[發(fā)明專利]基于近海浮標(biāo)海浪觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建的最大浪高預(yù)報(bào)系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110408746.6
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113128758B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王仁磊;何曉鳳;成和祥;王曉峰;董禮;王雪;張雪松;肖擎曜
• 申請（專利權(quán)）人: 北京玖天氣象科技有限公司;中廣核（北京）新能源科技有限公司
• 主分類號: G06F18/20
• 分類號: G06F18/20;G06F30/20;G06Q50/26
• 代理公司: 北京挺立專利事務(wù)所(普通合伙) 11265
• 代理人: 余瑩

1.基于近海浮標(biāo)海浪觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建的最大浪高預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其特征是：該系統(tǒng)包括浮標(biāo)歷史數(shù)據(jù)收集模塊、數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、站點(diǎn)線性擬合建模模塊、參數(shù)模型網(wǎng)格化模塊以及網(wǎng)格化最大浪高預(yù)報(bào)模塊；

所述浮標(biāo)歷史數(shù)據(jù)收集模塊用于收集浮標(biāo)站點(diǎn)的逐小時(shí)觀測數(shù)據(jù)，并傳送至數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模塊；所述觀測數(shù)據(jù)包括有效浪高、最大浪高、有效浪高質(zhì)控碼和最大浪高質(zhì)控碼；

所述數(shù)據(jù)質(zhì)量控制模塊通過有效浪高、最大浪高的閾值范圍對觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行初步篩選，通過觀測儀器的數(shù)據(jù)質(zhì)控碼判斷浮標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，剔除浮標(biāo)儀器異?；蚓S修時(shí)段的數(shù)據(jù)，通過同一時(shí)刻最大浪高和有效浪高比值剔除觀測數(shù)據(jù)異常的樣本數(shù)據(jù)，所述最大浪高和有效浪高比值在1～5之間時(shí)為正常觀測數(shù)據(jù)；通過質(zhì)量控制后，獲得有效站點(diǎn)；

所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊用于將所述浮標(biāo)歷史數(shù)據(jù)收集模塊收集的歷史浮標(biāo)觀測數(shù)據(jù)先按照時(shí)間順序，再按照空間順序進(jìn)行預(yù)處理，對每個(gè)質(zhì)量控制后的樣本數(shù)據(jù)標(biāo)志其質(zhì)控代碼及所述樣本的可靠性；

所述站點(diǎn)線性擬合建模模塊用于對所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊處理的樣本數(shù)據(jù)采用一元線性回歸分析預(yù)測法，將有效浪高作為自變量，最大浪高作為因變量進(jìn)行擬合建模，獲得預(yù)測模型；所述預(yù)測模型如下：

式中，和分別為一元線性回歸方程參數(shù)的估計(jì)值，X為有效浪高，為最大浪高的估計(jì)值；

根據(jù)所述預(yù)測模型，獲得各浮標(biāo)站點(diǎn)逐月份的一元線性回歸方程參數(shù)表；

所述參數(shù)模型網(wǎng)格化模塊基于所述各個(gè)浮標(biāo)站點(diǎn)逐月份的一元線性回歸方程參數(shù)表，分別對參數(shù)的估計(jì)值和采用反距離加權(quán)插值方法逐月份將各個(gè)浮標(biāo)站點(diǎn)的回歸方程參數(shù)插值至各個(gè)網(wǎng)格格點(diǎn)，最終形成關(guān)于參數(shù)的估計(jì)值和參數(shù)的估計(jì)值的逐月份網(wǎng)格化靜態(tài)參數(shù)文件；

所述網(wǎng)格化最大浪高預(yù)報(bào)模塊基于有效浪高數(shù)值預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)和網(wǎng)格化靜態(tài)參數(shù)文件，通過并行計(jì)算的方式獲得網(wǎng)格化最大浪高的預(yù)報(bào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近海浮標(biāo)海浪觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建的最大浪高預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其特征在于：所述有效浪高Hs的閾值范圍為0≤Hs≤20m，最大浪高Hmax的閾值范圍為0≤Hmax≤30m。

參數(shù)估計(jì)值和利用歷史樣本數(shù)據(jù)通過最小二乘法進(jìn)行估計(jì)獲得；具體計(jì)算過程為：引入記號S_xx、S_yy、S_xy：

式中，X_i為浮標(biāo)站觀測的有效浪高的第i個(gè)樣本數(shù)值，Y_i為最大浪高的第i個(gè)樣本數(shù)值，為n個(gè)有效浪高樣本的平均值，為n個(gè)最大浪高樣本的平均值；

由上式求得一元線性回歸方程的參數(shù)的估計(jì)值：

對每個(gè)浮標(biāo)站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)分別對1至12月份進(jìn)行建模，獲得各浮標(biāo)站點(diǎn)逐月份的一元線性回歸方程參數(shù)表。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于近海浮標(biāo)海浪觀測數(shù)據(jù)構(gòu)建的最大浪高預(yù)報(bào)系統(tǒng)，其特征在于：

利用反距離加權(quán)插值方法獲得參數(shù)估計(jì)值的網(wǎng)格化靜態(tài)參數(shù)文件，具體為：

針對一個(gè)網(wǎng)格格點(diǎn)進(jìn)行反距離加權(quán)插值，首先需要計(jì)算該網(wǎng)格格點(diǎn)到所有浮標(biāo)站點(diǎn)的距離，即需要計(jì)算網(wǎng)格格點(diǎn)(U₀，V₀)到浮標(biāo)站點(diǎn)(U_j，V_j)的距離d_j：

然后計(jì)算每個(gè)浮標(biāo)站的權(quán)重，權(quán)重是距離的倒數(shù)函數(shù)；所述浮標(biāo)站點(diǎn)(U_j，V_j)對網(wǎng)格格點(diǎn)(U₀，V₀)的權(quán)重系數(shù)為λ_j；

設(shè)定Z_a(U_j,V_j)為浮標(biāo)站點(diǎn)(U_j，V_j)某個(gè)月份中參數(shù)估計(jì)值的數(shù)值，權(quán)重系數(shù)λ_j和該浮標(biāo)站點(diǎn)參數(shù)Z_a(U_j,V_j)的乘積則為浮標(biāo)站點(diǎn)(U_j，V_j)對網(wǎng)格格點(diǎn)(U₀，V₀)的貢獻(xiàn)數(shù)值，最后將m個(gè)浮標(biāo)站點(diǎn)進(jìn)行總的加權(quán)計(jì)算，獲得網(wǎng)格格點(diǎn)(U₀，V₀)的插值數(shù)值；即：

對每個(gè)網(wǎng)格格點(diǎn)重復(fù)上述操作，獲得關(guān)于參數(shù)估計(jì)值的某月份網(wǎng)格化靜態(tài)參數(shù)文件。