CN115329604A - 一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,涉及航运技术领域,包括如下步骤:沿着航道的前进方向,设置若干个监测站点,对航道的潮位进行数据监测;以固定时间间隔,获取河道上各个位置上的潮位变化,对数据进行分析,绘制变化曲线,并通过数学分析软件对曲线进行拟合,确定拟合函数;对拟合函数进行K‑S检验,判断拟合函数是否适用;获取拟合函数,获取若干周期乘潮水位的历史数据,对拟合函数进行修正,确定修正后的典型潮位曲线,依据典型潮位曲线,计算乘潮水位的实时值;通过计算出乘潮水位的实时值,并确定计算方法,在代入各项参数之后,对一个周期内的乘潮水位进行分析和预测,减少航道内船舶的聚集和混乱。
Description
技术领域
本发明涉及航运技术领域,具体为一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法。
背景技术
对于港口与航道等近岸工程,乘潮水位是重要的设计参数之一,其计算方法是先在潮位过程线上量取各潮次的乘潮历时潮位值,之后采用累积频率法推求不同历时和累积频率的乘潮水位,依据的原始资料须绘制出潮位过程线。
现在能收集到的潮位资料一般有两种:逐时潮位数据和高低潮潮位数据,在绘制潮位曲线方面,前者的精度明显比后者更好。但针对部分海域,潮汐表只给出高低潮数据,在没有条件实测的情况下,很难收集到逐时潮位。
在现有航道设计中,通常只会针对潮汐这一单因素进行考虑,基于潮汐这一单一因素建立典型潮位曲线,以方便计算乘潮水位的值,但是这种计算方法,考虑的因素过于单一,虽然计算量相对较少,但是在应用时,难以和实际需求相符合,既不利于安排船舶航行,也不利于航道的设计。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足,本发明提供了一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,解决了背景技术中的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,包括如下步骤:
沿着航道的前进方向,设置若干个监测站点,对航道的潮位进行数据监测;
以固定时间间隔,获取河道上各个位置上的潮位变化,对数据进行分析,绘制变化曲线,并通过数学分析软件对曲线进行拟合,确定拟合函数;
对拟合函数进行K-S检验,判断拟合函数是否适用,如果不适用,则重新拟合,直至通过K-S检验;
获取拟合函数,获取若干周期乘潮水位的历史数据,对拟合函数进行修正,确定修正后的典型潮位曲线,依据典型潮位曲线,计算乘潮水位的实时值;
获取若干组依次相连接的潮位值,依据线性回归法,预测下一时刻的预测潮位值A,并以典型潮位变化曲线获取到下一时刻的预测潮位值B;
获取预测潮位值A及预测潮位值B,将两个预测值进行关联,获取潮位预测值;
确定修正因子,以修正因子对潮位预测值进行修正,获取到当前船舶相适应的预期乘潮水位;
所述修正方法如下:
进一步的,若干个站点沿航道的延伸方向做非等距设置,沿着航道的驶入方向,监测站点密度逐渐增加。
进一步的,预测潮位值A及预测潮位值B的关联方法如下:
进一步的,确定修正因子F的获取方式包括:
获取到船的吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm,生成船舶系数Cb;
获取当前水道的平均深度Js、水流速度Ls、及水流向的值Lx,生成水流系数Sl;
获取水流系数Sl及船舶系数Cb,将船舶系数Cb,与水流系数Sl相关联,生成修正因子F,用于对乘潮水位进行修正。
进一步的,获取即将进入航道的船舶信息,确定船舶的吃水深度Ss;获取即将进入航道的船舶信息,确定船舶的航行速度Hs,航行速度Hs取平均值;
确定船舶驶入航道的预计时间,获取该时间上的航行密度Hm。
进一步的,获取到船的吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm,生成船舶系数Cb;船舶系数Cb的生成方法如下:
将吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm进行归一化处理,船舶系数Cb计算方式如下:
进一步的,通过回声测深仪对航道内的若干个位置的水深,确定航道位置的平均深度Js;
沿着船舶在航道内的驶入方向,设置若干个测速仪器,确定水流速度均值,形成水流速度Ls;
沿着船舶在航道内的驶入方向,设置若干个测速仪器,确定水流向度Lx。
进一步的,数Sl的生成方法如下:将平均深度Js、水流速度Ls、及水流向度Lx进行归一化处理,水流系数Sl计算方式如下:
进一步的,沿着时间轴,生成若干组船舶系数Cb,将若干组的船舶系数Cb上传至服务器中;沿着时间轴,生成若干组水流系数Sl,将若干组的水流系数Sl上传至服务器中;
从服务器中获取若干组的水流系数Sl、及若干组的船舶系数Cb,以线性回归的方式,对水流系数Sl、及船舶系数Cb分别进行预测,获取下一时刻的值。
进一步的,修正因子F的计算方法如下:
(三)有益效果
本发明提供了一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法。具备以下有益效果:
在潮汐的基础上,通过了其他的因素建立的修正因子进行多次修正,能够获取到更加准确的乘潮水位值,并由于考虑到水流系数Sl及船舶系数Cb这类外部因素,在判断计算值是否可用时,能够增加计算值的实用性;相当于单纯函数拟合,应用性更好;也能够更为精确计算出航道的开放时间,合理的安排船舶航行,进而降低航道设计成本。
通过计算出乘潮水位的实时值,并确定计算方法,在代入各项参数之后,能够对一个周期内的乘潮水位进行分析和预测,管理员或者船舶能够安排航入的时间,减少航道内船舶的聚集和混乱,影响航道运力;在计算乘潮水位时,结合了船型的吃水、航道浅段的长度、航行速度、航行密度等,按当地实际潮位过程线进行比较选定,利用计算的乘潮水位开挖航道,节省工程量。
附图说明
图1为本发明水位预测值的构成示意图;
图2为本发明潮位修正因子F的构成示意图;
图3为本发明乘潮水位实时计算方法流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-3,本发明提供一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,包括如下步骤:
步骤1、沿着航道的前进方向,设置若干个监测站点,对航道的潮位进行数据监测;其中,若干个站点沿航道的延伸方向做非等距设置,沿着航道的驶入方向,监测站点密度逐渐增加;通过增设测试站点,消除之间变化的地形带来的干扰;
步骤2、以固定时间间隔,通常以1小时为固定间隔,获取河道上各个位置上的潮位变化,对数据进行分析,绘制变化曲线,并通过数学分析软件对曲线进行拟合,确定拟合函数;
针对步骤2中的拟合函数,需要对拟合函数进行K-S检验,判断拟合函数是否适用,如果不适用,则重新拟合,直至通过K-S检验。
使用时,需要说明的是,在进行函数拟合时,可以才采用MATLAB或者SPSS等软件来实现,以方便最终确定乘潮水位的变化函数,拟合函数可以以24小时为一周期;而且,在对获取的潮位数据进行分析时,要进行降噪处理,减少异常数据的干扰,避免异常值对分析值造成污染。
步骤3、获取拟合函数,以月份为周期,获取若干周期乘潮水位的历史数据,对拟合函数进行修正,确定修正后的典型潮位曲线,依据典型潮位曲线,计算乘潮水位的实时值。
使用时,拟合函数对已经产生本周期的乘潮水位的具有较好的拟合效果,但是潮水具有周期性的变化,因此在完成初步的拟合后,再利用获取的大周期数据,对拟合的函数进行修正,确定时新的拟合函数,在需要计算乘潮水位时,依据时间参数,既能够获取乘潮水位的值。
步骤4、获取若干组依次相连接的潮位值,依据线性回归法,预测下一时刻的预测潮位值A,并以典型潮位变化曲线获取到下一时刻的预测潮位值B。
使用时,虽然能够典型潮位变化曲线来获取乘潮水位的实时值,当时这个实时值的计算方法涉及的因素较少,只和历史的潮位数据及时间因素相关,自身抗干扰性较差,因此,需要对进行进一步的修正。
步骤5、获取预测潮位值A及预测潮位值B,将两个预测值进行关联,获取潮位预测值;使用时,在步骤5中,预测潮位值A及预测潮位值B的关联方法如下:
使用时,结合步骤4及步骤5,通过将典型潮位变化曲线获取值与线性回归预测值
相结合,获取新的综合预测值,这种方式是对两种实时值的计算方法的综合,以
线性回归对潮位变化曲线进行修正,提高预测值的稳定性,而且通过加入线性回归分析,基
于计算出的预算值来要替代实际值,相较于计算实时值,能够相对较早获取下一时刻值,也
与真实值更加接近。
步骤6、确定修正因子,以修正因子对潮位预测值进行修正,获取到当前船舶相适应的预期乘潮水位;其中,所述修正方法如下:
本步骤6中,通过采集航道相关数据及航道水域的相关数据,确定修正因子F,通过
修正因子F对综合预测值进行再次修正,确定乘潮水位预测值Cw,在船舶驶入航
道后使用,完成乘潮水位的计算,进一步地降低计算得出的乘潮水位与实际值的偏离程度;
降低在航道设计时,计算的数据不准确带来的风险。
在以下内容中,用于对修正因子F的计算方式进行公开,具体包括如下步骤:
所述修正系数的获取方法如下;
步骤T5、获取到船的吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm,生成船舶系数Cb;步骤T5包括如下内容;
