波浪浮标数据比测评估

海浪是我国海洋环境业务化观测要素之一,也是海洋预报的重要参数之一,波浪观测仪器对海浪长期、稳定、准确的观测直接影响了科学研究和海洋海岸工程设计的科学性和合理性。为此,波浪观测仪器需进行室内实验室测试和室外海上测试,但目前进入业务化系统的波浪观测仪器一般只进行了实验室计量检定,缺乏现场测试评价。现阶段,用于波浪观测的主要仪器为重力式波浪浮标,为进一步检验重力式测波浮标的稳定性、可靠性,验证波浪数据的有效性、准确性,本文设计了实验室和海上比测试验,分析对比了国内外几种主流测波浮标的观测结果,总体来看,山东省科学院海洋仪器仪表研究所的SBF3-2型波浪浮标和国家海洋技术中心的SBF6-1型波浪浮标观测效果最好,准确性较高,稳定性较强。     

SZF型波浪浮标标准化定型

SZF型波浪浮标是"九五"期间863计划的成果,并在"十五"期间得到了863计划海洋监测技术成果标准化工程的定型.介绍了定型的过程和解决的主要问题以及浮标定型中的检测与试验.最后,简要介绍了推广与应用.     

HFB-1B 型海洋浮标的波浪数据处理

HFB-lB型海洋浮标于1988年2月～1989年1月布放在我国5号浮标网点上,在海上连续工作351d,有效资料接收率为86.25％,达到了设计要求,于1989年3月18日通过了由国家海洋局科技司和机电部主持的鉴定;该浮标项目获1990年度机电部科技进步一等奖。本文主要介绍其波浪数据处理部分。     

微型波浪浮标监测系统

针对现有波浪浮标监测系统体积大、重量大,布放和维护费用高等不足,提出一种微型实时波浪浮标监测系统.该系统主要由直径0.25 m的微型浮标体、波浪传感器、供电系统、通讯系统及锚泊系统组成,具有波高、波向等多参数实时测量、传输功能,并且体积小、重量轻,便于快速运输、布放与回收,还可用于抛弃式测量及特殊隐蔽性测量中.文中对其...     

我国近海波浪浮标的历史、现状与发展

回顾了我国波浪测量技术特别是近海波浪浮标技术的发展历程,提出了今后发展的若干建议。     

基于GNSS浮标的波浪反演技术研究

波浪观测在海洋环境预报、海洋工程建设、海洋资源调查、航海安全等领域具有重要作用。基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）浮标进行波浪观测的方法具有全天候、实时、准确度高、价格低等诸多优点,同时还可以在浮标上集成其他海洋环境测量仪器,因此越来越受到世界各国研究者的重视。本文提出一种基于GNSS浮标的波浪参数反演方法,并成功应用于浙江温州海域,在海试过程中,同公认的波浪骑士浮标对比,平均波高相关系数达到0.95,标准差为4.06 cm,平均波周期相关系数为0.92,标准差为0.24 s,完全符合国家标准。本文所用浮标系统还可以搭载多种海洋环境要素观测传感器,可将数据实时传输至接收终端,具有较高的应用价值。     

冰区四季通用灯浮标的二阶波浪力计算

冰区四季通用灯浮标是一种为满足北方冬季冰冻港口一年四季的助航服务需求研制的新型灯浮标,二阶波浪力对其漂浮姿态和漂移运动有较大影响。文中研究了浮标受到的二阶波浪力的数值计算方法,计算了不同流速下罐形和锥形灯浮标的二阶波浪力。研究结果显示,罐形和锥形灯浮标受到的一阶波浪力相差不大,罐形的二阶波浪力明显小于锥形,具有一定的外形优势。     

JBY1-1型波浪浮标检定装置

在国家海洋局支持下，国家海洋标准计量中心成功研制了JBY1-1型波浪浮标检定装置。该装置填补了我国波浪浮标检定领域的空白，在波高、波周期等主要技术性能上优于欧美发达国家同类设备。本文详细介绍了该装置的结构、组成、主要技术指标，关键技术及实际应用情况等。     

