[發(fā)明專利]一種基于ADCP的海水流速數(shù)據(jù)處理方法

有效

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• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111596093B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王一聰;聶紅濤;凡仁福;李志成;魏皓
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24;G06F16/29;G06F16/215
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于ADCP的海水流速數(shù)據(jù)處理方法，包括以下步驟：ADCP儀器設(shè)置與投放；數(shù)據(jù)提取與轉(zhuǎn)化；數(shù)據(jù)合并與分組：所有轉(zhuǎn)化完成的數(shù)據(jù)分為若干個按時間順序編號的‘.mat’文件，每個文件中包含著所有的變量在某一段時間內(nèi)的測量結(jié)果，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合并；補(bǔ)全數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)異常值去除。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海流測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于ADCP的海水流速數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)

海洋與人類的生活息息相關(guān)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全球海洋環(huán)境問題頻發(fā)，迫使人類關(guān)注海洋，合理開發(fā)海洋資源。研究海洋環(huán)境的變化的方式分為現(xiàn)場觀測和數(shù)值模擬，而現(xiàn)場觀測的數(shù)據(jù)是數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。海水流速數(shù)據(jù)是人類研究海洋變化過程的一個重要參數(shù)。海水的流場分布可以一定程度上反映出該海區(qū)的地形地貌、天氣變化以及水交換能力等特征。因此準(zhǔn)確的海水流速數(shù)據(jù)是研究海洋環(huán)境變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

聲學(xué)多普勒流速剖面儀(Acoustic Doppler Current Profiler，ADCP)是測量海洋流速剖面的重要設(shè)備。ADCP通過測定聲波入射到海水中微顆粒后向散射在頻率上的多普勒頻移，從而得到不同水層水體的運(yùn)動速度。ADCP可以進(jìn)行長時間、高時間分辨率和高空間分辨率的流速剖面測量，但是在數(shù)據(jù)處理的時候也會遇到一些問題，表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.如果進(jìn)行長時間的連續(xù)高精度觀測，那么觀測結(jié)束時，儀器中存儲的數(shù)據(jù)量是十分巨大的。例如進(jìn)行25天的觀測，采樣頻率為4Hz/s，那么最終獲得的數(shù)據(jù)長度達(dá)到800多萬個。數(shù)據(jù)所占內(nèi)存較大，使用較為麻煩。

2.然而在長時間的測量過程中，儀器會出現(xiàn)短時間的不穩(wěn)定狀況，數(shù)據(jù)也會出現(xiàn)時間不連續(xù)的情況。如果忽視缺失的數(shù)據(jù)片段，對數(shù)據(jù)處理結(jié)果會有影響。但是在如此長時間序列的數(shù)據(jù)中找出數(shù)據(jù)缺失的位置是十分困難的。

3.對于儀器測量的異常值的判定和剔除，缺少一套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，造成數(shù)據(jù)處理結(jié)果不理想或是數(shù)據(jù)剔除量過多，造成浪費(fèi)。

4.從ADCP原始數(shù)據(jù)的導(dǎo)出直至處理成為可以使用的二次數(shù)據(jù)，還沒有一套標(biāo)準(zhǔn)的流程，需要建立一套清晰、簡潔、完善、高效的處理流程。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于ADCP的數(shù)據(jù)處理方法，目的在于尋找到長時間流速觀測數(shù)據(jù)中缺失數(shù)據(jù)的位置以及對應(yīng)時間點(diǎn)，用線性插值或其他方式填補(bǔ)空缺，消除由于儀器測量的不穩(wěn)定造成的數(shù)據(jù)不完整現(xiàn)象，為后續(xù)的研究提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。技術(shù)方案如下：

一種基于ADCP的海水流速數(shù)據(jù)處理方法，主要包括以下步驟：

1.儀器設(shè)置與投放

了解測量地點(diǎn)水深以及確定測量層厚及測量頻率，將ADCP相關(guān)參數(shù)設(shè)置完成后，固定在測量支架上，放入海底并固定好，儀器開始工作。

2.數(shù)據(jù)提取與轉(zhuǎn)化

測量結(jié)束后，利用儀器配套軟件導(dǎo)出并且轉(zhuǎn)化成MATLAB軟件可讀的‘.mat’格式的數(shù)據(jù)。

3.數(shù)據(jù)合并與分組

所有轉(zhuǎn)化完成的數(shù)據(jù)通常會分為若干個按時間順序編號的‘.mat’文件，每個文件中包含著所有的變量在某一段時間內(nèi)的測量結(jié)果。因此，首先需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，并且找出數(shù)據(jù)缺失的位置，再對缺失時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值或其他方式進(jìn)行補(bǔ)位，具體步驟如下：

(1).首先使用MATLAB軟件打開已轉(zhuǎn)化為‘.mat’格式的數(shù)據(jù)，選擇需要處理的變量，如時間、儀器傾角、流速東分量、流速北分量、垂向流速、壓力等變量。

(2).將3-(1)步驟中選定的變量，進(jìn)行合并。按照轉(zhuǎn)化成的‘.mat’格式數(shù)據(jù)文件的編號順序，首先應(yīng)當(dāng)將時間數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，具體了解測量的起止時間。再將選定的變量一一進(jìn)行合并。合并完成后，先對時間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。