准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用技术方案

本发明专利技术属于海洋观测数据获取技术领域，公开了准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用。观测方法为对多站位同步海流连续观测的观测站位、调查船、调查顺序进行空间和时间方面的优化；每个调查船需在潮期内先后完成1

【技术实现步骤摘要】
准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用


[0001]本专利技术属于海洋观测数据获取
，尤其涉及准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用。

技术介绍

[0002]多站位同步海流连续观测可为海洋工程设计和建设提供重要的水文参数，其要求所有海流连续观测站位需在一个典型潮期内(如小潮期或者大潮期)同步完成连续25小时的海流观测，若其中任意一个站位因海况、设备、人员、船况等问题无法完成观测，则会导致整个观测任务失败，需要择期重新开展全部站位的同步连续25小时海流观测。同时，不同典型潮期内因气象、季节、环流等因素导致海流差异较大，可为海洋工程的设计和建设提供周边海域丰富的建设参数，故不得通过拆分成多个典型潮期的方式实施观测。例如，18站位海流同步连续观测任务，必须在一个典型潮期内完成18个站位的观测，不允许通过该月份第一个典型潮期内完成部分站位观测，在第二个、第三个或第四个等典型潮期内依次完成剩余站位观测。随着海洋工程建设规模越来越大，水文设计参数也逐渐提高要求，其要求的多站位同步海流连续观测站数量也越来越多，往往超出了观测单位自身的调查能力，也给现场调查船只协调提出了新的考验。
[0003](1)由于海洋工程的规划越来越大，其要求的同步调查站位数量越来越多，往往导致大规模多站位海流同步观测所需的调查设备数量往往超出承担任务单位所有的观测设备数量。《海域使用论证技术导则》和《海港水文规范》中提出，至少需要6个站位的海流同步连续25小时观测，才能满足设计要求，多站位同步海流连续观测要求每个调查船配备1台观测设备，即至少需要6台海流观测设备。对于规模较大的海洋工程或者水文环境复杂多变的海域，设计单位往往提出需要超过12个站位的海流连续观测站需求，可称为大规模多站位海流同步观测，以获得工程周边海域足够的海流参数。然而，对于常规的海洋调查单位而言，由于高精度海流调查设备单台价值一般超20万，故少有观测单位花费百余万元用于购置超过10台海流观测设备。因此，当站位总数量超出其自身观测设备总数量时，调查单位往往不能承接该调查任务。
[0004](2)大规模多站位海流同步观测所需协调船舶相关事情较多；大规模、多站位的海流连续观测，所使用的调查船数量较多，每个海流连续观测站需要1条船在观测位置锚系停留后，开展连续25小时的海流观测。尤其是近岸海流调查，一般使用民船，其中以渔船居多，单次调查所使用船舶数量越多，所需要协调的事情越多，所耗费的调查负责人时间和精力也越多，往往可能出现不可预见性非设备类问题，如船舶定位、同步时间、出发港口、船只状况、设备问题等，若其中一个观测站因上述原因造成单站位无法完成观测时，则导致该潮期观测任务失败，需择期重新开展观测，耗费的人力物力成本较高，且往往容易错过最佳观测时机。
[0005](3)大规模多站位海流同步连续观测所需的专业调查人员较多；规模较大的多站位海流同步观测往往需要较多的调查人员，常规海洋调查单位一般难以满足。以每个海流
连续观测站位、每条调查船配备4名调查人员为例，一般分为2个班组，每班次2人，1人负责记录，1人负责操作设备，2个班组轮流工作，以确保人员和设备安全。若12个海流连续观测站，则至少需要48人上船作业。一般专业海洋调查单位拥有固定的海流调查人员不超过30人，遇到人员不足的问题时，往往临时雇佣劳务人员，在做完短期培训后，上船协助本单位人员工作。但临时雇佣人员在操作设备和记录时，往往存在较大的风险，难以保证设备安全和数据质量，遇到突发事件处置能力相比专业调查人员要差很多。
[0006](4)大规模多站位海流同步连续观测对海况要求较高；为确保多站位海流同步连续观测过程中的船只、人员和设备等安全，故对海况提出了较高要求。例如，在北方冬季寒潮大风频发的时段和南方夏季风暴潮多发的季节，需要抓住海况较好的典型潮期，一次性完成大规模多站位同步海流连续观测，对调查船只、海况、调查人员等协调提出了较高的要求。。
[0007]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：进行近岸大规模多站位同步海流连续观测中，现有技术要获取全面的典型潮期内海流数据不仅需投入大量人力物力观测设备，而且对整体工作协调提出了很高的要求，不能有效提高观测成功率和降低安全事故风险率。

