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CN114705884B - 海洋风风向和海洋洋流流向监测方法 - Google Patents

海洋风风向和海洋洋流流向监测方法 Download PDF

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CN114705884B
CN114705884B CN202210627028.2A CN202210627028A CN114705884B CN 114705884 B CN114705884 B CN 114705884B CN 202210627028 A CN202210627028 A CN 202210627028A CN 114705884 B CN114705884 B CN 114705884B
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郭景松
曲大鹏
陈思宇
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First Institute of Oceanography MNR
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Abstract

本发明公开了一种海洋风风向和海洋洋流流向监测方法，属于海洋监测技术领域，该海洋风风向监测方法包括：采集海洋风中的初始风向信息；当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息。该海洋洋流流向监测方法包括：采集海洋洋流中的初始流向信息；当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息。通过该方法，提高了海洋风场或海洋洋流监测的准确性与监测效率。

Description

海洋风风向和海洋洋流流向监测方法
技术领域
本发明属于海洋监测技术领域，具体涉及一种海洋风风向和海洋洋流流向监测方法。
背景技术
近年随着海洋科学技术的不断发展，海洋科学研究正在向纵深层次发展，由对海洋平均状况的描述发展为对海洋变化过程的研究，由对现象的定性描述发展到定量的准确预报。对于海洋洋流以及海洋风监控，现有的流向或风向等监测数据按照传统的方向角记录方式进行，以北向为0°，顺时针旋转为正，0°-360°的变化值域，传统的方向角记录的长时间序列的流向或风向监测数据在图像显示上往往呈现出一簇一簇的极值峰，致使流向或风向等要素方向角变化趋势显现不明显，干扰人们对海洋流向或风向变化的直观认知，容易造成对监测结果误判。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种海洋风风向和海洋洋流流向监测方法，提高了海洋风场或海洋洋流监测的准确性与监测效率。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种海洋风风向监测方法，包括：
采集海洋风中的初始风向信息；
当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息。
可选的，所述对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息，包括：
对所述初始风向信息，计算时间序列上相邻两点间风向差，得到第一风向差；
根据所述第一风向差，挑选出所述初始风向信息中存在的极值峰数据；
根据所述第一风向差，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的风向信息；
对初次修正的风向信息进行第二次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的极值峰数据，得到目标风向信息。
可选的，所述根据所述第一风向差，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的风向信息，包括：
计算时间序列上相邻两点间风向差，得到第一风向差，表示为：
Figure 579945DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 743073DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 863475DEST_PATH_IMAGE003
表示时间序列上相邻两点（i+1、i）上的风向角，
Figure 112054DEST_PATH_IMAGE004
表示相邻两点 的风向差，i是时间序列的记录点位置；
当
Figure 179367DEST_PATH_IMAGE004
大于180.0°时，两相邻点风向角差大于180.0°，当前点的相邻点风向位于 大值区，改变相邻点的风向记录方式，选择逆时针旋转记录，风向值变为负值；
当
Figure 898799DEST_PATH_IMAGE004
小于-180.0°时，两点风向差仍然大于180.0°，当前点的风向值位于大值 区，改变当前点的风向记录方式，选择逆时针旋转记录，风向值变为负值；
当
Figure 455683DEST_PATH_IMAGE004
小于180.0°或者大于-180.0°时，两相邻点间风向差小于180.0°，当前点、 相邻点的风向保持不变。
可选的，所述对初次修正的风向信息进行第二次记录方式改变，包括：
对初次修正的风向信息进行分段滑动平均，求得风向在时间序列的风向平均值；
对每一时刻的风向角与同时刻的风向平均值求差值，得到第二风向差；
根据所述第二风向差的值域范围，进行当前点风向记录方式的改变。
