[發明專利]高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法及系統

有效

• 申請號: 202011538074.2
• 申請日: 2020-12-23
• 公開（公告）號: CN112632868B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 任磊;楊凌娜;盧梓君;劉李哲;苗建明
• 申請（專利權）人: 中山大學;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（珠海）
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06N3/04;G06N3/08;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 李思坪

1.高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取研究區域內的高頻地波雷達檢測的徑向海表流歷史數據；

根據徑向海表流歷史數據得到觀測數據及徑向流場圖，建立徑向流場的空間二維矩陣；

根據徑向流場的空間二維矩陣和觀測數據判斷高密度點和低密度點；

根據預設規則對高密度點和低密度點進行缺失檢測，得到海表徑向流缺失點；

所述預設規則為；

當時空相鄰的海表徑向流缺失點的數量為N(N≥3)時，記位于第r_j條等徑弧，第θ_j條徑向線上點的坐標為(r_j，θ_j)，定義坐標為(r_j±1,θ_i±1)的點為該點的相鄰點，將觀測點連接形成的區域判斷為缺失區；

當同一觀測點在Y時間段內存在連續缺失值的數量為n(n≥2)時，將該觀測點判斷為海表徑向流連續缺失點；

對海表徑向流缺失點進行填補，得到填補數據和填補后的徑向流場圖；

根據海表徑向流缺失點進行無人艇的布設并收集觀測數據，得到觀測數據；

基于CAD在對應雷達觀測區域疊加填補后的徑向流場圖，得到海表流分布圖；

根據填補數據和觀測數據對海表流分布圖進行修訂，得到修訂后的海表流分布圖；

對修訂后的海表流分布圖進行定量綜合評估。

2.根據權利要求1所述高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，所述根據徑向流場的空間二維矩陣和觀測數據判斷高密度點和低密度點具體判斷規則如下：

記第i個觀測點歷史觀測時段T₀時間段內應觀測次數為M，T₀時間段內所獲得的有效觀測數據數量為N_i，計K＝100％×(N_i/M)，取K≥85％的點為高密度點其余為低密度點在時間尺度上，當Δt≥0.2T_k，時間尺度為T_k+1＝T_k+Δt時，應重新劃分高低密度點。

3.根據權利要求2所述高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，所述對海表徑向流缺失點進行填補，得到填補數據和填補后的徑向流場圖這一步驟，其具體包括：

通過對高密度點時間尺度上的徑向流數據擬合，得到平滑曲線；

根據平滑曲線對海表徑向流高密度點的缺失值進行填補；

基于預設的級聯神經網絡對海表徑向流低密度點的缺失值進行插值填補；

得到填補數據和填補后的徑向流場圖。

4.根據權利要求3所述高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，所述預設的級聯神經網絡包括第一級人工神經網絡和第二級長短期記憶模型。

5.根據權利要求4所述高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，所述根據海表徑向流缺失點進行無人艇的布設并收集觀測數據，得到觀測數據這一步驟，其具體包括：

對海表徑向流缺失點進行統計并分別在缺失點上布設預設數量的無人艇，通過后臺遠程實時控制無人艇在高頻地波雷達以分辨角為間距的徑向分支低密度點上進行長周期往返測巡或定點觀測，得到觀測數據。

6.根據權利要求5所述高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，所述無人艇上配備有超聲波測風傳感器、多普勒流速剖面儀、船基激光測波儀和潮位傳感器。

7.根據權利要求6所述高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正方法，其特征在于，所述對修訂后的海表流分布圖進行定量綜合評估這一步驟，其具體包括：

根據修訂后的海流分布圖對應的填補數據和觀測數據得到相關系數、負相關系數、均方根誤差、平均絕對誤差和平均絕對百分比誤差這五個統計值；

根據五個統計值進行定量綜合評估。

8.高頻地波雷達觀測徑向流缺失值的填補修正系統，其特征在于，包括以下模塊：

缺失點獲取模塊，用于獲取研究區域內的高頻地波雷達檢測的徑向海表流歷史數據；根據徑向海表流歷史數據得到觀測數據及徑向流場圖，建立徑向流場的空間二維矩陣；根據徑向流場的空間二維矩陣和觀測數據判斷高密度點和低密度點；根據預設規則對高密度點和低密度點進行缺失檢測，得到海表徑向流場缺失點；所述預設規則為；當時空相鄰的海表徑向流缺失點的數量為N(N≥3)時，記位于第r_j條等徑弧，第θ_j條徑向線上點的坐標為(r_j，θ_j)，定義坐標為(r_j±1,θ_i±1)的點為該點的相鄰點，將觀測點連接形成的區域判斷為缺失區；當同一觀測點在Y時間段內存在連續缺失值的數量為n(n≥2)時，將該觀測點判斷為海表徑向流連續缺失點；

填補模塊，用于對海表徑向流缺失點進行填補，得到填補數據和填補后的徑向流場圖；

無人艇觀測模塊，用于根據海表徑向流缺失點進行無人艇的布設并收集觀測數據，得到觀測數據；

可視化處理模塊，用于基于CAD在對應雷達觀測區域疊加填補后的徑向流場圖，得到海表流分布圖；

修訂模塊，用于根據填補數據和觀測數據對海表流分布圖進行修訂，得到修訂后的海表流分布圖；

評估模塊，用于對修訂后的海表流分布圖進行定量綜合評估。