技术实现思路

[0008]为克服相关技术中存在的问题，本专利技术公开实施例提供了准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用。
[0009]该方法对多站位同步海流连续观测站位的观测时序进行优化，基于调查船出发港与各调查站位之间距离、各调查站位之间的距离等参数，在保证单一典型潮期内获取海流数据质量的前提下，将调查站位、调查船从时间和空间上优化分解成2个批次，在一个典型潮期内分步骤实施所有观测站位的海流连续观测；每个调查船分配有1至2个观测站位的调查任务，调查船需要首先完成优化后的第1个站位的连续海流调查任务，若该调查船还分配有第2个站位的连续海流调查任务，则在第1个站位的连续海流观测结束后，该调查船前往优化后的第2个站位的连续海流调查任务；待该调查船完成优化的第2个站位的连续海流调查任务后，该调查船完成其对应的准同步海流连续观测任务，参与本次调查任务的其他调查船也执行上述操作；所有参与调查任务的调查船都返回港口后，收集每个调查船的观测数据，可根据每个调查船的到达观测站位的时间筛选观测数据；在单一典型潮期内获取的每个观测站的海流数据与每个调查船完成1个观测站获取的海流数据质量相当。
[0010]所述技术方案如下：一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，在某单一的典型潮期内，将调查任务分为2个批次并依次开展，从空间上优化调查船和对应观测站的分配，从时间上优化观测站的调查时序，用于提高单一典型潮期内所有调查船的作业效率，在同期内增加了一倍的调查作业能力，所有调查船依次完成2个批次的调查后，完成准同步大规模多站位近案海流连续观测，该方法具体包括以下步骤：
[0011]S1，基于调查站位的观测时序优化方法，当调查船从同一个港口出发时，获取调查船的出发港至各调查站所需的时间、各调查站之间距离数据；
[0012]S2，当调查船从不同港口出发时，获取调查船的至少一个出发港、出发港至各调查站距离、各调查站之间距离；
[0013]S3，在1个典型潮期内将调查分为两个批次开展，分别从时间和空间上优化分配各调查船的第一批次调查站和第二批次调查站。
[0014]在步骤S1中，所述调查站位的观测时序优化方法包括：基于调查船的一个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离，从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化。
[0015]从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化，具体包括：
[0016](1)获取时间和空间，分组和排序：以各调查船的经济航速计算，按照出发港至到达各观测站位所需平均时间，从小到大的顺序进行排序；计算各观测站之间的距离，并参考各调查船的经济航速，进行分组和分配调查船，每组内含2个调查站，分组的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，其特征在于，该方法在单一的典型潮期内，将调查任务分为2个批次并依次开展，从空间上优化调查船和对应观测站的分配，从时间上优化观测站的调查时序，用于提高单一典型潮期内所有调查船的作业效率，在同期内增加了一倍的调查作业能力，所有调查船依次完成2个批次的调查后，完成准同步大规模多站位近案海流连续观测，该方法具体包括以下步骤：S1，基于调查站位的观测时序优化方法，当调查船从同一个港口出发时，获取调查船的出发港至各调查站所需的时间、各调查站之间距离数据；S2，当调查船从不同港口出发时，获取调查船的至少一个出发港、出发港至各调查站距离、各调查站之间距离；S3，在1个典型潮期内将调查分为两个批次开展，分别从时间和空间上优化分配各调查船的第一批次调查站和第二批次调查站。2.根据权利要求1所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，其特征在于，在步骤S1中，所述调查站位的观测时序优化方法包括：基于调查船的一个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离，从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化。