可选的，采用简单的滑动平均，对初次修正的风向信息进行分段滑动平均，求得风向在时间序列的风向平均值，表示为：
Figure 191557DEST_PATH_IMAGE005
，m i<n-m；
Figure 859299DEST_PATH_IMAGE006
，i
Figure 465861DEST_PATH_IMAGE007
n-m；
Figure 662487DEST_PATH_IMAGE008
，i
Figure 384193DEST_PATH_IMAGE009
m；
其中，
Figure 324467DEST_PATH_IMAGE010
表示风向平均值，n 是时间序列长度总记录个数，m是进行分段滑动平均 选取的滑动平均的数据长度的一半对应的风向要素个数，
Figure 316694DEST_PATH_IMAGE011
表示第i点的风向角，i是时间 序列的记录点位置；
对每一时刻的风向角与同时刻的风向平均值求差值，得到第二风向差，表示为：
Figure 215380DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 660268DEST_PATH_IMAGE013
是时间序列上风向与同时刻对应的风向平均值的差；
根据所述第二风向差的值域范围，进行当前点风向记录方式的改变，包括：
当
Figure 404233DEST_PATH_IMAGE013
大于180.0°时，当前点i位置的风向角远离同时刻时间序列的风向平均值 位置，改变当前点i位置风向的记录方式，选择逆时针旋转记录，
Figure 483922DEST_PATH_IMAGE011
变为负值；
当
Figure 756772DEST_PATH_IMAGE013
小于等于180.0°时，当前点i位置的风向角与同时刻时间序列的风向角中 心位置相距不远，选择风向记录方式保持不变。
第二方面，本发明实施例提供了一种海洋洋流流向监测方法，包括：
采集海洋洋流中的初始流向信息；
当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息。
可选的，所述对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息，包括：
对所述初始流向信息，计算时间序列上相邻两点间流向差，得到第一流向差；
根据所述第一流向差，挑选出所述初始流向信息中存在的极值峰数据；
根据所述第一流向差，对挑选出的极值峰数据对应的流向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的流向信息；
对初次修正的流向信息进行第二次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的极值峰数据，得到目标流向信息。
可选的，所述根据所述第一流向差，对挑选出的极值峰数据对应的流向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的流向信息，包括：
计算时间序列上相邻两点间流向差，得到第一流向差，表示为：
Figure 157797DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 705453DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 672272DEST_PATH_IMAGE003
表示时间序列上相邻两点（i+1、i）上的流向角，
Figure 885997DEST_PATH_IMAGE004
表示相邻两点 的流向差，i是时间序列的记录点位置；
当
Figure 305477DEST_PATH_IMAGE004
大于180.0°时，两相邻点流向角差大于180.0°，当前点的相邻点流向位于 大值区，改变相邻点的流向记录方式，选择逆时针旋转记录，流向值变为负值；
当
Figure 391244DEST_PATH_IMAGE004
小于-180.0°时，两点流向差仍然大于180.0°，当前点的流向值位于大值 区，改变当前点的流向记录方式，选择逆时针旋转记录，流向值变为负值；
当
Figure 212570DEST_PATH_IMAGE004
小于180.0°或者大于-180.0°时，两相邻点间流向差小于180.0°，当前点、 相邻点的流向保持不变。
可选的，所述对初次修正的流向信息进行第二次记录方式改变，包括：
对初次修正的流向信息进行分段滑动平均，求得流向在时间序列的流向平均值；
对每一时刻的流向角与同时刻的流向平均值求差值，得到第二流向差；
根据所述第二流向差的值域范围，进行当前点流向记录方式的改变。
可选的，采用简单的滑动平均，对初次修正的流向信息进行分段滑动平均，求得流向在时间序列的流向平均值，表示为：
Figure 358380DEST_PATH_IMAGE005
，m<i<n-m；
Figure 265157DEST_PATH_IMAGE006
，i
Figure 653150DEST_PATH_IMAGE007
n-m；
Figure 860141DEST_PATH_IMAGE008
，i
Figure 114536DEST_PATH_IMAGE009
m；
其中，
Figure 977449DEST_PATH_IMAGE010
表示流向平均值，n是时间序列长度总记录个数，m 是进行分段滑动平均 选取的滑动平均的数据长度的一半对应的流向要素个数，
Figure 670599DEST_PATH_IMAGE011
表示第i点的流向角，i是时间 序列的记录点位置；
对每一时刻的流向角与同时刻的流向平均值求差值，得到第二流向差，表示为：
Figure 466517DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 718244DEST_PATH_IMAGE013
