船行波对H-ADCP影响分析研究

作为当今世界上最先进的测流仪器,水平式声学多普勒流速剖面仪(Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler,H-ADCP)因其精度高、速度快等突出优势在河流中的应用越来越广泛,但在航运业发达地区,由于受船行波的影响,很难得到稳定可靠的流速数据,阻碍了HADCP在平原河网地区的应用和推广。目前技术上很难做到完全消除船行波的影响,本文将HADCP应用在平原河网地区对流速进行测量,并分析了船行波对测量精度的影响。从H-ADCP设备选型、测量和安装方式、测量预处理、数据后处理等多方面入手,可以有效消减船行波对H-ADCP的影响,从而提高测流精度。同时,通过实验测量断面一天内平均流速变化情况,得到受船行波影响后的流速波形,然后采用数据处理手段,验证了所提方法的可行性。

海洋内波ADCP监测技术研究

海洋内波与声场的相互关系是一个十分重要的研究课题。内波是影响声信道特征的重要因素;反之,受内波影响的声场也包含着海洋内波动力过程的信息。针对二者之间的关系,从工程的角度上介绍了利用声学多普勒海流剖面仪(ADCP)对海洋内波进行监测的原理和方法,并结合实际的海试情况给出声学多普勒海流剖面仪对海洋内波的监测结果,验证了方法的有效性。

基于AWAC型ADCP的波浪反演算法研究

简要介绍了挪威Nortek公司生产的AWAC(Acoustic Wave and Current)坐底式ADCP的结构以及利用AWAC测量波浪的特点,并介绍了一种基于AWAC的波浪方向谱反演方法——SUV法。利用SUV法对实测数据进行处理,给出了处理结果,验证了算法的有效性。

姿态传感器在坐底式ADCP波阵列中的应用

ADCP波潮仪利用ADCP波阵列技术测量方向谱。由于宽带ADCP具有独特的空间测点阵列,所以不仅具备了传统阵列测量方向谱的高精度,同时由于ADCP是一个单体设备,像浮标一样有很好的操控性。ADCP内部的姿态传感器实时测量出ADCP的姿态偏角(航向、俯仰、横滚),当ADCP存在较大倾斜时,必须要进行基于姿态传感器测量值的倾斜修正,ADCP方向谱的2种方法:波束方向速度法(Radial)和水层速度法(UVW)分别进行位置修正和速度修正。阐述了姿态传感器在ADCP波阵列测量中的求解方法,通过选取的三组ADCP试验数据分析,验证了姿态传感器在ADCP波阵列测量方向谱的重要性。

坐底式ADCP测量方向谱的数据处理及软件研究

RDI ADCP波阵列是现今海浪方向谱测量方面的一个新突破,这种方法具备了阵列估计的高精度及浮标的易操控性,在不同水深条件下具有很好的表现。文章基于RDI ADCP波阵列的测量方向谱的原理,主要从波流分离,高度谱估计,估计方向谱的两种方法,MLM算法及IMLM算法,多普勒波数理论给予研究,并通过自身的RDI的数据处理结果与RDI的WAVESMON软件的处理结果相比较,处理结果验证了测量原理分析的正确性。

测波浮标与ADCP的现场对比试验研究

波浪测量对于海洋研究具有极其重要的意义。当前运用最广泛的海洋波浪测量装备有"波浪骑士"和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)。本文针对这2种测量装置,开展对比测试试验,对所测得的有义波高、平均跨零周期和谱峰波向等测试数据进行对比,分析验证2种测量装备的特点、适用性和准确度。

基于BP神经网络模型研究背景流对于ADCP波浪估计的影响

ADCP利用接近水面位置处的海流进行波浪估计,其中浪致流是波浪估计所需要的要素,但是当背景流较强时,会影响波浪估计的准确度,现利用WAVESON软件对背景流幅值大于0.75m/s时进行背景流修正。研究表明,当背景流存在时,影响波浪估计的因素有背景流幅值、背景流流向、波浪方向和水深,现有的背景流修正算法是不精确的。文章拟将BP神经网络模型应用于背景流存在条件下,分析波浪估计误差与各影响因素之间的复杂关系,提升背景流存在条件下波浪估计的准确性。

