CN115655381A - 一种用于海洋浮标的数据采集控制***及控制方法 - Google Patents

一种用于海洋浮标的数据采集控制***及控制方法 Download PDF

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CN115655381A CN202211567880.1A CN202211567880A CN115655381A CN 115655381 A CN115655381 A CN 115655381A CN 202211567880 A CN202211567880 A CN 202211567880A CN 115655381 A CN115655381 A CN 115655381A
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冷承霖
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Abstract

本发明涉及控制***技术领域，具体公开了一种用于海洋浮标的数据采集控制***及控制方法，数据采集控制***包括用于采集海洋浮标传输过来的海洋水文水质气象数据的数据采集模块，数据采集模块连接有分类汇流模块，分类汇流模块连接有分类指标计算模块，分类指标计算模块连接有综合指标计算模块，综合指标计算模块连接有指标评估模块。本发明通过数据采集模块的设置能够采集海洋浮标的测量数据，通过分类汇流模块的设置能够根据每个数据的标签对数据分成三类，分别计算各类数据的特征值，通过综合指标计算模块的设置能够将三个特征，值作为自变量代入一个三元一次函数，对三个特征值进行线性组合。

Description

一种用于海洋浮标的数据采集控制***及控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制***及控制方法，特别是涉及一种用于海洋浮标的数据采集控制***及控制方法。
背景技术
海洋浮标是一种锚定在海上的海洋水文水质气象自动观测站，能够测量海上的波高、潮位、海水温度、风速和气压等水文气象要素，为人们在海上的作业和活动带来水文气象指导，避免作业人员进入风浪大的区域造成船覆人亡的惨剧，海流流向的确定也能够帮助指导航海航向，顺流航行能够节约航海时间，减少能源消耗，降低航海成本，因此，海洋浮标数据的采集对海上工程建设和海洋研究都起到了非常重要的作用。
海洋浮标的测量数据一般分为以下几类：气象数据、水文数据和水质数据，各个传感器产生的信号通过自动处理后由发射机定时向地面接收站发出，地面接收站对采集到的信号进行处理，得到人们需要的航海数据，但是现在的地面接收站内还不能够对海洋浮标采集到的数据进行综合汇流，依赖综合数据的分析对各个航向上的海洋水文水质气象进行综合评估。
发明内容
本发明的主要目的是为了解决现在的地面接收站内还不能够对海洋浮标采集到的数据进行综合汇流，依赖综合数据的分析对各个航向上的海洋水文水质气象进行综合评估的问题，而提供的一种用于海洋浮标的数据采集控制***及控制方法，能够将海洋浮标的测量数据按照测量数据性质分类后形成各自综合性的指标数值，再对综合性的指标数值进行线性联合，最后依赖线性回归分析对海洋浮标采集到的数据进行综合分析，为航海、海上建筑工程以及海洋研究提供指导性建议，有利于节约航海时间，减少能源消耗，降低航海成本。
本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：一种用于海洋浮标的数据采集控制***，包括用于采集海洋浮标传输过来的海洋水文水质气象数据的数据采集模块，所述数据采集模块连接有分类汇流模块，所述分类汇流模块连接有分类指标计算模块，所述分类指标计算模块连接有综合指标计算模块，所述综合指标计算模块连接有指标评估模块，其中：所述分类汇流模块将所述数据采集模块采集过来的海洋水文水质气象数据为三类，分别是气象数据，水文数据和水质数据，其中气象数据包括气温、风速、气压、湿度和能见度，水文数据包括波高、海流速度、水温和盐度，水质数据包括pH值、溶解氧含量、叶绿素含量和营养盐含量。
所述分类指标计算模块将所述分类汇流模块传输过来的分类数据进行计算，根据气象数据中的气温、风速、气压、湿度和能见度计算气象特征值，气象特征值与气温、风速、相邻数据发射时间段气压变化值以及湿度均正相关，与能见度负相关，气象特征值的公式为：
Figure 495575DEST_PATH_IMAGE001
；式中：
Figure 3917DEST_PATH_IMAGE002
记为气象特征值，
Figure 134684DEST_PATH_IMAGE003
