[發(fā)明專利]一種基于混合模型的混合浪波高和周期聯(lián)合分布構(gòu)建方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201811294468.0 | 申請日： | 2018-11-01 |
| 公開（公告）號： | CN109583030B | 公開（公告）日： | 2022-07-15 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 董勝;黃煒楠;趙玉良 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國海洋大學(xué) |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20 |
| 代理公司： | 青島匯智海納知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37335 | 代理人： | 王丹丹 |
| 地址： | 266000 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 基于 混合 模型 浪波高 周期 聯(lián)合 分布 構(gòu)建 方法 | ||
本發(fā)明提出一種基于混合模型的混合浪波高和周期聯(lián)合分布構(gòu)建方法，包括：A、選擇原始分布函數(shù)；B、建立二維混合模型；C、構(gòu)造EM算法的Q函數(shù)；D、選取迭代計算的初值；E、計算混合分布模型參數(shù)；F、構(gòu)建波高和周期的混合分布模型。本發(fā)明采用參數(shù)的概率模型，避免了理論模型窄譜假設(shè)的限制條件，適用范圍更廣。同時，與常用的參數(shù)模型相比，混合分布模型可以模擬出混合浪情況下波高和周期聯(lián)合分布可能呈現(xiàn)的雙峰的情況，擬合效果更好。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于波浪資源評估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合模型的混合浪波高和周期聯(lián)合分布構(gòu)建方法。
背景技術(shù)
在海洋工程領(lǐng)域，準(zhǔn)確描述海浪特征十分重要，而構(gòu)建海浪波高和周期的短期聯(lián)合分布就是一種常用的方法。由于波高和周期的短期聯(lián)合分布包含了大量的海浪的幾何特征信息，因此在設(shè)計海洋結(jié)構(gòu)物、評價船舶穩(wěn)定性等方面起到重要作用。關(guān)于構(gòu)建波高和周期的聯(lián)合概率密度函數(shù)的問題十分復(fù)雜，許多學(xué)者提出了許多波高和周期的理論二維分布模型，其中以Longuet-Higgins在1983年提出的模型最具代表性。經(jīng)過許多與實(shí)測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)對比表明，這個模型在窄譜條件下擬合程度較好。
現(xiàn)有的理論分布都是基于窄譜和高斯過程的假設(shè)，因此海浪譜的譜寬及形狀特征對理論聯(lián)合分布模型的擬合程度會產(chǎn)生很大的影響。大量研究對比表明，在譜寬較大的情況下，波高和周期的聯(lián)合分布與窄譜情況差別較大，甚至可能出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象，現(xiàn)有的理論模型擬合程度均較差。雖然許多學(xué)者基于此對現(xiàn)有理論模型進(jìn)行修改，使其能適應(yīng)更大的譜寬范圍，但對于譜寬很大的情況仍然不適用。
由于實(shí)際海況是多個波浪系統(tǒng)的混合，海浪譜可能呈現(xiàn)出兩個譜峰。其中出現(xiàn)頻率最高的就是風(fēng)浪、涌浪混合的情況。對于這種情況的波高和周期的短期聯(lián)合分布，與理論聯(lián)合分布窄譜的假設(shè)偏離較大，因此擬合情況也并不好。有學(xué)者研究表明，在涌浪為主和風(fēng)浪、涌浪相當(dāng)?shù)幕旌虾r下，當(dāng)風(fēng)浪譜峰頻率和涌浪譜峰頻率相差較大時，波高和周期的聯(lián)合分布會呈現(xiàn)雙峰情況，現(xiàn)有的理論分布只有Lindgren and Rychlik在1982年提出的理論分布能夠表現(xiàn)出這個特征。
理論分布模型與譜寬較大情況下的波浪數(shù)據(jù)偏差較大，通過參數(shù)分布模型來擬合波高和周期的分布成為另一種可選擇的方法。有學(xué)者采用Weibull分布分別擬合了波高的邊緣分布和周期的條件概率分布，通過與現(xiàn)有的理論模型的對比，條件概率模型擬合程度更好，適用范圍更廣。然而，這種參數(shù)分布模型仍然只能擬合波高和周期聯(lián)合分布為單峰的情況。
發(fā)明內(nèi)容
為了解決混合海況下波高和周期聯(lián)合分布擬合問題，本發(fā)明采用混合分布模型來構(gòu)建其二維聯(lián)合分布，從而能夠表現(xiàn)出波高、周期聯(lián)合分布雙峰的特征。
本發(fā)明是采用以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種基于混合模型的混合浪波高和周期聯(lián)合分布構(gòu)建方法，包括：
A、選擇原始分布函數(shù)；
B、建立二維混合模型；
令V＝(X,Y)表示樣本為n的觀測值，X和Y分別代表上跨零點(diǎn)波高和對應(yīng)的周期，則X和Y的混合分布模型可以表示為
其中，ζ＝{ω,θ},ωj表示各個成分的相對頻率，滿足θj表示第j個混合分布模型成分的參數(shù)；
C、構(gòu)造EM算法的Q函數(shù)；
D、選取迭代計算的初值；
E、計算混合分布模型參數(shù)；
F、構(gòu)建波高和周期的混合分布模型。
進(jìn)一步地，所述步驟A中，采用二維對數(shù)正態(tài)分布和Gumbel logistic分布，二維對數(shù)正態(tài)分布表示為：
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