[發明專利]一種海浪數據處理及波浪譜生成方法

有效

• 申請號: 202010535380.4
• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111666529B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 黃博;任青陽;萬通;崔曉璐;顏挺毅;祝兵
• 申請（專利權）人: 重慶交通大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 李鵬

1.一種海浪數據處理及波浪譜生成方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：對數據重洗，清除錯誤數據；

采用以下數據錯誤識別準則，清除錯誤數據：

準則1：在置信概率為99.7％的情況下，采用Pauta準則識別錯誤數據；

準則2：根據長期的海浪監測數據分析得到了兩個經驗準則：

x'(t)＜5m/s????(1)

x”(t)＜g/2????(2)

其中，x是波面高程，t是時間，g是重力加速度；式(1)表明波面高程豎向變化速度不超過5m/s，式(2)表明波面高程豎向變化加速度限制在g/2以內；

準則3：如果波面數據在2秒內保持不變，則認為這段時間的數據采集失敗；

S2：重建數據

采用壓縮感知正交匹配追蹤OMP算法來重建數據；

OMP算法步驟如下：

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：更新殘差

S16：t＝t+1，如果t≤K則返回S12，否則停止迭代進入S17；

S17：重構所得在Λ_t處有非零項，其值分別為最后一迭代所得

S18：得到后，利用稀疏矩陣可得重構結果

其中r_t表示殘差，t表示迭代次數，表示空集，Λ_t表示t次迭代的索引集合，λ_t表示t次迭代找到的索引，a_j表示傳感矩陣A的第j列，A_t表示按索引Λ_t選出的傳感矩陣A的列集合，θ_t為t×1的列向量，符號∪表示集合并運算，·,·表示求向量內積；

為消除潮汐對波面數據的影響，采用以下方法來消除潮汐的影響；

當1＜i≤m時：

當i＞m時：

其中n為數據總數，m為選取的基準數據個數，x_i為數據中第i個數據值，x_i’為去除潮汐影響后的數據值；

S3：生成波浪譜

六參數譜的計算公式寫成：

步驟為：

S31：采用傅里葉變換將重建后的實測波面數據轉化為頻譜；

S32：根據有效波高，將轉化后的頻譜數據分成若干組，根據公式(5)和非線性非線性最小二乘算法確定六參數譜中的六個參數；

S33：對每一組中每一個參數都找到較好描述該參數分布的概率密度函數，得到其模態值，再根據模態值找到對應的擬合得到的六參數譜，分別將六個參數表示為有效波高的函數，每一組可得到3個波浪譜，即一個與眾數值相關的譜和兩個與95％置信度的置信帶相關的譜；每一組所得波浪譜的集合即為計算海域的波浪譜。