记为 气温，
Figure 86591DEST_PATH_IMAGE004
记为风速，
Figure 670019DEST_PATH_IMAGE005
记为相邻数据发射时间段气压变化值，
Figure 919734DEST_PATH_IMAGE006
记为空气的相对含湿量，
Figure 967325DEST_PATH_IMAGE007
记为空气的能见度。
所述分类指标计算模块根据水文数据中的波高、海流速度、水温和盐度计算水文特征值，水文特征值与波高、海流速度和水温正相关，与盐度负相关，水文特征值的公式为：
Figure 277084DEST_PATH_IMAGE008
；式中：
Figure 160857DEST_PATH_IMAGE009
记为水文特征值，
Figure 214264DEST_PATH_IMAGE010
记为波高，
Figure 54044DEST_PATH_IMAGE011
记为海流速 度，
Figure 597021DEST_PATH_IMAGE012
记为海水温度，
Figure 889462DEST_PATH_IMAGE013
记为盐度。
所述分类指标计算模块将所述分类汇流模块传输过来的水质数据进行分析，根据水质数据中的pH值、溶解氧含量、叶绿素含量和营养盐含量计算水质特征值，水质特征值与溶解氧含量、叶绿素以及营养盐含量正相关，与pH值负相关，水质特征值的公式为：
Figure 559608DEST_PATH_IMAGE014
；式中：
Figure 253895DEST_PATH_IMAGE015
记为水质特征值，
Figure 905456DEST_PATH_IMAGE016
记 为海水pH值，
Figure 13089DEST_PATH_IMAGE017
记为溶解氧含量，
Figure 408299DEST_PATH_IMAGE018
记为海水中叶绿素含量，
Figure 770141DEST_PATH_IMAGE019
记为海水中营养盐含 量。
所述综合指标计算模块通过将所述分类指标计算模块计算出的气象特征值、水文特征值以及水质特征值作为自变量，代入综合指标的三元一次函数中，将三元一次函数的函数值作为综合指标，综合指标的公式为：
Figure 920500DEST_PATH_IMAGE020
；式中：
Figure 187533DEST_PATH_IMAGE021
记为综合指标，
Figure 120854DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 596923DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 855866DEST_PATH_IMAGE024
记为三元一次函数
Figure 406933DEST_PATH_IMAGE025
的三个自变量；
其中：
Figure 409524DEST_PATH_IMAGE026
；
其中：
Figure 745958DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 910223DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 151849DEST_PATH_IMAGE029
；
所述指标评估模块用于对综合指标进行回归分析。
作为本发明进一步的方案，所述数据采集模块采集的海洋水文水质气象数据是使用海洋浮标上的传感器主体测量的，所述传感器主体包括气象传感器、水文传感器和水质传感器，所述气象传感器、所述水文传感器以及所述水质传感器分别为各自的数据设置分类标签，所述气象传感器、水文传感器和所述水质传感器均通过通讯终端连接有发射机，所述发射机定时向所述数据采集模块发送测量数据。
作为本发明进一步的方案，所述分类汇流模块利用各个数据的分类标签将数据分为三类，进行数据源的汇流，形成三个序列数据流。
作为本发明进一步的方案，所述指标评估模块连接有三维展示模块，所述三维展示模块与所述数据采集模块连接。
作为本发明进一步的方案，所述指标评估模块对综合指标的回归分析过程如下：
步骤一：将综合指标
Figure 754869DEST_PATH_IMAGE021
作为自变量代入函数
Figure 132760DEST_PATH_IMAGE030
，将综合指标的数值 归入[0,1]之间；
步骤二：以0.5为界，将
Figure 546555DEST_PATH_IMAGE031
的值进行二分类，当
Figure 9898DEST_PATH_IMAGE032
时，将海洋 风险等级设为一，当