步骤T501、获取即将进入航道的船舶信息,确定船舶的吃水深度Ss;
步骤T502、获取即将进入航道的船舶信息,确定船舶的航行速度Hs,其中,航行速度Hs取平均值;
步骤T503、确定船舶驶入航道的预计时间,获取该时间上的航行密度Hm;
步骤T504、获取到船的吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm,生成船舶系数Cb;其中,船舶系数Cb的生成方法如下:
将吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm进行归一化处理,船舶系数Cb计算方式如下:
步骤T505、沿着时间轴,生成的船舶系数Cb会有若干组,将若干组的船舶系数Cb上传至服务器中。
使用时,在本步骤中,通过确定船舶的吃水深度Ss、航行速度Hs及航道的航行密度数据Hm,最终生成船舶系数Cb,将若干个子因素汇总形成船舶系数Cb,利用船舶系数Cb能够对航道情况进行约束,用来判断航道水位能否对船舶起到承载作用,而且通过将几个子因素汇总在一起,评估更全面,降低风险。
步骤T6、获取当前水道的平均深度Js、水流速度Ls、及水流向的值Lx,生成水流系数Sl;
所述步骤T6包括如下内容;
步骤T601、通过回声测深仪对航道内的若干个位置的水深,确定航道地形后,确定航道位置的平均深度Js;
步骤T602、沿着船舶在航道内的驶入方向,设置若干个测速仪器,确定水流速度,及其均值,形成水流速度Ls;
步骤T603、沿着船舶在航道内的驶入方向,设置若干个测速仪器,确定水流向度Lx;
步骤T604、获取当前航道的平均深度Js、水流速度Ls、及水流向度Lx,生成水流系数Sl;其中水流系数Sl的生成方法如下:
将平均深度Js、水流速度Ls、及水流向度Lx进行归一化处理,水流系数Sl计算方式如下:
步骤T605、沿着时间轴,生成的水流系数Sl会有若干组,将若干组的水流系数Sl上传至服务器中。
在本步骤中,通过步骤T601及T604之间的配合,对航道的平均深度Js、水流速度Ls、及水流向度Lx等子因素,对子因素进行汇总,最终形成水流系数Sl,在设计航道时,能够起到约束作用,而且通过将若干个子因素汇总,能够降低单一因素带来的干扰。
步骤T7、从服务器中获取若干组的水流系数Sl、及若干组的船舶系数Cb,以线性回归的方式,对水流系数Sl、及船舶系数Cb分别进行预测,获取下一时刻的值。
使用时,在本步骤中,以线性回归的方式进行预测,获取下一时刻的值,方便用户在对航道进行设计时,对设计结果进行提前修正,当然,在本步骤中,可以采用的预测方式不仅仅限于线性回归,也可以采用逻辑回归或者时间序列法或者类似的方式进行替代。
步骤T8、获取水流系数Sl及船舶系数Cb,将船舶系数Cb,与水流系数Sl相关联,生成修正因子F,用于对乘潮水位进行修正;
修正因子F的计算方法如下:
使用时,步骤T8中,在获取到修正因子后,将水流系数Sl及船舶系数Cb关联后,获
取修正因子F,通过获取修正因子F,能够进一步地将水流系数Sl及船舶系数Cb关联在一起,
能够进一步的增加对乘潮水位修正的全面性。
在本步骤中,以的值,对水位预测值进行表征,确定为下一时刻预测值,在
考虑到船舶航入的航道的时间,及在航道内相应的位置后,可以依照水位预测值,
安排船舶的行驶,调整船舶的航行,而通过均值化处理,获取预测值,在船舶进行
航行时,在乘潮水位产生变化时,船舶具有较多的准备时间。
综合以上内容,在本申请中:
通过采用若干组历史数据对拟合函数的修正,能够考虑到月份及季节对乘潮水位的影响,增加计算值的实用性;也减少了在计算乘潮水位的计算量;
在现有航道设计中,通常只会针对潮汐这一单因素进行考虑,而本申请中,则在潮汐的基础上,通过了其他的因素建立的修正因子进行多次修正,能够获取到更加准确的乘潮水位值,并由于考虑到水流系数Sl及船舶系数Cb这类外部因素,在判断计算值是否可用时,能够增加计算值的实用性;相当于单纯函数拟合,应用性更好;也能够更为精确计算出航道的开放时间,合理的安排船舶航行,进而降低航道设计成本。
在本申请中,通过计算出乘潮水位的实时值,并确定计算方法,在代入各项参数之后,能够对一个周期内的乘潮水位进行分析和预测,管理员或者船舶能够安排航入的时间,减少航道内船舶的聚集和混乱,影响航道运力;在计算乘潮水位时,结合了船型的吃水、航道浅段的长度、航行速度、航行密度等,按当地实际潮位过程线进行比较选定,利用计算的乘潮水位开挖航道,节省工程量。