是时间序列上流向与同时刻对应的时间序列流向平均值的差；
根据所述第二流向差的值域范围，进行当前点流向记录方式的改变，包括：
当
Figure 334033DEST_PATH_IMAGE013
大于180.0°时，当前点i位置的流向角远离同时刻时间序列的流向平均值 位置，改变当前点i位置流向的记录方式，选择逆时针旋转记录，
Figure 299715DEST_PATH_IMAGE011
变为负值；
当
Figure 684560DEST_PATH_IMAGE013
小于等于180.0°时，当前点i位置的流向角与同时刻时间序列的流向角中 心位置相距不远，选择流向记录方式保持不变。
第三方面，本发明实施例提供了一种海洋监测装置，包括：用于监测海洋风风向的海洋风向监测单元，所述海洋风向监测单元包括：
风向采集模块，用于采集海洋风中的初始风向信息；
风向控制模块，用于当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息；和/或
所述海洋监测装置还包括用于监测海洋洋流流向的海洋流向监测单元，所述海洋流向监测单元包括：
流向采集模块，用于采集海洋洋流中的初始流向信息；
流向控制模块，用于当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息。
第四方面，本发明进一步提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或所述指令被所述处理器执行时实现上述海洋风风向监测方法，和/或海洋洋流流向监测方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种可读存储介质，该可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述海洋风风向监测方法，和/或海洋洋流流向监测方法的步骤。
在本发明实施例中，在传统海洋风风向或海洋洋流流向监测方法的基础上进行改进，当监测到初始风向或流向信息中存在异常震荡变化的情况下，对初始风向或流向信息进行至少一次记录方式改变，消除初始风向或流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向或流向信息。通过本实施例的风向或流向监测方法，消除了因传统方式记录的风向或流向方向角数值差异过大而致使的方位分布差异大的虚假认知，能够很好地保留风向或流向方向角的稳定信号特征，更好地表述风向或流向方向角的方位特征，更好地去除风向或流向监测中的震荡变化，从而达到消除风向或流向监测方向角记录数据中的极值峰，避免了极值峰数据对正常图像信息的干扰，避免由于传统监测方法造成的对海洋风场或海洋洋流场不稳定、存在极强的风向或流向震荡变化的错误事实，利于风向或流向变化监测的快速、准确的直观认识，提高了海洋风场或海洋洋流监测的准确性与监测效率。
附图说明
图1是传统监测方法中方向角与方位的对应图；
图2是本发明实施例一提供的海洋风风向监测方法的流程示意图；
图3为采用传统风向监测方法的风向样本的时间序列分布图；
图4为经过第一次记录方式改变得到的时间序列风向分布图；
图5为经过第二次记录方式改变得到的时间序列风向分布图；
图6是本发明实施例二提供的海洋洋流流向监测方法的流程示意图；
图7是本发明实施例提供的海洋监测装置的模块结构示意图；
图8是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
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作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。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
如上所述，作为海洋洋流或海洋风的监测，现有的流向或风向等监测采用按照传统的方向角记录方式进行，以北向为0°，顺时针旋转为正，0°-360°的变化值域。这样记录的长时间序列的监测数据在图像显示上往往会出现一簇一簇的极值峰的异常震荡变化情况，致使流向或风向变化趋势显现不明显，干扰人们对流向或风向变化的直观认知，给人以方向突变、方向不稳定的错误监测事实。之所以会产生这样的错误认知，实际是因为传统的流向或风向等记录方式中，比如说按照传统流向记录方式，22.5°和337.5°的两个流向角，两量值相差315°，差别很大，容易产生两者方位分布差异大的误解，但实际两者距离正北向均相差22.5°，整体来看它们的方位是相近的，对应的方位都是北向，如图1中所示。因此，传统的海洋风风向监测方法或海洋洋流流向监测方法影响监测的效率与监测精度。
为此，本发明实施例针对传统的海洋风风向监测方法或海洋洋流流向监测方法影响监测的效率与监测精度的问题，在传统流向或风向监测方法的基础上进行改进，对传统流向或风向记录方式进行改变，以提高监测精度与监测效率。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景，对本发明提供的监测方法进行详细地说明。
图2是本发明实施例一提供的海洋风风向监测方法的流程示意图。
参见图2，本发明实施例一提供的海洋风风向监测方法，针对海洋中风向变化进行监测，包括：
S11、采集海洋风中的初始风向信息。
本实施例中，将获得的采用传统记录方式采集的海洋风风向信息作为初始风向信息。
S12、当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息。
在具体实现中，
所述对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息，具体包括：