五波束ADCP测波浪的现场比测实验

“1竖直+4倾斜”波束配置的五波束声学多普勒海流剖面仪(5-Beams ADCP),能同步获取波浪场中海表起伏波高、水体往复运动流速和静水压变化等多物理量的时间、空间采样数据,进行互校验和互补融合,在波浪测量中能准确有效地估计波浪非方向性和方向性参数。在国内外两型五波束ADCP波浪观测现场对比测试实验后,将有效波高、波谱谱峰周期和方向谱谱峰波向等主要波浪参数结果序列进行相关性分析,相关系数分别大于0.90、0.80和0.95,表明两型装备的测波浪性能差异较小,趋势分析证明了各自的适用性。

基于BP神经网络模型的ADCP倾斜条件下的修正算法研究

针对现有ADCP倾斜条件下修正算法不准确的问题,将BP神经网络模型应用于分析倾斜条件下波浪估计误差与影响因素ADCP俯仰角、横滚角以及安放深度之间的非线性关系。结果表明,BP神经网络模型的预测值和实测值吻合较好,能够提升波浪估计的准确性。

多种流量计在密云水库水文测验中的应用分析

密云水库作为首都北京重要的防洪控制工程、地表饮用水源地和水资源战略储备基地,其安全运行对首都防洪安全和水资源安全至关重要。RQ30非接触式雷达流量计,实现了在无人值守的情况下,自动测验密云水库区间5条河流陡涨陡落洪水流量。移动雷达波、ADCP测流系统丰富了张家坟水文站、下会水文站的测流手段。不同方式的比测提高了测流数据的精确度,同时保证了测站人员在降雨及大洪水条件下测流的安全,能够方便快捷地进行洪水施测,实现了水文站自动化测流。本文对RQ30雷达流量计、移动雷达波在线测流系统、ADCP测流系统的构成、工作原理以及功能特点进行阐述,分析了不同测流设备在密云水库的具体应用情况,最后进行了典型站流量比测分析。汛期运行和数据比对验证了流量监测设备数据稳定可靠,精度符合相关规定,这对提高水文预报、防洪调度、供水调度的科学性、准确性和及时性具有重要意义。

东海定点连续观测站海流资料分析

采用快速离散傅立叶变换(FFT)、潮流调和分析以及小波(wavelet)变换等方法,分析了一个位于大陆架边缘海域定点连续观测站上的海流记录。FFT结果表明在该海域以半日周期潮流和日周期潮流为主。潮流调和分析结果表明垂向各个潮流分量受上下边界层影响存在显著的变化,余流的东西分量在观测时段内发生了一次转向。用小波变换对海流观测的高频分量进行了分析,分离出10～20min周期的高频内波信号,U方向和V方向的信号在不同的时间有所差异。

基于三种测波方法的实测数据对比分析

近海海洋工程波浪观测中较为广泛使用的测波方法主要包括压力式测波、声学测波和重力式测波等。三种观测方法各有优势,需根据历史资料、地理环境和任务目的设计合理的观测形式,可以选择一种或多种形式组合的形式,以达到最佳的观测效果。使用GPS测波浮标、AWAC声学海流/波浪测量仪和TWR-2050压力式波潮仪的实测资料进行了对比分析,结果显示,测波浮标与AWAC所测数据相关性较一致;TWR压力波潮仪与AWAC测量的波高趋势基本一致,但周期短、波高小的海域和时间段测量准确度较差。

南海内孤立波的周期特性分析

针对非线性、大振幅的海洋内孤立波的结构组成问题,采用南海内孤立波的实测数据,利用希尔伯特-黄变换方法,分析了内孤立波的流场结构与其模态的周期性之间的联系.结果表明:第三模态周期性明显,频率与幅值变化比较稳定.

