[發明專利]一種水域上空風拖曳系數測算方法

在審

• 申請號: 202010584392.6
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111811773A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 胥瑞晨;逄勇;胡祉冰;舒小頌
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G06F17/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 杜鵬爽

本發明公開了一種水域上空風拖曳系數測算方法，包括：在待測水域選取監測點放置可隨水漂流的位置采集裝置，根據預設的時間步長進行位置信息采集；根據采集的位置信息，獲得測試時間段內待測水域的流場數據；根據在位置采集裝置漂流期間待測水域周邊各風站的風場信息，得到測試時間段內待測水域的風場數據；根據流場數據、風場數據以及待測水域周邊邊界條件，計算待測水域的風拖曳系數。本申請的水域上空風拖曳系數測算方法降低了監測成本，通過擴大監測范圍，減小采集誤差，提高測算的精確度。

技術領域

本發明涉及地理水文，具體涉及一種水域上空風拖曳系數測算方法。

背景技術

隨著對地理水文模型研究的深入，對模型參數的精度要求不斷提高，尤其對大型湖面上的風拖曳系數的研究。對風拖曳系數的監測，由于當前風沾分布較為分散，無法對區域內各個具體點進行檢測，傳統檢測方法多采用固定點測速，容易受固定點周邊條件的影響，導致流速檢測不準確；而且固定點的檢測數據僅能解釋固定點周圍小區域的參數，不具有普適性。通過固定點測速來獲取大范圍區域的參數需要耗費大量資源和人力成本，而單純通過數學模型的預測容易導致較大誤差，無法為后續精細化的地理水文研究提供可靠的基礎。

發明內容

發明目的：本申請的目的在于提供一種水域上空風拖曳系數測算方法，解決現有方法成本高、誤差大的缺陷。

技術方案：本發明提供了一種水域上空風拖曳系數測算方法，包括：

(1)在待測水域選取監測點放置可隨水漂流的位置采集裝置，根據預設的時間步長進行位置信息采集；

(2)根據采集的位置信息，獲得測試時間段內待測水域的流場數據；

(3)根據在位置采集裝置漂流期間待測水域周邊各風站的風場信息，得到測試時間段內待測水域的風場數據；

(4)根據流場數據、風場數據以及待測水域周邊邊界條件，計算待測水域的風拖曳系數。

進一步地，位置信息采集裝置包括GPS定位模塊和防水浮球，通過GPS定位模塊采集并傳輸防水浮球的位置信息。

進一步地，流場數據包括待測水域的水流速度及水流方向。

進一步地，步驟(2)中采用Haversine公式計算水流速度，具體為：

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

其中，A、B分別為測試時間段內位置采集裝置的起點和終點，S_AB為A、B兩點之間的距離；R為地球半徑；分別為A、B兩點的緯度；δ₁，δ₂分別為A、B兩點的經度；Δλ表示兩點經度的差值；表示平均速度；t表示時間。

進一步地，測試時間段內待測水域的風場數據包括水面預設高度處的風速和風向。

進一步地，步驟(3)包括采用自然臨點插值法將待測水域周邊的多遠風場分量信息耦合，得到測試時間段內待測水域的風場數據，具體公式如下：

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