对所述初始风向信息，计算时间序列上相邻两点间风向差，得到第一风向差，即，
Figure 608654DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 977318DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 510806DEST_PATH_IMAGE003
表示时间序列上相邻两点（i+1、i）上的风向角，
Figure 281316DEST_PATH_IMAGE004
表示相邻两点 的风向差，i是时间序列的记录点位置。
然后，根据所述第一风向差，挑选出所述初始风向信息中存在的极值峰数据。
根据所述第一风向差，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的风向信息。具体为：
本实施例中，事先设定0°值为正北向，顺时针旋转为正。当
Figure 110731DEST_PATH_IMAGE004
大于180.0°时，两 相邻点风向角差大于180.0°，当前点的相邻点风向位于大值区，改变相邻点的风向记录方 式，选择逆时针旋转记录，风向值变为负值；当
Figure 232271DEST_PATH_IMAGE004
小于-180.0°时，两点风向差仍然大于 180.0°，当前点的风向值位于大值区，改变当前点的风向记录方式，选择逆时针旋转记录， 风向值变为负值；当
Figure 805335DEST_PATH_IMAGE004
小于180.0°或者大于-180.0°时，两相邻点间风向差小于180.0°， 当前点、相邻点的风向保持不变。即通过本步骤，检查时间序列上相邻两点间风向的风向 差，即相邻点的风向的方向角差，当相邻点的风向的方向角差大于180.0°，改变相应点的风 向的方向角记录方式，选择逆时针旋转记录，相应的风向的方向角值记录为负值。通过本步 骤，根据相邻两点间风向差，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第一次记录方式改变， 对相应的风向记录方式进行调整，初步消除了监测风向数据中出现的极值峰。
然后，对初次修正的风向信息进行第二次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的极值峰数据，得到目标风向信息。具体为：
本实施例采用简单的滑动平均，对初次修正的风向信息进行分段滑动平均，求得风向在时间序列的风向平均值，表示为：
Figure 430351DEST_PATH_IMAGE005
，m<i<n-m；
Figure 696247DEST_PATH_IMAGE006
，i
Figure 773925DEST_PATH_IMAGE007
n-m；
Figure 681838DEST_PATH_IMAGE008
；i
Figure 411895DEST_PATH_IMAGE009
m；
其中，
Figure 848693DEST_PATH_IMAGE010
表示风向平均值，n是时间序列长度总记录个数，m是进行分段滑动平均选 取的滑动平均的数据长度的一半对应的风向要素个数，
Figure 679245DEST_PATH_IMAGE011
表示第i点的风向角，i是时间序 列的记录点位置。
然后，将求得的风向平均值作为该组分段数据的中心位置，对每一时刻的风向角与同时刻的风向平均值求差值，得到第二风向差，即：
Figure 594112DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 193720DEST_PATH_IMAGE013
是时间序列上风向与同时刻对应的风向平均值的差。
进一步的，根据所述第二风向差的值域范围，进行当前点风向记录方式的改变，具 体为，当
Figure 801419DEST_PATH_IMAGE013
大于180.0°时，当前点i位置的风向角远离同时刻时间序列的风向平均值位 置，改变当前点i位置风向的记录方式，选择逆时针旋转记录，
Figure 853689DEST_PATH_IMAGE011
变为负值；当
Figure 572246DEST_PATH_IMAGE013
小于等于 180.0°时，当前点i位置的风向角与同时刻时间序列的风向角中心位置相距不远，选择风向 记录方式保持不变。即通过本步骤，对每时刻的方向角与其同时刻的中心位置风向的方向 角求差值，当风向的方向角差大于180.0°时，改变该时刻当前点风向方向角的顺时针旋转 记录方式，选择逆时针旋转记录。通过本步骤，根据每一时刻的风向角与同时刻的风向平均 值差值，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第二次记录方式改变，对相应的风向记录 方式进行调整，进一步消除了监测风向数据中出现的极值峰。
综上，本实施例在传统风向监测方法的基础上进行改进，对传统风向记录方式进行改变，当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息。通过本实施例的风向监测方法，消除了因传统方式记录的风向方向角数值差异过大而致使的方位分布差异大的虚假认知，能够很好地保留风向方向角的稳定信号特征，更好地表述风向方向角的方位特征，更好地去除风向监测中的震荡变化，从而达到消除风向监测方向角记录数据中的极值峰，避免了极值峰数据对正常图像信息的干扰，避免由于传统监测方法造成的对风场不稳定、存在极强的风向震荡变化的错误事实，利于风向变化监测的快速、准确的直观认识，提高了海洋风风向监测的准确性与监测效率。
