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针对精确测量波浪参数的问题,研究了波浪浮标测波算法。该算法对浮标采集的波浪运动速度谱进行带通滤波,进而对波浪速度谱和方向波谱进行处理和分析,最终通过有限傅立叶级数法计算波浪的有效波高、跨零周期和谱峰波向。通过模拟仿真和湖上对比测试,验证了算法的有效性和准确性,测量相对误差维持在 2%~10%范围内。该算法可应用于装载 GPS 或北斗定位模块的波浪浮标中,具有较广阔的应用前景。 相似文献
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基于波致应力计算中对海浪谱和波浪增长率公式的敏感性分析,选择适当的波致应力近似求解方法,计算和探讨了太平洋波致应力的时空分布特征。敏感性分析中,选择了4种常用的波浪增长率公式和3种经验解析海浪谱。推导了计算波致应力的单波公式,并将其与JONSWAP谱积分公式和Elfouhaily谱积分公式进行比较,同时使用了由风速和有效波高资料构造的Elfouhaily谱积分公式计算太平洋波致应力。结果表明:Belcher等(1993)的波浪增长率计算公式估算的波致应力与实验数据吻合度较好,同时适用ERA-interim数据;当波龄小于1.2时运用Elfouhaily谱积分公式更合适,当波龄大于1.2时运用单波公式更快速有效;太平洋的波致应力分布与风场之间存在明显的相关性;2009年1月、4月、7月和10月太平洋波致应力的季节性特征分析表明四个季节的西风带波致应力较其他地区都更强盛,而在时间变化上1月和10月为波致应力整体较为强盛的时期。 相似文献
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风涌浪分离是研究风浪、涌浪各自特性的基础,但受限于海浪谱数据的匮乏,基于海浪谱的风涌浪分离方法难以普及应用,有效的解决办法是采用波浪观测中容易获取的基本波要素进行风涌浪分离。现有方法无法利用基本波要素全面计算出风浪、涌浪的比例及其特征参数,为此本文将机器学习引入到风涌浪分离中,以多层感知器模型为基础,提出了一种利用基本波要素、风要素准确计算出风涌浪参数的方法。该方法需要每个测站提供至少466笔、建议766笔及以上的实测波浪数据作为训练样本,适用于台湾海峡3个测站,在计算精度上显著优于基于海浪频谱的传统风涌浪分离方法,可为本海域缺乏海浪谱的测站提供替代性的风涌浪计算方案,有助于扩大实测风涌浪资料的来源,进而加强风涌浪分布特性以及预警预报研究。 相似文献
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基于浅水斜坡地形的物理模型试验数据,考察SWAN模型对实验室小尺度浅水波浪的模拟效果,进而检验其浅水项的模拟精度。模拟中采用直接输入初始测点的实测海浪谱进行造波,重点考察浅水中三波相互作用和变浅破碎两个源项,对不同工况下,SWAN模式在水深条件变化下的有效波高、谱平均周期、海浪谱演化的模拟能力进行研究。研究表明:模拟的有效波高较符合实测波浪的增长和衰减,但谱平均周期计算值明显偏小;海浪谱的能量转移机制同实测有较大区别,频谱模拟结果出现高频高估、低频低估现象。对两个源项进行对比分析得出三波相互作用对海浪谱的能量转换影响远大于变浅破碎耗散。想要提高近岸区谱平均周期和海浪谱的模拟精度则SWAN模型中三波非线性项的计算精确度仍需更多研究和改进。 相似文献
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《海洋技术学报》2021,40(2)
本文基于小麦岛海洋环境监测站2014年波浪骑士浮标观测数据以及风速、风向观测数据,对青岛近岸海域波浪要素特征进行了综合分析。整体来看,波浪骑士观测数据质量较高,观测海域以2至3级波高为主,年平均最大波高和平均波周期分别为0.89 m和4.4 s,平均波向主要分布在90°～270°的偏南向范围内,常浪向和强浪向均为东南向(SE)。波高变化与风速较为一致,春、夏季大浪过程较多,以东南向浪为主。通过有效波陡数据分析,得出观测海域以风浪、未成熟涌浪占主。本文利用长期、连续、高精度的波浪方向谱数据,对青岛市近岸海域波浪特征进行分析,对于青岛市近海的海浪预警监测、防灾减灾、海洋工程建设、海上运输等具有重要的参考价值。 相似文献