组合式流量在线监测系统在变动回水断面的应用

为解决低流速、受变动回水影响等较复杂监测环境下的流量在线监测问题,依据声学多普勒频移及雷达波测速的方法原理,结合新运粮河入滇池口监测断面复杂的水文监测条件实际,采用非接触式雷达波传感器与接触式水平ADCP传感器组合成一套完整的在线流量监测系统,实现河流水表面流速和水下指标流速的同步实时数据采集,再将同步采集的水表面流速和水下指标流速同时输入模型模拟监测断面流场、流速分布,再计算实时流量后,通过GPRS信道传送到中心站服务器,对数据进行分析处理、存储、转录、发布,实现WEB、手机APP远程实时流量、工作状态等查询功能。经近一年的运行,系统正常稳定。

用于多普勒流速剖面仪测波浪的方向谱反演算法研究

为了取得声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测量波浪的合理可靠的方向谱反演结果,该文对实用的几种基于仪器阵列的海浪方向谱反演算法进行理论上的性能分析并使用其处理ADCP波面高度数据(包括计算机仿真和实测数据)进行比较,结果表明贝叶斯法(BDM)的方向分辨率最高,最大似然法(MLM)的稳定性最强,扩展本征矢法(EEV)在波浪波长较大时能取得最明确尖锐的谱峰。因此MLM适用于波浪数据的实时处理,而对精度要求较高时可使用BDM。

基于Delphi和MATLAB混合编程的波浪估计算法实现

针对在Delphi 7下编写波浪估计算法效率低且不易实现的问题,本文采用基于Delphi 7和MATLAB 7.0混合编程的方法,实现了上位机软件的波浪估计能力。该方法简单,开发周期短。将上位机软件估计结果与Nortek公司商用软件Quickwave对比,结果表明本文的上位机软件估计结果准确,采用混合编程方法可准确地实现ADCP上位机软件中波浪估计的功能。

“黑珍珠”波浪滑翔器南海台风观测应用

波浪滑翔器的台风观测技术在国外已经十分成熟并获得广泛应用,但在国内仍处于技术层面。为拓展波浪滑翔器的应用范围,国内学者利用“黑珍珠”波浪滑翔器在南海进行了为期17天的海试试验,首次对波浪滑翔器进行了台风观测应用尝试。文中介绍了“黑珍珠”波浪滑翔器的结构组成、工作原理及试验情况,利用搭载的波浪传感器和声学多普勒流速剖面仪(ADCP)获取了台风经过时的波高、波周期和剖面流速等海洋动力环境数据,并与浮标数据进行比对分析,发现两者数据吻合度好、误差低、相关度高,验证了波浪滑翔器所测数据的准确性,证明了我国自主研制的“黑珍珠”波浪滑翔器具备极端海况观测的潜能,填补了我国波浪滑翔器在台风观测应用领域的空白。

波浪滑翔器波浪驱动速度与海浪参数映射关系研究

计算机仿真或水槽实验的方法难以准确反映真实海况下的波高和波周期与波浪滑翔器的波浪驱动速度的映射关系。文中采用“黑珍珠”小型波浪滑翔器搭载声学多普勒流速剖面仪(ADCP)、波浪传感器和全球定位系统等载荷,获得了波高、波周期、流速以及位置坐标等数据,利用ADCP底跟踪模式测量的波浪滑翔器对地速度矢量减去ADCP测得的剖面流速矢量,计算出波浪滑翔器的波浪驱动速度矢量,建立波浪驱动速度与海浪波高和波周期的散点图,并采用拟合曲线找出波浪驱动速度与海浪参数之间的映射关系。文中推导出的波浪驱动速度在一定参数范围内与波高呈正相关、与波周期呈负相关的预测模型,可为波浪滑翔器的波浪动力转换机构优化设计提供指导。

远海岛礁近岸波浪观测技术比选

概述近岸海域波浪观测有关规定和常用观测技术,阐述远海岛礁近岸海区地形特点和环境条件。在此基础上,对适用于远海岛礁近岸海域的波浪观测技术进行比选,并开展现场观测工作,为岛礁工程建设和生态保护等领域提供可靠基础数据。

一种分时工作的双路声呐发射机研制

针对自容式波浪声学多普勒流速剖面仪(AcousticDopplerCurrentProfilers,ADCP)所需声呐发射机的设计要求,设计并实现了一种分时工作的双路声呐发射机。从工程实际需求出发,结合功率电路的理论、工作经验和设计方法,提出一种全新的分时工作的双路声呐发射机的设计方案,制作出样机,并进行了水池试验。实验结果表明,该分时工作的双路声呐发射机,所选择的发射机通道能准确地输出相应的发射电压,满足自容式波浪ADCP的需求。