下面以一采集于 2019年11月15日8：00—2020年4月22日4：30期间的风向监测数据，采用传统风向记录方式记录，作为案例进行本海洋风风向监测方法的陈述，风向样本的时间序列分布图如图3所示。在该段时间序列上，风向分布基本稳定，约为40°，为东南风。但是在整个时间序列内，出现多个疑似异常值峰，从~40°急剧变化为~350°，容易产生观测期间风向急剧变化的直观认知误解。细究数据，比如1月16日风向位于波动低值区域，中心位置约为20°，最低值可以达到10°，最大值达到约355°，大值几乎接近360°，与峰谷处的10°在方向角上量值相差很大，两者相差345°，但从分布方位来看，它们均可以归为北向。这是因为传统记录的方向角范围为0°-360°， 其中的355.0°和10°两个方向角，距离0°都比较近，因而355.0°和10°的方位相近，均为北向；但因两者的方向角数值差异大而导致在风向时间序列分布图中出现了极值峰。该极值峰的出现干扰了正常图像信息的展现，还可能误导读者产生此处风场不稳定、存在极强的风向震荡变化的错误事实。
针对该风向监测数据，根据时间序列上相邻两点间风向差进行第一次记录方式改变，得到的时间序列风向分布图如图4中所示，相比于图3，图4中显示的时间序列风向分布图异常震荡变化明显得到改善，风向监测方向角记录数据中的极值峰得到了一定程度的消除。然后，进一步对图4中的时间序列风向分布图，依据时间序列上风向与同时刻对应的风向平均值的差进行第二次记录方式改变，得到的时间序列风向分布图如图5中所示，相比于图4，图5中显示的时间序列风向分布图异常震荡变化进一步明显得到改善，风向监测方向角记录数据中的极值峰基本完全消除。
由此可知，通过本实施例的风向监测方法，消除了因传统方式记录的风向方向角数值差异过大而致使的方位分布差异大的虚假认知，能够很好地保留风向方向角的稳定信号特征，更好地表述风向方向角的方位特征，更好地去除风向监测中的震荡变化，从而达到消除风向监测方向角记录数据中的极值峰，避免了极值峰数据对正常图像信息的干扰，避免由于传统监测方法造成的对风场不稳定、存在极强的风向震荡变化的错误事实，利于风向变化监测的快速、准确的直观认识，提高了海洋风风向监测的准确性与监测效率。
图6是本发明实施例二提供的海洋洋流流向监测方法的流程示意图。
参见图6，本发明实施例二提供的海洋洋流流向监测方法，针对海洋洋流中流向变化进行监测，包括：
S21、采集海洋洋流中的初始流向信息；
本实施例中，将获得的采用传统记录方式采集的海洋洋流中流向信息作为初始流向信息。
S22、当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息。具体为：
对所述初始流向信息，计算时间序列上相邻两点间流向差，得到第一流向差，表示为：
Figure 524896DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 303496DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 843062DEST_PATH_IMAGE003
表示时间序列上相邻两点（i+1、i）上的流向角，
Figure 99731DEST_PATH_IMAGE004
表示相邻两点 的流向差，i是时间序列的记录点位置。
然后，根据所述第一流向差，挑选出所述初始流向信息中存在的极值峰数据；根据所述第一流向差，对挑选出的极值峰数据对应的流向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的流向信息，具体为：
当
Figure 408353DEST_PATH_IMAGE004
大于180.0°时，两相邻点流向角差大于180.0°，当前点的相邻点流向位于 大值区，改变相邻点的流向记录方式，选择逆时针旋转记录，流向值变为负值；当
Figure 357854DEST_PATH_IMAGE004
小于- 180.0°时，两点流向差仍然大于180.0°，当前点的流向值位于大值区，改变当前点的流向记 录方式，选择逆时针旋转记录，流向值变为负值；当
Figure 384716DEST_PATH_IMAGE004
小于180.0°或者大于-180.0°时，两 相邻点间流向差小于180.0°，当前点、相邻点的流向保持不变。即通过本步骤，检查时间序 列上相邻两点间流向的风向差，即相邻点的流向的方向角差，当相邻点的流向的方向角差 大于180.0°，改变相应点的流向的方向角记录方式，选择逆时针旋转记录，相应的流向的方 向角值记录为负值。通过本步骤，根据相邻两点间流向差，对挑选出的极值峰数据对应的流 向进行第一次记录方式改变，对相应的流向记录方式进行调整，初步消除了监测海洋洋流 流向数据中出现的极值峰。
进一步的，对初次修正的流向信息进行第二次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的极值峰数据，得到目标流向信息。
本实施例中，采用简单的滑动平均，对初次修正的流向信息进行分段滑动平均，求得流向在时间序列的流向平均值，表示为：
Figure 710655DEST_PATH_IMAGE005
，m<i<n-m；
Figure 372318DEST_PATH_IMAGE006
，i
Figure 492721DEST_PATH_IMAGE007
n-m；
Figure 6879DEST_PATH_IMAGE008
；i
Figure 136509DEST_PATH_IMAGE009
m；
其中，
Figure 154144DEST_PATH_IMAGE010
表示流向平均值，n是时间序列长度总记录个数，m是进行分段滑动平均选 取的滑动平均的数据长度的一半对应的流向要素个数，
Figure 711027DEST_PATH_IMAGE011
表示第i点的流向角，i是时间序 列的记录点位置。
