一种基于在线监测数据的海洋内波预警系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于在线监测数据的海洋内波预警方法，包括以下步骤：（1）数据处理：获取离工作平台一定距离的A点的不同时间t、不同层数l的海流流速Ft，l，对获取的海流流速Ft，l依次进行去噪处理和去除背景流处理后，得到海流流速Ft，l’’；（2）对海流流速Ft，l’’进行判别，当海流流速Ft，l’’符合内波的条件时，则判断内波出现；当海流流速Ft，l’’不符合内波的条件时，则判断内波未出现；（3）内波出现后，出输出内波信息，并同时进行报警。本发明专利技术还公开了采用上述方法的预警系统。本方案成本低，实现了长期定点连续的内波监测，并且实现了自动化的内波判别和提前2~8小时精确预警。

【技术实现步骤摘要】
一种基于在线监测数据的海洋内波预警系统及方法
本专利技术涉及海洋监测领域，具体涉及一种基于在线监测数据的海洋内波预警系统及方法。
技术介绍
海洋内波是一种发生在海水密度层结的海洋中的波动，最大振幅出现在海水内部，波长在几百米至几十千米之间，属于海洋小尺度运动。内波引起的强剪切流是海洋工程作业（如海洋石油钻探和开采）安全的潜在威胁。内波的存在也会改变海洋声波的传播特性，从而严重地影响声呐功能，对潜艇的隐蔽和监测技术造成干扰。目前，就内波的观测有大量的在线监测的方案，如申请号为201210578674.0、201110147411.X以及201210551965.0的中国专利技术专利，另外现有技术还有一些测量海洋内波的方法，如申请号为201210578674.0和201110312123.5的中国专利技术专利，但是目前缺少了对海洋内波的预警方法以及预警系统，仅仅对海洋内波监测和测量是远远不够的。
技术实现思路
为克服现有的技术缺陷，本专利技术提供了一种基于在线监测数据的海洋内波预警系统及方法。为实现本专利技术的目的，采用以下技术方案予以实现：一种基于在线监测数据的海洋内波预警方法，包括以下步骤：S1：数据处理：获取离工作平台一定距离的A点的不同时间t、不同层数l的海流流速Ft，l，对获取的海流流速Ft，l依次进行去噪处理和去除背景流处理后，得到海流流速Ft，l’’；S2：内波判别：对海流流速Ft，l’’进行判别，当海流流速Ft，l’’符合内波的条件时，则判断内波出现；当海流流速Ft，l’’不符合内波的条件时，则判断内波未出现；S3：预警：内波出现后，输出内波信息，并同时进行报警。其中，内波信息包括内波出现时间、内波到达工作平台时间、内波强度、深度。一般地，同一海域相同季节的内波传播速度是相对固定的，因此可通过距离计算传播时间。内波强度和深度指波致流最大流速所对应的速度和出现深度。本专利技术中，不同时间、不同层数的海流流速Ft，l可通过声学多普勒流速剖面仪（ADCP）、声学多普勒流速剖面仪（ADV）、倒置回声测深仪（IES）等获得。Ft，l为三维矢量，表示时刻t、层数l的海流流速。在实际应用中，由于通常情况下海流水平流速远大于垂向流速，因此，观测设备一般都是分别输入水平流速Fth，l二维矢量和垂直流速Ftv，l一维矢量（标量）两组数据。现有技术提供了多种测量内波的装置或方法，但并未提供内波的预警方法。本专利技术根据采集到的A点的海流信息判断该海流信息的获取位置A点是否有内波出现，并在确定该出有内波出现后可通过声音及短信等形式进行报警。由于A点距离工作平台有一定距离，因此起到对内波预警的效果，可根据A点离工作平台的距离以及内波的流速计算出内波到达工作平台的时间、内波强度和深度等信息，通知相关人员提前做好防范措施，降低海洋内波对海洋工程作业（如海洋石油钻探和开采）安全的潜在威胁。