对ENDECO956波浪浮标测量的功率谱和方差谱的评价

本文介绍了美国ENDECO公司生产的956波浪浮标的特点和用途,剖析了该公司开发的数字带通滤波方法软件956 B08源程序,分析了该浮标实际使用的效果。     

基于MEMS加速度计空投浮标的波浪测量方法试验研究

针对基于MEMS加速度传感器的空投波浪浮标存在采样频率与测波精度低的问题,根据频域衰减积分算法,提出一种相应的波浪测量算法,为了验证该算法测波的准确性,开展了多功能水槽试验研究。该算法旨在将MEMS加速度传感器输出的加速度与姿态角转化为浮标运动的波形,首先将加速度与姿态角信号进行竖向处理获得竖直方向的加速度,再利用离散傅里叶变换将竖向加速度转化为频域内的加速度复数序列,然后引入控制函数减弱低频噪声,经过频域积分、离散傅里叶逆变换、时域积分获得竖直方向的位移,最后通过后处理得到最终的波形。多功能水槽试验采取10中不同波高和周期的工况,对比空投波浪测量浮标与波高仪的测量结果,试验结果表明,浮标的测量误差在10%以内,达到测波标准。     

关于YZ-Ⅲ型遥测波浪仪浮标的设计

本文论述了YZ-III型遥测波浪仪测波浮标的总体及结构设计。该测波浮标在结构上具有即可定点系留使用,也可以随船使用的特点。垂摆式的自平衡系统,具有独特的结构形式和良好的随动性能。本文还论述了浮标的随波性能及浮标的系留方式。浮标升沉达到随波状态时的周期不大于1.03s。在强流区定点系留浮标时,作者建议采用一种有助于克服强流影响的系留方式。     

基于GNSS技术的波浪浮标测波方法研究

波浪是海洋中的重要运动现象,监测波浪的变化并研究其运动规律,对海洋学研究和海洋工程具有重要的意义。目前传统的GNSS (Global Navigation Satellite System)测波方法在实时高精度波浪测量方面存在很大劣势和限制。本文研究了一种基于GNSS技术的实时高精度波浪测量方法,能得到波高、周期等波浪要素信息,并以南海浮标试验实测数据为例进行了处理和分析,验证了该方法的可行性。该方法直接基于广播星历进行GNSS相位观测值历元差分确定浮标速度,无需额外的实时精密差分改正数,从而节省了精密差分改正服务成本与海上通讯成本。该方法适用于近海、远海场景,并且浮标可以使用低成本单频GNSS接收机,得到高精度波浪测量结果,具有较高的实际应用价值。     

球形波浪浮标结构参数对其升沉运动性能的影响

对球形波浪浮标进行了静力学分析,并结合球形波浪浮标吃水线的一般设计要求得出了球形波浪浮标的平均密度与海水密度的关系式。利用球形波浪浮标在受到波浪激励时的运动响应方程并结合球形波浪浮标的结构参数特点,得出了球形波浪浮标在波浪激励下的升沉运动振幅与激励波浪振幅相一致的理论条件和结构参数。以国家海洋技术中心最新研发的直径480 mm球形波浪测量浮标为研究对象,结合海洋表面波分类特征,研究了该球形浮标体在常规波浪激励下的升沉运动响应的相关性能,并给出了在测量不同周期的波浪时,该球形浮标体升沉运动的理论响应振幅系数。通过以上分析得出了直径480 mm球形波浪测量浮标在测量周期为1 s以上的波浪时具有非常优越的随波浪升沉运动的性能。文章的相关分析为球形波浪浮标的进一步研究提供了理论基础。     

实验室校准重力加速度式波浪浮标波高与波周期测量值的原理和方法

重力加速度式波浪浮标是目前对波浪进行长期定点观测的主要设备之一。文中论述了对重力加速度式波浪浮标波高与波周期测量值进行实验室校准的原理和方法,并举例说明校准程序及结果。带动波浪浮标旋转以模拟波浪的正弦运动的实验室校准装置,原理明确、结构简单、波浪特征值易复现和调整,模拟方式接近海浪理论要求,经实践应用证明其具有良好的计量性能。     

关于最近十年测波浮标试验的若干情况

本文是挪威ＯＣＥＡＮＯＲ公司１９９５年５月２日编写的《ＳＥＡＷＡＴＣＨ气象／海洋资料浮标》（ＴｈｅＳＥＡＷＡＴＣＨＭｅｔｏｃｅａｎＤａｔａＢｕｏｙ）中的两节。文章详细介绍了最近十年国外测波浮标试验的若干情况，对我国测波浮标的研制和使用有所启发。现译出，供参考。文章标题系译者所加。     

