumetrischen Sedimentklassifizierung mit dem Ziel einer verbesserten Ausweisung eines sicheren Nautischen Horizontes in Häfen

Abstract

Ziel des Verbundprojekts "Akustischer Horizont" war es, ein neuartiges, scannendes, akustisches Messsystem zur Klassifizierung von Flüssigschlickschichten zu entwickeln. Mit Hilfe dieses Systems sollte eine effiziente und flächenhafte Beurteilung der Durchfahrbarkeit von Flüssigschlickschichten in Häfen und Schifffahrtstrassen ermöglicht werden. Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel untersuchte im Rahmen dieses Projekts die akustischen Eigenschaften des Flüssigschlicks und ermittelte deren Abhängigkeit von den rheologischen Eigenschaften des Schlicks. Hierbei wurde ein dispersive Verhalten des Schlicks festgestellt. Außerdem zeigte die akustische Dämpfung eine starke Abhängigkeit vom Alter des Schlicks. Weiterhin wurden neue Algorithmen zur Auswertung von hydroakustischen Daten in Gewässern mit hoher Schwebstoffkonzentration entwickelt. So wurde ein neuer Boden-Detektion-Algorithmus für sedimentdurchdringende Echolotsysteme entworfen, der den Boden auch unter zuverlässig kann. Zusätzlich wurde ein Lutoklinen-Detektions-Algorithmus entwickelt, der den Übergang zwischen Wasser und Flüssigschlick detektiert. Außerdem wurde ein Python-Klasse entwickelt, welche über eine Fullwaveform-Analyse, Merkmale aus den Echozeitserien ableitet. Diese Merkmale dienen der anschließenden Klassifizierung der Flüssigschlickschichten mittels maschinellen Lernens. Gute Ergebnisse wurde dabei mit einem Random-Forest erzielt. Aufgrund Coronabedingter Verzögerungen konnten die hier entwickelten Ansätze allerdings noch nicht auf dem neuentwickelten mehrfrequenten Messsystem implementiert und getestet werden.