进一步地，步骤S1中去噪处理具体为：S111：取不同时间、不同层数的海流流速Ft，l；S112：若海流流速Ft，l满足PercentGood<阈值PercentGood或水平流速Fth，l>阈值HF1，则将该数据删除；若不满足，则进行S113；S113：对海流流速Ft，l进行三点中值滤波后，进行步骤S114；S114：若海流流速Ft，l的水平流速垂直梯度HVG>阈值HVG，删除该数据；若不满足，则进行步骤S115；S115：若Ft，l缺值时，则输出Ft，l’=(Ft+1，l+Ft-1，l)/2；若Ft，l不缺值，则输出Ft，l’=Ft，l。其中，PercentGood是监测设备自动输出的数据，是良好波束测量的百分比，用来衡量所测数据质量的好坏；三点中值滤波指的是对相同层数、不同时间点的海流流速Ft，l进行三点中值滤波。进一步地，步骤S1中去除背景流处理具体为：S121：取进行去噪处理后的不同时间、相同层数的海流流速Ft，l’；S122：若t~t+10区间内的有效数据≥5个，则取t~t+10区间内的有效数据的平均值作为t~t+10区间内的背景流流速F背景；若t~t+10区间内的有效数据<5个，则进行步骤S123；S123：若t~t+20区间内的有效数据≥5个，则取t~t+20区间内的有效数据的平均值作为t~t+20区间内的背景流流速F背景；若t~t+20区间内的有效数据<5个，则进行步骤S124；S124：若t~t+40区间内的有效数据≥10个，则取t~t+40区间内的有效数据的平均值作为t~t+40区间内的背景流流速F背景；若t~t+40区间内的有效数据<10个，则F背景取无效值；S125：除去背景流之后的海流流速Ft，l’’=Ft，l’-F背景，输出Ft，l’’。其中，在所用的编程语言MATLAB中，无效值表示非数值NaN，不等于0或其他任何数字，对它进行数学运算会自动跳过；有效数据指非NaN的数据，即不是缺值的数据。进一步地，步骤S2中内波的判定方法为水平流速判别法和/或垂直流速判别法；水平流速判别法具体为：S211：取除去背景流之后的海流流速Ft，l’’的水平流速Fth，l’’；S212：当满足条件①时，则进行步骤S213；当不满足条件①时，则判断内波未出现；S213：当连续三个时刻满足条件①时，则进行步骤S214；当满足条件①的连续时刻不足三个时，则判断内波未出现；S214：以满足条件①的时刻为开始时间，以其后时间T内最后一个满足条件①的时刻为结束时间，若在该时间段内，最大水平流速值MHF>阈值HF2且阈值HFD1<水平流向HFD<阈值HFD2，则判断内波出现；若不满足该条件，则判断内波未出现；其中，条件①为同一时刻t下，满足Fth，l’’的东分量<-阈值HF3的层数达三层以上；垂直流速判别法具体为：S221：取除去背景流之后的海流流速Ft，l’’的垂直流速Ftv，l’’；S222：若Ftv，l’’满足条件a时，则进行步骤S223；若不满足条件a时，则判断内波未出现；S223：若Ftv’’满足条件b时，则进行步骤S224；若不满足条件b时，则判断内波未出现；S224：若在t时刻下，三层以上同时满足条件a和条件b，则进行步骤S225；若同时满足条件a和条件b的层数不足三层以上，则判断内波未出现；S225：若t时刻下，不同层数中的最大水平流速值MHF>阈值HF2且阈值HFD1<水平流向HFD<阈值HFD2，则判断内波出现；若不满足该条件，则判断内波未出现；其中，条件a为同一层数、相邻时刻，垂直流速差|Ftv，l’’-F（t+1）v，l’’|>阈值VVD1；条件b为同一层数，|F(t-1)v，l’’-F（t+2）v，l’’|>阈值VVD2或|F(t-2)v，l’’-F（t+3）v，l’’|>阈值VVD2。海洋学上，通常把流速矢量分解成流速东分量和流速北分量两个标量。其中，步骤S3中，输出内波信息，包括内波出现时间、内波到达工作平台时间、内波强度、深度。上述两种不同判别方法所得结果通常会有细小差别，以水平判别法为准。进一步地，当水平流速判别法和垂直流速判别法同时判别同一内波时，则输出水平流速判别法的结果。