[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

说明书

本发明提供了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，通过读取一组连续原始数据，将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；针对单个波浪周期，计算得到该周期的单个波浪波向，重复该步骤，直到得到所有单个波浪波向；统计单个波浪波向测量结果在16个角度区间的计数比例；选出参与计算主波向的角度区间及其计数比例，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。本发明充分考虑了单个波浪波向测量结果的离散性特征，通过计数比例加权矢量平均的方法计算主波向，不仅有效提高了主波向的测量精度和可靠性，还提高了波向计算的分辨率，更加精确地进行海洋监测。

技术领域

本发明属于海洋监测技术领域，具体涉及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。

背景技术

当今世界，科学与经济技术迅猛发展，人口急剧增加，地球上陆地自然资源日趋紧张，能源和矿产资源匮乏成为如今各国可持续发展所需解决的重要问题之一。其中蕴藏量丰富的海洋已经成为目前研究最多的科学领域之一，并且已经获得了一些可观的成果。海洋能源包括潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能及盐度差能[1]。因此，发展与开发海洋能源，成为了世界上众多沿海国家的战略性选择。海浪监测是人类认识、研究、开发利用海洋的重要任务之一，现代航海、造船、军事、海洋工程、灾害监测预警等领域，都需要获取高精度的实时海浪资料，用来描述海浪特征的量，如波高、波向、周期、相速、波长等，统称为海浪要素[2]。其中海浪的波向参数特性的研究对于广泛的海洋工程和海洋科学研究来说是十分重要的，例如对海洋工程的开发、泥沙运输计算和海浪预测模型的验证都具有重大意义[3]。由于海洋开发己经向较深的水域挺进,因此,海洋工程设计中采用过份冗余的安全系数设计所付出的代价越来越难以承受，在设计要求中所使用的环境数据必须体现海洋要素与波浪传播方向的关系,而不能笼统地假设在各个方向上都会遇到最恶劣的情况，例如利用波浪能量进行发电,在可行性研究中需要考虑海浪波向资料；对海岸开发来说,在设计诸如防波堤之类的建筑物时,波向资料亦十分重要[4]。见参考文献[1-4](王传崑,卢苇.海洋能资源分析方法及储量评估[M].海洋出版社,2009.中国海洋大学,2007.齐勇,闫星魁,郑姗姗,等.海浪监测技术与设备概述[J].气象水文海洋仪器,2015,33(3):113-117.Kuik AJ,Van Vledder G P,Holthuijsen L H.A Method for the Routine Analysis of Pitch-and-Roll Buoy Wave Data[J].Journal of Physical Oceanography,1988,18(7):1020-1034.孙仲汉.Marex公司的波向浮标研究[J].海洋技术学报,1987(2):63+94-98.)

目前国内外进行海浪的波向数据观测主要是采用波浪方向浮标的方式。波浪方向浮标是一种无人值守的自动、定点、定时的对海面波浪的各要素进行遥测的小型浮标测量系统。在测量波向方面，因为浮标在随波浪升沉的同时也在进行水平方向的运动，所以能够反映出海浪方向的变化，且不易受其它因素的影响[5]。见参考文献[5](朱光文.海洋监测技术的国内外现状及发展趋势[J].气象水文海洋仪器,1997(2):1-14.)

国内外公开文献上能够查到的利用波浪浮标进行波向测量的仪器原理上主要分成如下两类[6][7]：第一类是利用浮标体内的三轴加速度传感器和电子罗盘，测得浮标体的方位角和水平两个垂直方向的瞬时位移，进而计算出主波向，国产的SBF型波浪浮标即属于该类型；第二类是利用浮标内的波高倾斜一体化传感器和方位传感器，分别测得浮标体的瞬时方位角、横倾角和纵倾角信息，进而计算出主波向，国产的SZF型波浪浮标即属于该类型。见参考文献[6-7](唐原广,康倩.波浪浮标测波方法比较[J].现代电子技术,2014,v.37；No.422(15):121-122.毛祖松.我国近海波浪浮标的历史、现状与发展[J].海洋技术学报,2007,26(2):23-27.)