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《海洋技术学报》2021,40(4)
海浪是我国海洋环境业务化观测要素之一,也是海洋预报的重要参数之一,波浪观测仪器对海浪长期、稳定、准确的观测直接影响了科学研究和海洋海岸工程设计的科学性和合理性。为此,波浪观测仪器需进行室内实验室测试和室外海上测试,但目前进入业务化系统的波浪观测仪器一般只进行了实验室计量检定,缺乏现场测试评价。现阶段,用于波浪观测的主要仪器为重力式波浪浮标,为进一步检验重力式测波浮标的稳定性、可靠性,验证波浪数据的有效性、准确性,本文设计了实验室和海上比测试验,分析对比了国内外几种主流测波浮标的观测结果,总体来看,山东省科学院海洋仪器仪表研究所的SBF3-2型波浪浮标和国家海洋技术中心的SBF6-1型波浪浮标观测效果最好,准确性较高,稳定性较强。 相似文献
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为保障海洋倾废数据传输的实时性和安全性,有效遏制违法倾废行为,文章设计海洋倾废记录仪数据实时安全传输系统并模拟应用。研究结果表明:该系统基于北斗短报文卫星通信网络,采用AES与RSA相结合的加密算法,集成DTU模块、北斗短报文卫星通信模块和Hellobeidou云平台等,可在移动通信网络盲区实时传输海洋倾废记录仪采集的数据,数据加解密兼具快速性和安全性,与经由中国联通通信网络传输数据相比更加持续和稳定,可用于监控倾废船舶,便于执法人员及时获取违法倾废信息并现场查证,保护海洋生态环境。 相似文献
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利用台湾海峡中部2号大浮标2017年全年的实测波浪资料, 对海浪的基本波要素及其与风的相关性、波谱特性进行统计分析, 得出了重要特征波参数之间的回归关系和适合台湾海峡中部的海浪谱形式。研究结果显示: 1) 台湾海峡中部的常浪向是NE向, 强浪向是NNE向, 月均有效波高的变化范围为0.87~2.98m, 7月波高最小, 12月波高最大, 波周期与波高有着相似的月际变化趋势; 2) 主要波浪类型是以风浪为主的混合浪, 谱型上以单峰为主, 波高与风速整体上呈正相关关系, 大浪主要由台风和强劲的东北季风引起; 3) 波浪的平均周期与大部分特征波周期之间具有良好的线性相关性, NNE、NE方向的波浪有效波高和有效波周期线性相关性较强; 4) 相比于Jonswap谱, 规范谱一是更符合本区域的海浪谱模式, 给出了基于有效波高和谱峰周期拟合的规范谱一形式。这些研究成果可为海洋工程设计和波浪数值模拟提供参考。 相似文献
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研究了基于GPS高频数据进行海浪测量的方法。利用TRACK解算得海上载体高精度的垂向位移,经浪潮分离提取海浪信号,分别采用相关函数法和周期图法估计海浪信号的功率谱,并计算海浪要素。利用实测数据进行试验,结果表明,周期图法推算的平均波高和平均周期精度较高,与测波仪结果差异分别小于2cm和0.25s,基于GPS高频数据的海浪测量方法可有效反演海浪要素。 相似文献
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为了提高海洋观测研究浮标在位运行的安全性,自主设计了一种北斗/GPS双模定位信标。该信标采用传统的GPS技术进行定位结合“北斗”卫星特有的报文通信和定位功能,通过解决传统GPS信号盲区问题,为中国近海海洋观测研究浮标安全运行提供了更加有力的保障,同时提高了数据保密能力。该系统采用外部供电和内部自主供电相结合的模式,即使外部供电中断,也可保证正常运行不低于1 a,而且基本上不需要对信标进行专门维护,大大降低了运行和维护成本。与该信标配套的岸站管理系统具备发送和短信和邮件报警的功能,可实现浮标运行状态实时监控。 相似文献