漂流式波浪浮标及其在西北太平洋的观测应用

波浪观测是海洋观测的主要内容之一,对海浪的现场观测和深入研究对准确预报海浪具有十分重要的意义。本文设计了一种新型漂流式波浪浮标,采用高精度惯性导航模块作为测量元件,同时高频获取三轴加速度、角加速度、欧拉角、地磁数据,通过内置ARM处理器对测量数据进行波浪参数的采集和解算。浮标具有整体体积小、成本低的特点,既可以漂流观测,也可以定点锚系观测,能够实现对海浪的长期、大范围、高精度观测应用。本文通过该漂流式波浪浮标在2019年西北太平洋航次的观测应用,对西北太平洋黑潮延伸体海区和日本海区域海浪的有效波高、周期等波浪要素的时空变化特征进行了详细分析,取得了良好的测量结果。     

GNSS漂流浮标实时在线波浪测量技术及其软件实现

波浪是一种重要且复杂的海洋水文要素,对海浪进行稳定、长期、有效的监测具有重要意义。针对传统波浪观测设备价格昂贵、实时性差的问题,本文研究了基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）载波相位历元差分算法的漂流浮标实时在线波浪测量技术及其实现方法,包括硬件选型及组成、实时在线软件的设计思路和工作原理。通过比较分析近海及远海试验的实时回传测波结果,验证了GNSS漂流浮标实时在线波浪测量技术及其软件的可行性和精确性。在近海试验中,对比2套测试浮标实时回传结果与Datawell DWR-G4浮标事后导出结果,表明两者有效波高差值的均方根（Root Mean Square, RMS）分别为6 cm和4 cm,优于主流测波浮标产品技术指标（0.1 m+5%H,H为波高）,两者平均周期差异RMS分别为0.48 s和0.49 s,要素反演性能良好。在远海试验中,4套测试浮标实时回传的有效波高和平均周期结果与再分析产品呈现出较高的一致性。     

东方市近岸海域波浪特征分析

为了解海南东方市近岸海域波浪基本特征,根据东方海洋环境监测站使用的SZF型波浪浮标连续11 a的实测数据,进行了统计分析。首先对波浪要素进行统计,得到了各向各级波高的季节分布,以及波高和周期的均值与极值;再对波高和周期的联合分布、平均持续时间与波高的关系进行了探讨;最后选取一典型台风浪过程进行分析。结果表明本海域以S向浪出现频率最高,为14.3%,其次是N向和NNE向,频率均为11.9%;强浪向为S向和N向,浪向分布与东方市所处地理位置相符。该海域以有效波高小于1.3 m的小浪和轻浪为主,年出现频率为97.6%, 4级中浪占2.22%, 5级大浪仅占0.12%,只有在夏、秋季台风过境时才出现。累年有效波高平均值为0.49 m,最大值为3.2 m;最大波高为5.6 m,最大波高平均值为2.5 m;平均有效周期为4.2 s,最大有效波周期为9.5 s。有效波高在1.0 m以下,且周期在4～5 s的波浪出现频率最大,为80.5%。强台风“海燕”影响期间,波高具有明显的滞后特征, 5级大浪持续了10 h,浪向与风向基本一致,说明台风产生的波浪是以风浪为主,最大波高均出现于偏S向。通过波谱分析,...     

SZF型波浪浮标上U盘存储器的设计与实现

SZF型波浪浮标系统通过无线电台将采集的波浪数据实时地传输到岸站数据接收处理机上,同时将波浪原始数据保存到浮标上的存储器内。为解决浮标大容量海浪原始数据的存储问题,利用USB总线技术设计了一款U盘存储板卡。该U盘存储板卡采用基于Cortex-M3内核的ARM芯片,根据STM32F105 USB OTG接口特点,通过移植μC/OS-II实时操作系统技术进行任务调度,采用邮箱机制进行任务之间的通信,创新性地将通用U盘技术应用到基于单片机采集处理系统的海洋浮标上,实现了波浪浮标大容量、长时间的数据存储。实验测试结果表明,该U盘存储板卡具有存储速度快、准确性高、低功耗、高稳定性、便携性、通用性等特点,可用于多种需要数据存储的仪器设备中,其综合性能显著。