[发明专利]一种海浪数据处理及波浪谱生成方法

说明书

本发明公开了一种海浪数据处理及波浪谱生成方法，该方法提出了错误数据的识别方法，同时基于压缩感知理论，对含有缺失或错误数据的实测波面数据进行重构，并结合傅里叶变换，非线性最小二乘算法和概率密度函数，通过拟合计算生成代表各种波浪阶段的波浪谱模型。应用本发明所建立的数据处理及波浪谱生成方法，可以简便而准确的计算得到采集数据所在海域处的波浪谱模型。

技术领域

本发明涉及跨海桥梁桥址区波浪谱模型计算技术领域，特别涉及一种海浪数据处理及波浪谱生成方法。

背景技术

随着我国交通事业的快速发展，越来越多的跨海大桥已经展开的大规模的建设，例如东海大桥、杭州湾跨海大桥、港珠澳大桥以及平潭海峡公铁两用大桥等，一系列跨海大桥的建设不仅方便了不同地区之间的联系，而且推动了沿海区域经济的快速发展，为我国经济发展带来了巨大的提升。然而，海洋环境比陆地环境更为恶劣和复杂，台风带来的强风、大浪和风暴潮对跨海大桥的建设和安全运营构成严重威胁。例如2004年灾难性的印度洋海啸造成数千人伤亡，包括许多沿海桥梁在内的许多沿海建筑物被毁。2011年的日本大海啸给西太平洋沿岸桥梁带来了毁灭性的破坏，对沿岸社区造成了极端的影响。因此急需通过现场实测明确跨海大桥桥址区的波浪情况，为跨海桥梁所受波浪力准确计算提供必要的波浪谱模型。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种海浪数据处理及波浪谱生成方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种海浪数据处理及波浪谱生成方法，包括以下步骤：

S1：对数据重洗，清除错误数据。

采用以下数据错误识别准则，清除错误数据：

准则1：在置信概率为99.7％的情况下，采用Pauta准则识别错误数据。

准则2：根据长期的海浪监测数据分析得到了两个经验准则：

x'(t)＜5m/s   (1)

x”(t)＜g/2   (2)

其中，x是波面高程，t是时间，g是重力加速度。式(1)表明波面高程竖向变化速度不超过5m/s，式(2)表明波面高程竖向变化加速度限制在g/2以内。

准则3：如果波面数据在2秒内保持不变，则认为这段时间的数据采集失败。

S2：重建数据

采用压缩感知正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)算法来重建数据。

进一步地，S2中OMP算法步骤如下：

S11：初始化r₀＝y,t＝1；

S12：找到索引λ_t，使得：

S13：令Λ_t＝Λ_t-1∪{λ_t}，

S14：求y＝A_tθ_t的最小二乘解：

S15：更新残差

S16：t＝t+1，如果t≤K则返回S12，否则停止迭代进入S17；

S17：重构所得在Λ_t处有非零项，其值分别为最后一迭代所得

S18：得到后，利用稀疏矩阵可得重构结果