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北斗一代和北斗二代短报文每次通信数据长度只有78个字节，每次通信后间隔60秒或者300秒才能进行下一次通信，远远满足不了海洋观测实时通信的需求。设计了一套基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统，北斗多卡机作为数据发送端，采用哈夫曼压缩算法将观测数据压缩后分成多个数据包，通过多个北斗卡分别发送，岸站接收系统接收到分包的数据后，将接收的数据包解压缩并整合成完整的观测数据。哈夫曼压缩算法将观测数据压缩50%左右，将1组观测数据压缩后发送3次，通过岸上3个月和海上1个月的测试，观测数据接收成功率达到了96%以上，验证了基于北斗短报文的海洋观测实时通信系统的可行性和实用性。 相似文献
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以低功耗、多参数、安全可靠为设计目标,提出一种基于北斗卫星通信的海洋多要素观测系统设计。设计以嵌入式微控制器STM32F103RET6为核心,实现以漂流浮标为载体的海洋环境噪声测量,同时实现对海洋气温、气压、风速、风向及表层海温的多要素观测;以可充电锂电池组和太阳能电池板组合方式供电,同时进行必要的电源管理,有效提高漂流浮标的工作寿命;采用我国自主知识产权的北斗系统进行定位及双向通信,安全性高。实验表明,基于北斗通信的海洋多要素观测系统设计具有可行性,满足低功耗、多参数、安全可靠的设计要求,为以表面漂流浮标为载体的海洋多要素数据采集控制提供新的硬件设计方法。 相似文献
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针对机载合成孔径雷达(SAR)对海探测特点,采用多入射角法从SAR数据本身得到与海浪参数反演区域时空匹配的同步海面风速和风向,并结合线性变换关系,计算得到海浪初猜谱对应的仿真SAR图像谱,将仿真SAR图像谱和观测SAR图像谱输入代价函数中进行迭代运算,通过非线性方程的解算得到最适海浪谱;采用交叉谱法去除海浪传播180°方向模糊,最终得到海浪参数。论文提出的基于同步风场的机载SAR海浪参数反演方法,充分利用了机载SAR海洋环境探测的优势,解决了传统SAR海浪参数反演中初猜谱构造依赖外部风场的问题,机载同步飞行试验的海浪参数反演结果与浮标观测值的有效波高、波向的均方根误差分别为0.23 m和13.23°,验证了该方法的有效性,可为机载SAR海浪参数反演业务化提供支持。 相似文献
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海洋放射性原位监测相比于传统采样回实验室分析可以实现连续、实时、自动化监测。文中研究了基于大浮标的海洋放射性原位监测系统,使用放射性测量传感器测量周围环境的放射性数据,使用GPS确定所测环境坐标,通过北斗通讯的方式将所测得放射性数据、位置信息等发送给岸站,岸站收到数据后计算并显示放射性测量传感器所测周围环境放射性数据能谱;研究设计了一种分包发送数据,数据丢包补发机制,解决海洋放射性数据量大、传输时间长、数据不全会造成解谱不准确的问题。最后通过实验室长期实验验证,长期数据平均接收率达到98%以上,能够利用海洋放射性原位监测系统实现准确可靠的监测。 相似文献