然后，将求得的流向平均值作为该组分段数据的中心位置，对每一时刻的流向角与同时刻的流向平均值求差值，得到第二流向差，即：
Figure 181323DEST_PATH_IMAGE012
；
其中，
Figure 583485DEST_PATH_IMAGE013
是时间序列上流向与同时刻对应的时间序列流向平均值的差。
进一步的，根据所述第二流向差的值域范围，进行当前点流向记录方式的改变。具 体为，当
Figure 219741DEST_PATH_IMAGE013
大于180.0°时，当前点i位置的流向角远离同时刻时间序列的流向平均值位 置，改变当前点i位置流向的记录方式，选择逆时针旋转记录，
Figure 947525DEST_PATH_IMAGE011
变为负值；当
Figure 170696DEST_PATH_IMAGE013
小于等于 180.0°时，当前点i位置的流向角与同时刻时间序列的流向角中心位置相距不远，选择流向 记录方式保持不变。即通过本步骤，对每时刻的流向方向角与其同时刻的中心位置流向的 方向角求差值，当流向的方向角差大于180.0°时，改变该时刻当前点流向方向角的顺时针 旋转记录方式，选择逆时针旋转记录。通过本步骤，根据每一时刻的流向角与同时刻的流向 平均值差值，对挑选出的极值峰数据对应的流向进行第二次记录方式改变，对相应的流向 记录方式进行调整，进一步消除了监测海洋洋流流向数据中出现的极值峰。
综上，本实施例在传统流向监测方法的基础上进行改进，对传统流向记录方式进行改变，当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息。通过本实施例的流向监测方法，消除了因传统方式记录的流向方向角数值差异过大而致使的方位分布差异大的虚假认知，能够很好地保留流向方向角的稳定信号特征，更好地表述流向方向角的方位特征，更好地去除流向监测中的震荡变化，从而达到消除流向监测方向角记录数据中的极值峰，避免了极值峰数据对正常图像信息的干扰，避免由于传统监测方法造成的对海洋洋流场不稳定、存在极强的流向震荡变化的错误事实，利于流向变化监测的快速、准确的直观认识，提高了海洋洋流流向监测的准确性与监测效率。
图7是本发明实施例提供的海洋监测装置的模块结构示意图。
参见图7，海洋监测装置30的模块结构对应于图2示出的海洋风风向监测方法、图6示出的海洋洋流流向监测方法。
本发明实施例提供的装置能够实现上述海洋风风向监测方法，和/或海洋洋流流向监测方法实现的各个过程。
如图7中所示，本发明实施例提供的海洋监测装置30，包括：
用于监测海洋风风向的海洋风向监测单元31，所述海洋风向监测单元包括：
风向采集模块311，用于采集海洋风中的初始风向信息；
风向控制模块312，用于当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息；和/或
所述海洋监测装置还包括用于监测海洋洋流流向的海洋流向监测单元32，所述海洋流向监测单元32包括：
流向采集模块321，用于采集海洋洋流中的初始流向信息；
流向控制模块322，用于当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息。
因此，根据本发明实施例的海洋监测装置30，消除了因传统方式记录的海洋风风向或洋流流向方向角数值差异过大而致使的方位分布差异大的虚假认知，能够很好地保留风向或流向方向角的稳定信号特征，更好地表述风向或流向方向角的方位特征，更好地去除风向或流向监测中的震荡变化，从而达到消除风向或流向监测方向角记录数据中的极值峰，避免了极值峰数据对正常图像信息的干扰，避免由于传统监测方法造成的对海洋风场或洋流场不稳定、存在极强的风向或流向震荡变化的错误事实，利于风向或流向变化监测的快速、准确的直观认识，提高了海洋风场或海洋洋流监测的准确性与监测效率。
应当理解，对上述海洋风风向监测方法、海洋洋流流向监测方法的各描述同样适用于根据本发明实施例的海洋监测装置30，为避免重复，不再详细描述。
此外，应当理解，在根据本发明实施例的海洋监测装置30中，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即海洋监测装置30可划分为与上述例示出的模块不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
图8是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
如图8中所示，本发明实施例还提供了一种电子设备400，包括处理器401，存储器402，存储在存储器402上并可在所述处理器401上运行的程序或指令，该程序或指令被处理器401执行时实现上述海洋风风向监测方法、和/或，海洋洋流流向监测方法的步骤，且能达到相同的技术效果。
需要注意的是，本发明实施例中的电子设备可包括移动电子设备和非移动电子设备。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述海洋风风向监测方法、和/或，海洋洋流流向监测方法的步骤，且能达到相同的技术效果。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本发明实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以施加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种海洋风风向监测方法，其特征在于，包括：
采集海洋风中的初始风向信息；
当监测到所述初始风向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始风向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的异常震荡变化，得到目标风向信息，包括：