Figure 354291DEST_PATH_IMAGE033
时，将海洋风险等级设为二。
本发明的有益技术效果：按照本发明的用于海洋浮标的数据采集控制***，通过设置数据采集模块能够采集海洋浮标的测量数据，通过设置分类汇流模块能够根据每个数据的标签对数据分成三类，通过设置分类指标计算模块能够将分类后的数据进行计算，分别计算各类数据的特征值，通过设置综合指标计算模块能够将三个特征，值作为自变量代入一个三元一次函数，进而对三个特征值进行线性组合，通过设置指标评估模块能够对综合指标根据回归分析设置海洋风险等级，实现综合指标的分析，为航海、海上建筑工程以及海洋研究提供指导性建议，有利于节约航海时间，减少能源消耗，降低航海成本，避免作业人员进入风浪大的区域造成船覆人亡的惨剧。
附图说明
图1为按照本发明的用于海洋浮标的数据采集控制***的组成框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本实施例提供的用于海洋浮标的数据采集控制***，包括用于采集海洋浮标传输过来的海洋水文水质气象数据的数据采集模块，所述数据采集模块连接有分类汇流模块，所述分类汇流模块连接有分类指标计算模块，所述分类指标计算模块连接有综合指标计算模块，所述综合指标计算模块连接有指标评估模块，其中：所述分类汇流模块将所述数据采集模块采集过来的海洋水文水质气象数据为三类，分别是气象数据，水文数据和水质数据，其中气象数据包括气温、风速、气压、湿度和能见度，水文数据包括波高、海流速度、水温和盐度，水质数据包括pH值、溶解氧含量、叶绿素含量和营养盐含量。
所述分类指标计算模块将所述分类汇流模块传输过来的分类数据进行计算，根据气象数据中的气温、风速、气压、湿度和能见度计算气象特征值，气象特征值与气温、风速、相邻数据发射时间段气压变化值以及湿度均正相关，与能见度负相关，气象特征值的公式为：
Figure 914586DEST_PATH_IMAGE001
；
式中：
Figure 420653DEST_PATH_IMAGE002
记为气象特征值，
Figure 449920DEST_PATH_IMAGE003
记为气温，
Figure 332426DEST_PATH_IMAGE004
记为风速，
Figure 747226DEST_PATH_IMAGE005
记为相邻数据发射 时间段气压变化值，
Figure 424195DEST_PATH_IMAGE006
记为空气的相对含湿量，
Figure 862130DEST_PATH_IMAGE007
记为空气的能见度。
所述分类指标计算模块根据水文数据中的波高、海流速度、水温和盐度计算水文特征值，水文特征值与波高、海流速度和水温正相关，与盐度负相关，水文特征值的公式为：
Figure 361376DEST_PATH_IMAGE008
；
式中：
Figure 568366DEST_PATH_IMAGE009
记为水文特征值，
Figure 744132DEST_PATH_IMAGE010
记为波高，
Figure 669363DEST_PATH_IMAGE011
记为海流速度，
Figure 706720DEST_PATH_IMAGE012
记为海水温度，
Figure 33796DEST_PATH_IMAGE013
记为盐度。
所述分类指标计算模块将所述分类汇流模块传输过来的水质数据进行分析，根据水质数据中的pH值、溶解氧含量、叶绿素含量和营养盐含量计算水质特征值，水质特征值与溶解氧含量、叶绿素以及营养盐含量正相关，与pH值负相关，水质特征值的公式为：
Figure 318147DEST_PATH_IMAGE014
；
式中：
Figure 527412DEST_PATH_IMAGE015
记为水质特征值，
Figure 555411DEST_PATH_IMAGE016
记为海水pH值，
Figure 550043DEST_PATH_IMAGE017
记为溶解氧含量，
Figure 5295DEST_PATH_IMAGE018
记为海 水中叶绿素含量，
Figure 967434DEST_PATH_IMAGE019
记为海水中营养盐含量。
所述综合指标计算模块通过将所述分类指标计算模块计算出的气象特征值、水文 特征值以及水质特征值作为自变量，代入综合指标的三元一次函数中，将三元一次函数的 函数值作为综合指标，综合指标的公式为：
Figure 533545DEST_PATH_IMAGE020
；式中：
Figure 569634DEST_PATH_IMAGE021
记为综合指标，
