[發(fā)明專(zhuān)利]一種水域上空風(fēng)拖曳系數(shù)測(cè)算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010584392.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111811773A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胥瑞晨;逄勇;胡祉冰;舒小頌
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M10/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M10/00;G06F17/10
• 代理公司: 南京蘇高專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 杜鵬爽

1.一種水域上空風(fēng)拖曳系數(shù)測(cè)算方法，其特征在于，包括：

(1)在待測(cè)水域選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)放置可隨水漂流的位置采集裝置，根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行位置信息采集；

(2)根據(jù)采集的位置信息，獲得測(cè)試時(shí)間段內(nèi)待測(cè)水域的流場(chǎng)數(shù)據(jù)；

(3)根據(jù)在所述位置采集裝置漂流期間待測(cè)水域周邊各風(fēng)站的風(fēng)場(chǎng)信息，得到所述測(cè)試時(shí)間段內(nèi)待測(cè)水域的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)；

(4)根據(jù)所述流場(chǎng)數(shù)據(jù)、風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)以及待測(cè)水域周邊邊界條件，計(jì)算所述待測(cè)水域的風(fēng)拖曳系數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述位置信息采集裝置包括GPS定位模塊和防水浮球，通過(guò)所述GPS定位模塊采集并傳輸所述防水浮球的位置信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流場(chǎng)數(shù)據(jù)包括待測(cè)水域的水流速度及水流方向。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟(2)中采用Haversine公式計(jì)算水流速度，具體為：

haversin(θ)＝sin²(θ/2)＝(1-cos(θ))/2 (2)

其中，A、B分別為測(cè)試時(shí)間段內(nèi)位置采集裝置的起點(diǎn)和終點(diǎn)，S_AB為A、B兩點(diǎn)之間的距離；R為地球半徑；分別為A、B兩點(diǎn)的緯度；δ₁，δ₂分別為A、B兩點(diǎn)的經(jīng)度；Δλ表示兩點(diǎn)經(jīng)度的差值；表示平均速度；t表示時(shí)間。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述測(cè)試時(shí)間段內(nèi)待測(cè)水域的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)包括水面預(yù)設(shè)高度處的風(fēng)速和風(fēng)向。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟(3)包括采用自然臨點(diǎn)插值法將待測(cè)水域周邊的多遠(yuǎn)風(fēng)場(chǎng)分量信息耦合，得到所述測(cè)試時(shí)間段內(nèi)待測(cè)水域的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，具體公式如下：

其中，w_i(x)為參與插值的樣本點(diǎn)i(i＝1,....,n)關(guān)于插值點(diǎn)x的權(quán)重，a_i為參與插值的樣本點(diǎn)所處泰森多邊形的面積，a(x)為待插值點(diǎn)x所處泰森多邊形的面積，a_i∩a(x)為兩者相交的面積；

其中，u(x)為待插值點(diǎn)x處東西方向風(fēng)力大小的插值結(jié)果，v(x)為待插值點(diǎn)x處南北方向風(fēng)力大小的插值結(jié)果，u_i和v_i分別為樣本點(diǎn)i處不同方向的風(fēng)力大小值。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述待測(cè)水域周邊邊界條件包括出入流量及測(cè)試時(shí)間段的氣象條件。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述風(fēng)拖曳系數(shù)通過(guò)以下公式計(jì)算：

式中：C_S為風(fēng)拖曳系數(shù)；ρ_a和ρ_w分別表示空氣和水的密度；U_w、V_w分別為x、y方向上水面預(yù)設(shè)高度處的風(fēng)速分量，M、N分別為無(wú)量綱系數(shù)。