对所述初始风向信息，计算时间序列上相邻两点间风向差，得到第一风向差；
根据所述第一风向差，挑选出所述初始风向信息中存在的极值峰数据；
根据所述第一风向差，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的风向信息；
对初次修正的风向信息进行第二次记录方式改变，消除所述初始风向信息中存在的极值峰数据，得到目标风向信息；
所述对初次修正的风向信息进行第二次记录方式改变，包括：
对初次修正的风向信息进行分段滑动平均，求得风向在时间序列的风向平均值；
对每一时刻的风向角与同时刻的风向平均值求差值，得到第二风向差；
根据所述第二风向差的值域范围，进行当前点风向记录方式的改变。
2.根据权利要求1所述的海洋风风向监测方法，其特征在于，所述根据所述第一风向差，对挑选出的极值峰数据对应的风向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的风向信息，包括：
计算时间序列上相邻两点间风向差，得到第一风向差，表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表示时间序列上相邻两点（i+1、i）上的风向角，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表示相邻两点的风向差，i是时间序列的记录点位置；
当
Figure 742001DEST_PATH_IMAGE008
大于180.0°时，两相邻点风向角差大于180.0°，当前点的相邻点风向位于大值区，改变相邻点的风向记录方式，选择逆时针旋转记录，风向值变为负值；
当
Figure 127983DEST_PATH_IMAGE008
小于-180.0°时，两点风向差仍然大于180.0°，当前点的风向值位于大值区，改变当前点的风向记录方式，选择逆时针旋转记录，风向值变为负值；
当
Figure 376561DEST_PATH_IMAGE008
小于180.0°或者大于-180.0°时，两相邻点间风向差小于180.0°，当前点、相邻点的风向保持不变。
3.根据权利要求2所述的海洋风风向监测方法，其特征在于，
采用简单的滑动平均，对初次修正的风向信息进行分段滑动平均，求得风向在时间序列的风向平均值，表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
, m< i <n-m ;
Figure DEST_PATH_IMAGE012
, i
Figure DEST_PATH_IMAGE014
n-m ;
Figure DEST_PATH_IMAGE016
,i
Figure DEST_PATH_IMAGE018
m ;
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
表示风向平均值，n 是时间序列长度总记录个数, m 是进行分段滑动平均选取的滑动平均的数据长度的一半对应的风向要素个数，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
表示第 i 点的风向角，i是时间序列的记录点位置；
对每一时刻的风向角与同时刻的风向平均值求差值，得到第二风向差，表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
是时间序列上风向与同时刻对应的风向平均值的差；
根据所述第二风向差的值域范围，进行当前点风向记录方式的改变，包括：
当
Figure 687283DEST_PATH_IMAGE026
大于180.0°时，当前点i位置的风向角远离同时刻时间序列的风向平均值位置，改变当前点i位置风向的记录方式，选择逆时针旋转记录，
Figure 469032DEST_PATH_IMAGE022
变为负值；
当
Figure 760336DEST_PATH_IMAGE026
小于等于180.0°时，当前点i位置的风向角与同时刻时间序列的风向角中心位置相距不远，选择风向记录方式保持不变。
4.一种海洋洋流流向监测方法，其特征在于，包括：
采集海洋洋流中的初始流向信息；
当监测到所述初始流向信息中存在异常震荡变化的情况下，
对所述初始流向信息进行至少一次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的异常震荡变化，得到目标流向信息，包括：
对所述初始流向信息，计算时间序列上相邻两点间流向差，得到第一流向差；
根据所述第一流向差，挑选出所述初始流向信息中存在的极值峰数据；
根据所述第一流向差，对挑选出的极值峰数据对应的流向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的流向信息；
对初次修正的流向信息进行第二次记录方式改变，消除所述初始流向信息中存在的极值峰数据，得到目标流向信息；
所述对初次修正的流向信息进行第二次记录方式改变，包括：
对初次修正的流向信息进行分段滑动平均，求得流向在时间序列的流向平均值；
对每一时刻的流向角与同时刻的流向平均值求差值，得到第二流向差；
根据所述第二流向差的值域范围，进行当前点流向记录方式的改变。
5.根据权利要求4所述的海洋洋流流向监测方法，其特征在于，所述根据所述第一流向差，对挑选出的极值峰数据对应的流向进行第一次记录方式改变，得到初次修正的流向信息，包括：
计算时间序列上相邻两点间流向差，得到第一流向差，表示为：
Figure 496211DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 163952DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 301673DEST_PATH_IMAGE006