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有效波高数据融合可以弥补单颗卫星高度计数据存在的时间和空间分辨率不足的问题,为有效波高的海洋学应用提供更精确的分析资料.对反距离加权法、克里金插值法和逐步订正法等数据融合方法进行了研究,得到了适合于有效波高数据融合的模型和参数,并利用GFO,Jason-1和Envisat高度计获取的我国海域及其邻近海域有效波高数据,对不同融合方法、滤波器窗口和卫星个数等影响融合结果的因素进行了分析,结果表明:(1)融合后的有效波高分布特征与前人多年统计分析结果基本一致;(2)数据较密集时,不同融合方法的结果差别不大;(3)选择的滤波器窗口大小与时间分辨率有关,对于时间分辨率为10d的融合而言,采用2.5°×2.5°~3°×3°大小的滤波器窗口所得到的融合结果最合适;(4)参加融合的卫星个数至少为3颗. 相似文献
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随着海洋波浪能发电技术的发展和成熟,其在海洋观测领域的应用受到关注和研究。自主设计并研制了一种集波浪能发电、海表/海底同步观测、实时4G 通信传输、远程无线控制于一体的海洋立体观测系统,于2021 年7 月在珠江口万山岛海域通过锚泊系留方式布放,开展海上波浪能供电和观测应用试验。海试期间连续获取了海底原位观测视频数据,以及海表波浪变化和波浪能发电参数等监测数据,并对波浪能发电电流、电压和功率进行了统计分析,讨论了波浪能发电水平受波浪变化的影响,分析了两者之间的相关性。试验结果表明：利用波浪能供电的海洋观测系统具备连续、长周期、全天候观测的优势和潜力,源源不断的波浪能可保障海洋观测系统的稳定观测和数据可靠传输,实现了海洋观测系统长期独立运行所需的绿色高效供能,验证了波浪能在海洋观测领域应用的可行性和先进性。 相似文献
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搭载在欧洲环境卫星(ENVISAT)上的高级合成孔径雷达(Advanced Synthetic Aperture Radar,ASAR)二级波模式数据提供了诸多海浪信息包括有效波高、波向、波长和二维海浪谱等,在海浪预报模式中具有重要作用。本文拟利用浮标观测数据对ASAR波模式算法及其反演数据精度进行对比验证。由于SAR卫星在海面的特殊成像机制,不同海况下会有不同的测量结果,通过与美国国家浮标中心(NDBC)的浮标数据对比,显示ASAR有效波高在高海况下低估和在低海况下高估的现象,在中等海况下的测量结果较优。通过研究ASAR数据集中对应的海浪谱,按照能量与方向分布可分为四种类型:单一方向海浪谱(Ⅰ类谱),180°方向模糊海浪谱(Ⅱ类谱),海浪两个方向且能量分布杂乱(Ⅲ类谱),多个传播方向且谱型杂乱海浪谱(Ⅳ类谱)。探究在不同类型下的海浪参数的精度,结果表明在单一波向正常海浪谱情况下,有效波高、波向与浮标数据一致性较好,存在180°方向模糊的对称海浪谱仅有效波高精度较高,谱型杂乱的海浪谱海浪有效波高和波向反演结果均较差。 相似文献
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GPS浮标数据反演海浪谱的理论仿真与试验验证 总被引：1，自引：1，他引：0
GPS浮标作为一种新型的海洋测量设备,近年来在海面高度现场测量和星载高度计定标方面取得了重要应用。通过仿真试验对反演海浪谱的方法和流程进行研究,旨在探索从GPS浮标测量的海面高度序列中提取海浪谱的方法。首先,使用Longuest模型生成了海浪波面位移时间序列,并通过Pierson-Moscowitz风浪谱对波面位移的统计特性进行约束,其随机性由相位引入。结合典型潮汐和GPS浮标仪器噪声的仿真时间序列,合成了仿真时间长度1h的1Hz(每秒1次)随机海面高度序列。然后,利用自相关函数法,进行高通滤波和数据压缩,得到了仿真的海浪谱。该仿真结果和理论海浪谱非常接近,可满足海浪谱反演的需求。最后,通过山东石岛外海的GPS浮标现场试验,验证了本文提出的反演方法的适用性。本文的研究解决了GPS浮标反演海浪谱的关键问题,丰富了海浪谱反演的手段,拓展了GPS浮标的应用领域,有望为未来我国的星载波谱仪定标服务。 相似文献