Figure 8837DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 130377DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 562495DEST_PATH_IMAGE024
记为三元一次函数
Figure 718670DEST_PATH_IMAGE025
的三个自变量；
其中：
Figure 515725DEST_PATH_IMAGE026
；
其中：
Figure 955188DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 863101DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 936099DEST_PATH_IMAGE029
；
所述指标评估模块用于对综合指标进行回归分析。
按照本发明的用于海洋浮标的数据采集控制***，通过设置数据采集模块能够采集海洋浮标的测量数据，通过设置分类汇流模块能够根据每个数据的标签对数据分成三类，通过设置分类指标计算模块能够将分类后的数据进行计算，分别计算各类数据的特征值，通过设置综合指标计算模块能够将三个特征值作为自变量代入一个三元一次函数，进而对三个特征值进行线性组合，通过设置指标评估模块能够对综合指标根据回归分析设置海洋风险等级，实现综合指标的分析，为航海、海上建筑工程以及海洋研究提供指导性建议，有利于节约航海时间，减少能源消耗，降低航海成本，避免作业人员进入风浪大的区域，造成船覆人亡的惨剧。
所述数据采集模块采集的海洋水文水质气象数据是使用海洋浮标上的传感器主体测量的，所述传感器主体包括气象传感器、水文传感器和水质传感器，所述气象传感器、所述水文传感器以及所述水质传感器分别为各自的数据设置分类标签，所述气象传感器、水文传感器和所述水质传感器均通过通讯终端连接有发射机，所述发射机定时向所述数据采集模块发送测量数据。
通过设置气象传感器便于通过气象传感器测量气温、风速、相邻数据发射时间段的气压变化值、湿度以及能见度，便于通过测量气温实现海上温度场的分析，进而便于根据海洋浮标所在位置的温度以及航线规划航行人员身上的穿着，为船上温度调整做出指导性意见，通过测量风速能够得知海洋浮标所在位置的风速，进而便于根据风速评估海洋浮标所在位置的航行风险，避免过大的风速导致产生航行事故，为航行的安全性提供预警指标，通过相邻数据发射时间段的气压变化值，能够预测海洋浮标所在位置是否出现急对流天气状态，有助于预警天气的骤变，通过测量湿度能够得知海洋浮标所在位置的空气湿度，便于根据空气湿度结合气温判断海洋浮标所在位置的露点温度，进而便于指示船上的防结露措施，通过测量能见度便于为航行的能见度提供参考，进而避免在能见度不足的情况下进行航行，降低低能见度航行带来的风险。
所述分类汇流模块利用各个数据的分类标签将数据分为三类，进行数据源的汇流，形成三个序列数据流。通过设置分类标签能够方便将数据分为三类，进而提高数据分类的效率。所述指标评估模块连接有三维展示模块，所述三维展示模块与所述数据采集模块连接。
通过设置三维展示模块，便于将气象数据、水文数据以及水质数据进行三维展示和分析，同时能够将三个特征指标和综合指标进行三维展示，能够对海洋浮标所在位置的数据进行形象具体的展示，进而实现了数据的三维分析。
所述指标评估模块对综合指标的回归分析过程如下：
步骤一：将综合指标
Figure 904055DEST_PATH_IMAGE034
作为自变量代入函数
Figure 813237DEST_PATH_IMAGE035
，将综合指标的数值 归入[0,1]之间；
步骤二：以0.5为界，将
Figure 524841DEST_PATH_IMAGE036
的值进行二分类，当
Figure 717925DEST_PATH_IMAGE037
时，将海洋 风险等级设为一，当
Figure 856782DEST_PATH_IMAGE038
时，将海洋风险等级设为二。
通过设置归一函数
Figure 174631DEST_PATH_IMAGE035
的，能够将综合指标
Figure 502975DEST_PATH_IMAGE034
归入[0,1]区间内，根据 得到的
Figure 488249DEST_PATH_IMAGE039
的函数值与
Figure 860324DEST_PATH_IMAGE034
一一对应，实现根据
Figure 665469DEST_PATH_IMAGE039
的函数值对
Figure 531925DEST_PATH_IMAGE034
进行二分类。