表示时间序列上相邻两点（i+1、i）上的流向角，
Figure 763878DEST_PATH_IMAGE008
表示相邻两点的流向差，i是时间序列的记录点位置；
当
Figure 987049DEST_PATH_IMAGE008
大于180.0°时，两相邻点流向角差大于180.0°，当前点的相邻点流向位于大值区，改变相邻点的流向记录方式，选择逆时针旋转记录，流向值变为负值；
当
Figure 192902DEST_PATH_IMAGE008
小于-180.0°时，两点流向差仍然大于180.0°，当前点的流向值位于大值区，改变当前点的流向记录方式，选择逆时针旋转记录，流向值变为负值；
当
Figure 981867DEST_PATH_IMAGE008
小于180.0°或者大于-180.0°时，两相邻点间流向差小于180.0°，当前点、相邻点的流向保持不变。
6.根据权利要求5所述的海洋洋流流向监测方法，其特征在于，
采用简单的滑动平均，对初次修正的流向信息进行分段滑动平均，求得流向在时间序列的流向平均值，表示为：
Figure 379088DEST_PATH_IMAGE010
, m< i <n-m ;
Figure 89555DEST_PATH_IMAGE012
, i
Figure 833520DEST_PATH_IMAGE014
n-m ;
Figure 945832DEST_PATH_IMAGE016
,i
Figure 749840DEST_PATH_IMAGE018
m ;
其中，
Figure 682024DEST_PATH_IMAGE020
表示流向平均值，n 是时间序列长度总记录个数, m 是进行分段滑动平均选取的滑动平均的数据长度的一半对应的流向要素个数，
Figure 229680DEST_PATH_IMAGE022
表示第 i 点的流向角，i是时间序列的记录点位置；
对每一时刻的流向角与同时刻的流向平均值求差值，得到第二流向差，表示为：
Figure 196499DEST_PATH_IMAGE024
；
其中，
Figure 935523DEST_PATH_IMAGE026
是时间序列上流向与同时刻对应的时间序列流向平均值的差；
根据所述第二流向差的值域范围，进行当前点流向记录方式的改变，包括：
当
Figure 355003DEST_PATH_IMAGE026
大于180.0°时，当前点i位置的流向角远离同时刻时间序列的流向平均值位置，改变当前点i位置流向的记录方式，选择逆时针旋转记录，
Figure 706350DEST_PATH_IMAGE022
变为负值；
当
Figure 527675DEST_PATH_IMAGE026
小于等于180.0°时，当前点i位置的流向角与同时刻时间序列的流向角中心位置相距不远，选择流向记录方式保持不变。
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Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3995480A (en) * 1975-08-08 1976-12-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Thermal sensor for measurement of ocean current direction
US3972231A (en) * 1975-11-19 1976-08-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for measuring velocity and direction of currents in a body of water
JP4882678B2 (ja) * 2006-11-06 2012-02-22 富士通株式会社 風向および風速の監視方法、風向および風速の監視装置
CN105445730B (zh) * 2015-11-27 2017-09-15 南京信息工程大学 一种基于角度分集的海洋流场反演星载sar系统及其方法
CN106780104B (zh) * 2016-11-18 2021-02-09 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 一种基于概率统计的平均风向计算方法
CN108547736A (zh) * 2018-03-27 2018-09-18 中南大学 风速风向预测方法及风力发电机组的偏航控制方法
CN112632862B (zh) * 2020-11-09 2023-11-14 北京辰安科技股份有限公司 风场稳定性的确定方法、装置、电子设备及存储介质
CN114324975B (zh) * 2021-12-29 2024-01-09 航天科工火箭技术有限公司 一种风向确定方法、装置、设备和介质

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Directional Signals in Windsat Observations of Hurricane Ocean Winds;Simon H. Yueh;《IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTE SENSING》;20080131;第46卷(第1期);第130-136页 *
风向的统计方法研究;吕明华等;《气象与环境学报》;20120630;第28卷(第3期);第83-89页 *

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