一种采用上述的基于在线监测数据的海洋内波预警方法的海洋内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于在线监测数据的海洋内波预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：数据处理：获取离工作平台一定距离的A点的不同时间t、不同层数l的海流流速Ft，l，对获取的海流流速Ft，l依次进行去噪处理和去除背景流处理后，得到海流流速Ft，l’’；S2：内波判别：对海流流速Ft，l’’进行判别，当海流流速Ft，l’’符合内波的条件时，则判断内波出现；当海流流速Ft，l’’不符合内波的条件时，则判断内波未出现；S3：预警：内波出现后，输出内波信息，并同时进行报警。

【技术特征摘要】
1.一种基于在线监测数据的海洋内波预警方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：数据处理：获取离工作平台一定距离的A点的不同时间t、不同层数l的海流流速Ft，l，对获取的海流流速Ft，l依次进行去噪处理和去除背景流处理后，得到海流流速Ft，l’’；S2：内波判别：对海流流速Ft，l’’进行判别，当海流流速Ft，l’’符合内波的条件时，则判断内波出现；当海流流速Ft，l’’不符合内波的条件时，则判断内波未出现；S3：预警：内波出现后，输出内波信息，并同时进行报警。2.根据权利要求1所述的基于在线监测数据的海洋内波预警方法，其特征在于，步骤S1中去噪处理具体为：S111：取不同时间t、不同层数l的海流流速Ft，l；S112：若海流流速Ft，l满足PercentGood<阈值PercentGood或水平流速Fth，l>阈值HF1，则将该数据删除；若不满足，则进行S113；S113：对海流流速Ft，l进行三点中值滤波后，进行步骤S114；S114：若水平流速垂直梯度HVG>阈值HVG，删除该数据；若不满足，则进行步骤S115；S115：若Ft，l缺值时，则输出Ft，l’=（Ft+1，l+Ft-1，l）/2；若Ft，l不缺值，则输出Ft，l’=Ft，l。3.根据权利要求1或2所述的基于在线监测数据的海洋内波预警方法，其特征在于，步骤S1中去除背景流处理具体为：S121：取进行去噪处理后的不同时间、相同层数的海流流速Ft，l’；S122：若t~t+10区间内的有效数据≥5个，则取t~t+10区间内的有效数据的平均值作为t~t+10区间内的背景流流速F背景；若t~t+10区间内的有效数据<5个，则进行步骤S123；S123：若t~t+20区间内的有效数据≥5个，则取t~t+20区间内的有效数据的平均值作为t~t+20区间内的背景流流速F背景；若t~t+20区间内的有效数据<5个，则进行步骤S124；S124：若t~t+40的有效数据≥10个，则取t~t+40区间内的有效数据的平均值作为t~t+40区间内的背景流流速F背景；若t~t+40区间内的有效数据<10个，则F背景取无效值；S125：除去背景流之后的海流流速Ft，l’’=Ft，l’-F背景，输出Ft，l’’。4.根据权利要求3所述的基于在线监测数据的海洋内波预警方法，其特征在于，步骤S2中内波的判定方法为水平流速判别法和/或垂直流速判别法，水平流速判别法具体为：S211：取除去背景流之后的海流流速Ft，l’’的水平流速Fth，l’’；S212：当满足条件①时，则进行步骤S213；当不满足条件①时，则判断内波未出现；S213：当连续三个时刻满足条件①时，则进行步骤S214；当满足条件①的连续时刻不足三个时，则判断内波未出现；S214：以满足条件①的时刻为开始时间，以其后时间T内最后一个满足条件①的时刻为结束时间，若在该时间段内，最大水平流速值MHF>阈...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘华峰，冯子旻，刘志奇，刘丁，晏力争，
申请(专利权)人：广东贝达海洋科学有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44