综上所述，在本实施例中，按照本实施例的用于海洋浮标的数据采集控制***，通 过设置气象传感器，便于通过气象传感器测量气温、风速、相邻数据发射时间段的气压变化 值、湿度以及能见度，便于通过气温的测量实现海上温度场的分析，进而便于根据海洋浮标 所在位置的温度以及航线规划航行人员身上的穿着，为船上温度调整做出指导性意见，通 过测量风速能够得知海洋浮标所在位置的风速，进而便于根据风速评估海洋浮标所在位置 的航行风险，避免过大的风速导致产生航行事故，为航行的安全性提供预警指标，通过相邻 数据发射时间段的气压变化值，能够预测海洋浮标所在位置是否出现急对流天气状态，有 助于预警天气的骤变，通过测量湿度能够得知海洋浮标所在位置的空气湿度，便于根据空 气湿度结合气温判断海洋浮标所在位置的露点温度，进而便于指示船上的防结露措施，通 过测量能见度便于为航行的能见度提供参考，进而避免在能见度不足的情况下进行航行， 降低低能见度航行带来的风险。通过设置分类标签能够方便将数据分为三类，进而提高数 据分类的效率。通过设置三维展示模块，便于将气象数据、水文数据以及水质数据进行三维 展示和分析，同时能够将三个特征指标和综合指标进行三维展示，能够对海洋浮标所在位 置的数据进行形象具体的展示，进而实现了数据的三维分析。通过设置归一函数
Figure 371705DEST_PATH_IMAGE030
，能够将综合指标
Figure 852365DEST_PATH_IMAGE021
归入[0,1]区间内，根据得到的
Figure 472702DEST_PATH_IMAGE040
的函数值与
Figure 64220DEST_PATH_IMAGE021
一一对应，实现根据
Figure 837135DEST_PATH_IMAGE040
的函数值对
Figure 488697DEST_PATH_IMAGE021
进行二分类。
以上所述，仅为本发明进一步的实施例，但本发明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发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，包括用于采集海洋浮标传输过来的海洋水文水质气象数据的数据采集模块，所述数据采集模块连接有分类汇流模块，所述分类汇流模块连接有分类指标计算模块，所述分类指标计算模块连接有综合指标计算模块，所述综合指标计算模块连接有指标评估模块；所述分类汇流模块将所述数据采集模块采集过来的海洋水文水质气象数据为三类，分别是气象数据，水文数据和水质数据；
气象特征值的公式为：
Figure 397008DEST_PATH_IMAGE001
；
式中：
Figure 545224DEST_PATH_IMAGE002
记为气象特征值，
Figure 274145DEST_PATH_IMAGE003
记为气温，
Figure 415277DEST_PATH_IMAGE004
记为风速，
Figure 913254DEST_PATH_IMAGE005
记为相邻数据发射时间 段气压变化值，
Figure 232371DEST_PATH_IMAGE006
记为空气的相对含湿量，
Figure 448589DEST_PATH_IMAGE007
记为空气的能见度；
水文特征值的公式为：
Figure 331094DEST_PATH_IMAGE008
；
式中：
Figure 745895DEST_PATH_IMAGE009
记为水文特征值，
Figure 688443DEST_PATH_IMAGE010
记为波高，
Figure 939427DEST_PATH_IMAGE011
记为海流速度，
Figure 360044DEST_PATH_IMAGE012
记为海水温度，
Figure 832614DEST_PATH_IMAGE013
记 为盐度；
水质特征值的公式为：
Figure 742801DEST_PATH_IMAGE014
；
式中：
Figure 668032DEST_PATH_IMAGE015
记为水质特征值，
Figure 705389DEST_PATH_IMAGE016
记为海水pH值，
Figure 32465DEST_PATH_IMAGE017
记为溶解氧含量，
Figure 316816DEST_PATH_IMAGE018
记为海水中叶 绿素含量，
Figure 791660DEST_PATH_IMAGE019
记为海水中营养盐含量；
综合指标的公式为：
Figure 554079DEST_PATH_IMAGE020
；式中：
Figure 548711DEST_PATH_IMAGE021
记为综合指标，
