[发明专利]一种基于计数比例加权平均的波浪方向浮标主波向计算方法

权利要求书

1.一种基于计数比例加权平均的波浪方向浮标主波向计算方法，其特征在于，具体的实现步骤如下：

步骤1.数据预处理，读取浮标测量记录的一组连续原始数据，包括瞬时波高、方位角、纵倾角、横倾角，根据浮标测得的波高信息，利用上跨零点将该组数据切分成若干个单个波浪周期，并确定单个波浪周期的总个数N；

步骤2.计算单个波浪波向，针对每一个切分好的单个波浪周期，找到下跨零点，再利用浮标测得的该点这一时刻瞬时方位角、横倾角和纵倾角信息，计算得到该周期的单个波浪波向，重复该步骤，直到得到该组数据中所有的单个波浪波向；

步骤3.统计单个波浪波向测量结果在16个角度区间的计数比例，将360°划分成16个角度区间，统计16个角度区间中每个区间内单个波浪波向出现的个数，得到计数比例；

步骤4.计算主波向，从全部数据中选出参与计算主波向的角度区间及其计数比例，再利用计数比例作为权重进行加权矢量平均处理选出的数据，得到正北分量和正东分量，计算出主波向。

2.根据权利要求1所述的一种基于计数比例加权平均的波浪方向浮标主波向计算方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤1.1.读取波浪浮标在海上进行海浪监测时测得的一组连续实验数据包括瞬时波高、方位角、纵倾角、横倾角，根据浮标测得的波高信息，采用上跨零点法，把波面上升与零点的交点，即瞬时波高数据由小于0变至大于0的点作为起点，当波浪运行到零点以下，即瞬时波高出现了小于0的情况后，将其后再次波浪上升与零点的相交点作为终点，则起点与终点之间为一个单个波浪周期；

步骤1.2，重复步骤1.1的方法，从第一个上跨零点开始，将该组实验数据切分成若干个单个波浪周期，并统计出该组数据中单个波浪周期的个数为N。

3.根据权利要求1所述的一种基于计数比例加权平均的波浪方向浮标主波向计算方法，其特征在于，步骤2具体包括：

步骤2.1.针对步骤1切分好的单个波浪周期，在一个波浪周期内，找到该周期内的下跨零点，即波面下降与零点的交点；

步骤2.2.根据得到的下跨零点，利用浮标测得的这一时刻瞬时方位角、横倾角和纵倾角信息，计算出该点瞬时东向斜度和北向斜度，再计算出这一下跨零点的瞬时波向，作为单个波浪波向；浮标体采样点瞬时东向斜度的计算公式为

其中A为方位角，P为横倾角，R为纵倾角；浮标体采样点瞬时北向斜度的计算公式为

单个波浪波向θ_w的计算公式为

步骤2.3.重复步骤2.1和步骤2.2，直到得到该组数据中所有的单个波浪波向θ_w1…θ_wN，其中N为切分的单个波浪周期个数。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于计数比例加权平均的波浪方向浮标主波向计算方法，其特征在于，步骤3具体包括：

步骤3.1.以22.5°为间隔将360°均匀分成16个角度区间，以地理正北方位为零度，按照顺时针方向来划分；

步骤3.2.统计步骤2得到的所有单个波浪波向在16个角度区间内分别出现的个数n₁…n₁₆；

步骤3.3.计算波浪波向在16个角度区间的计数比例，计数比例p_i的计算公式为：

其中n_i为单个波浪波向在第i个角度区间出现的个数，N为波浪周期的总个数。

5.根据权利要求1或3所述的一种基于计数比例加权平均的波浪方向浮标主波向计算方法，其特征在于，步骤4具体包括：

步骤4.1.根据步骤3得到的计数比例，选出参与计算主波向的数据，选取方法为，首先确定计数比例中的比例最大值K，其次选择所有计数比例不小于0.7K的数据，若选择的数据个数小于3个，则由大到小继续选择相应数据直至补足3个；将计算主波向数据的角度区间中值集合记为M，角度区间所对应的计数比例集合记为P，集合中的元素个数a不小于3；

步骤4.2.根据步骤4.1选出的角度区间中值集合M＝{m₁,m₂,…,m_a}和计数比例集合P＝{p₁,p₂,…,p_a}，将计数比例值作为比例权重，使用加权矢量平均的方法计算得到主波向的正北分量和正东分量，正北分量Δd_N的计算公式为

其中p_i为计数比例集合P中的第i个计数比例，m_i为角度区间集合M中的第i个角度区间中值；正东分量Δd_E的计算公式为

步骤4.3.由主波向正北分量Δd_N和正东分量Δd_E，计算主波向，主波向θ计算公式为