上述实施例,可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或其他任意组合来实现。当使用软件实现时,上述实施例可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令或计算机程序。在计算机上加载或执行所述计算机指令或计算机程序时,全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以为通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中,或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输,例如,所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集合的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如,软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如,DVD)、或者半导体介质。半导体介质可以是固态硬盘。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的***、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的***、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory,ROM)、随机存取存储器(random access memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
最后:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,其特征在于:包括如下步骤:
沿着航道的前进方向,设置若干个监测站点,对航道的潮位进行数据监测;
以固定时间间隔,获取河道上各个位置上的潮位变化,对数据进行分析,绘制变化曲线,并通过数学分析软件对曲线进行拟合,确定拟合函数;
对拟合函数进行K-S检验,判断拟合函数是否适用,如果不适用,则重新拟合,直至通过K-S检验;
获取拟合函数,获取若干周期乘潮水位的历史数据,对拟合函数进行修正,确定修正后的典型潮位曲线,依据典型潮位曲线,计算乘潮水位的实时值;
获取若干组依次相连接的潮位值,依据线性回归法,预测下一时刻的预测潮位值A,并以典型潮位变化曲线获取到下一时刻的预测潮位值B;
获取预测潮位值A及预测潮位值B,将两个预测值进行关联,获取潮位预测值;
确定修正因子,以修正因子对潮位预测值进行修正,获取到当前船舶相适应的预期乘潮水位;
所述修正方法如下:
若干个站点沿航道的延伸方向做非等距设置,沿着航道的驶入方向,监测站点密度逐渐增加;
预测潮位值A及预测潮位值B的关联方法如下:
2.根据权利要求1所述的一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,其特征在于:
确定修正因子F的获取方式包括:
获取到船的吃水深度Ss、航行速度Hs及航行密度数据Hm,生成船舶系数Cb;
获取当前水道的平均深度Js、水流速度Ls、及水流向的值Lx,生成水流系数Sl;
获取水流系数Sl及船舶系数Cb,将船舶系数Cb,与水流系数Sl相关联,生成修正因子F,用于对乘潮水位进行修正。
3.根据权利要求2所述的一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,其特征在于:
获取即将进入航道的船舶信息,确定船舶的吃水深度Ss;获取即将进入航道的船舶信息,确定船舶的航行速度Hs,航行速度Hs取平均值;
确定船舶驶入航道的预计时间,获取该时间上的航行密度Hm。
5.根据权利要求3所述的一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,其特征在于:
通过回声测深仪对航道内的若干个位置的水深,确定航道位置的平均深度Js;
沿着船舶在航道内的驶入方向,设置若干个测速仪器,确定水流速度均值,形成水流速度Ls;
沿着船舶在航道内的驶入方向,设置若干个测速仪器,确定水流向度Lx。
7.根据权利要求6所述的一种智慧航道设计乘潮水位实时计算方法,其特征在于:
沿着时间轴,生成若干组船舶系数Cb,将若干组的船舶系数Cb上传至服务器中;
沿着时间轴,生成若干组水流系数Sl,将若干组的水流系数Sl上传至服务器中;
从服务器中获取若干组的水流系数Sl、及若干组的船舶系数Cb,以线性回归的方式,对水流系数Sl、及船舶系数Cb分别进行预测,获取下一时刻的值。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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