Figure 3963DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 903786DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 532214DEST_PATH_IMAGE024
记为三元一 次函数
Figure 568303DEST_PATH_IMAGE025
的三个自变量；
所述指标评估模块用于对综合指标进行回归分析。
2.如权利要求1所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述气象数据包括气温、风速、气压、湿度和能见度，所述水文数据包括波高、海流速度、水温和盐度，所述水质数据包括pH值、溶解氧含量、叶绿素含量和营养盐含量。
3.如权利要求1所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述综合 指标的公式中，
Figure 7506DEST_PATH_IMAGE026
；其中：
Figure 394625DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 561164DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 717339DEST_PATH_IMAGE029
。
4.如权利要求2所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述分类指标计算模块将所述分类汇流模块传输过来的分类数据进行计算，根据气象数据中的气温、风速、气压、湿度和能见度计算气象特征值，气象特征值与气温、风速、相邻数据发射时间段气压变化值以及湿度均正相关，与能见度负相关。
5.如权利要求2所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述分类指标计算模块根据水文数据中的波高、海流速度、水温和盐度计算水文特征值，水文特征值与波高、海流速度和水温正相关，与盐度负相关。
6.如权利要求2所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述分类指标计算模块将所述分类汇流模块传输过来的水质数据进行分析，根据水质数据中的pH值、溶解氧含量、叶绿素含量和营养盐含量计算水质特征值，水质特征值与溶解氧含量、叶绿素以及营养盐含量正相关，与pH值负相关。
7.如权利要求1所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述综合指标计算模块通过将所述分类指标计算模块计算出的气象特征值、水文特征值以及水质特征值作为自变量，代入综合指标的三元一次函数中，将三元一次函数的函数值作为综合指标。
8.如权利要求1所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述数据采集模块采集的海洋水文水质气象数据是使用海洋浮标上的传感器主体测量的，所述传感器主体包括气象传感器、水文传感器和水质传感器，所述气象传感器、所述水文传感器以及所述水质传感器分别为各自的数据设置分类标签，所述气象传感器、水文传感器和所述水质传感器均通过通讯终端连接有发射机，所述发射机定时向所述数据采集模块发送测量数据。
9.如权利要求1所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述分类汇流模块利用各个数据的分类标签将数据分为三类，进行数据源的汇流，形成三个序列数据流；所述指标评估模块连接有三维展示模块，所述三维展示模块与所述数据采集模块连接。
10.如权利要求1所述的一种用于海洋浮标的数据采集控制***，其特征在于，所述指标评估模块对综合指标的回归分析过程如下：
步骤一：将综合指标
Figure 327443DEST_PATH_IMAGE030
作为自变量代入函数
Figure 936278DEST_PATH_IMAGE031
，将综合指标的数值归入 [0,1]之间；
步骤二：以0.5为界，将
Figure 109771DEST_PATH_IMAGE032
的值进行二分类，当
Figure 182769DEST_PATH_IMAGE033
时，将海洋风险 等级设为一，当
Figure 150725DEST_PATH_IMAGE034
时，将海洋风险等级设为二。
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Citations (10)

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