3.根据权利要求2所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，其特征在于，从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化，具体包括：(1)获取时间和空间，分组和排序：以各调查船的经济航速计算，按照出发港至到达各观测站位所需平均时间，从小到大的顺序进行排序；计算各观测站之间的距离，并参考各调查船的经济航速，进行分组和分配调查船，每组内含2个调查站，分组的原则是组内各调查船基本使用相同的时间可从组内1个观测站前往另外1个观测站；组内1个观测站距离出发港相对近，另外1个观测站距离较远，此时这2个观测站为1组，分别编号为A、B、C
···
J组；每组内到达出发港距离最短的观测站为A1、B1、C1···
J1站，距离较大的观测站为A2、B2、C2···
J2站；确定A1、B1、C1···
J1站为第一批次调查站位，A2、B2、C2···
J2站为第二批次调查站位；同时，为每组调查站位分配调查船；(2)获取第一批次调查开始观测时间：在观测潮期的当天，所有调查船前往A1、B1、C1···
J1号测站，根据调查船到达A1、B1、C1···
J1号测站的时间不同，分配每个调查船不同的出发时间，出发港至观测站距离远的调查船先行出发，出发港至观测站距离近的调查船稍后出发，以确保各调查船基本在同一时刻到达第1批次观测站；各调查船都就位第1批次观测站后，在统一的整点时刻开始实施所有第一批次调查站位的同步25小时连续海流观测；(3)获取第一批次调查站结束时间和二批次调查站位开始观测时间：在第一批次调查站位A1、B1、C1···
J1号站完成同步25小时海流连续观测后，各调查船按照每组观测站编号对应的第2批次观测站的站号，同时移动至第二批次调查站位A2、B2、C2···
J2号测站，所有调查船就位后，选择在统一的整点时刻开始第二批次调查站位的同步25小时海流连续观测；(4)获取第二批次调查结束时间：第二批次调查站位A2、B2、C2···
J2号站结束同步25小时海流连续观测后，所有调查船返回出发港，调查人员从观测设备中读取各调查船第1批次和第2批次观测站的海流数据信息，多个站位的准同步海流连续观测结束。
4.根据权利要求3所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，其特征在于，在步骤(4)后，还需进行：数据整编：根据各调查站位开始和结束观测时间，选取每个调查站位的海流观测数据；若海流观测站总数为奇数，则在步骤(1)排序后，将出发港至该调查站用时最短或者用时最长的观测站不参与分组，由1个调查船单独执行该站位的连续25小时观测信息，负责该站位观测的调查船可与第1批次或者第2批次调查船一起执行调查任务，观测结束后返回出发港，其他站位按照步骤(1)执行优化排序。5.根据权利要求1所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，其特征在于，在步骤S2中，所述调查站位的观测时序优化方法还包括：对调查船的多个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离进行优化，假设本次调查任务调查船分别来自m个出发港，m≥2，记为1号港，2号港
…
i号港
…
m号港，具体包括：(a)获取出发港信息：以各出发港为圆心，出发港分别为1、2、3
···
i
···
m，圆i代表以出发港i为圆心的圆，圆i的半径为能够包括部分调查站位，同时使每个圆i内的调查站位总数量尽量为偶数，所有圆i能够包络住所有调查站位，分别得到圆1、圆2
…
圆i
…
圆m，若有调查站同时位于圆i和圆j内，则测算该调查站到出发港i和出发港j的直线距离，则该调查站位归属于直线距离短的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇智，石洪华，朱子晨，鞠霞，杜军，仲毅，
申请(专利权)人：自然资源部第一海洋研究所，
类型：发明
国别省市：