一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统的制作方法

本发明涉及船舶航行，特别涉及到本发明涉及一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统。

背景技术：

1、海洋观测船在执行海洋观测任务时，海洋观测设备的吊放或布放是任务过程中的重要一环。在海洋观测船等观测平台上进行设备的收放与连续观测时，对平台的稳定性以及海洋环境的适宜程度要求较高，并且复杂的海况等海洋环境要素会对其海洋观测平台的稳定性产生不利影响，从而严重妨碍其吊放或布放观探测设备。

2、这种情况下，如何在何种场合和状态下吊放或布放观测设备，从而实现海洋观测船的稳定可靠观测，是目前海洋观测中亟待解决的一个问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足。提供一种船舶海洋观测适宜时空条件的推荐系统。本发明的推荐系统基于风浪流数据选择海洋观测的适宜时空条件，向海洋观测船推荐受海洋环境影响小的适宜进行设备布放的时间窗口和空间位置，为海洋观测船进行平稳观测规避不利环境提供可靠支持。

2、为了达到上述发明目的，本发明专利提供的技术方案如下：

3、一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统，该系统包括有参数设置模块、数据初始化模块、影响因子计算与分级模块和观测时空分析与推荐模块，其中，

4、所述参数设置模块用于配置参数，并将配置完成的参数分别对应传输至所述的数据初始化模块、影响因子计算与分级模块和观测时空分析与推荐模块，具体配置的参数有时间参数、空间参数、影响因子分级规则、船舶参数和推荐模式，在所述参数设置模块内对应设置的子模块包括有时间空间配置子模块、影响规则配置子模块、观测船参数配置子模块和推荐模块配置子模块；

5、所述数据初始化模块用于根据所配置的时空参数获取相应风浪流数据，并生成网格均匀一致的标准数据，在所述数据初始化模块中对应设有数据获取子模块和数据一致化子模块；

6、所述影响因子计算与分级模块接收所述数据初始化模块的数据，并从影响规则配置子模块获得影响因子配置规则，用基于标准风浪流数据，提取生成包括风速、浪高、流速、风切变、流切变在内的跨介质影响因子，并根据影响因子配置规则实现各因子的影响分级，在所述影响因子计算与分级模块中设有影响因子计算子模块和影响因子分级子模块；

7、所述观测时空分析与推荐模块包括基于海流的机动最大范围计算子模块和观测时空推荐子模块，通过接收从影响因子计算与分级模块得到的影响因子分级，并分别获得的观测船配置子模块提供的船舶参数、推荐模式配置子模块提供的推荐模式，先由基于海流的机动最大范围计算子模块计算出船舶在各时刻下的机动最大范围，再基于分级后的影响因子数据，并结合最大机动范围、所配置的推荐模式，再由观测时空推荐子模块计算生成相应条件下最佳跨介质时间和地点，该最佳跨介质时间和地点即为海洋观测的适宜时空条件。

8、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述时间空间配置子模块用于配置时间参数和空间参数，并将配置信息发送给所述数据初始化模块，其中，时间参数包括评估起始时刻t0、时间间隔σt和评估结束时刻te；空间参数包括空间范围和空间网格间隔σd，所述空间范围即为矩形框，所述空间网格间隔σd即为空间分辨率。

9、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述影响规则配置子模块用于配置各个影响因子和分级阈值，该影响因子包括风速、浪高、流速、风切变和流切变，每个影响因子需配置2个阈值，用于将影响划分为安全、边缘和危险三个级别，配置的信息发送给所述的影响因子计算与分级模块。

10、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述的观测船参数配置子模块用于配置船舶起始位置locint、船舶最大航速vm，并将配置信息发送给所述的观测时空分析与推荐模块。

11、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述推荐模式配置子模块用于配置在进行跨介质时空推荐时倾向的场景，包括有距离优先模式、时间优先模式、安全优先模式和均衡模式，其中，所述距离优先模式是指满足基本安全的前提下，优先推荐离船舶所在起始位置最近的距离点，但会牺牲时间；所述时间优先模式是指在满足基本安全的前提下，优先推荐离评估起始时刻最近的时间点，但会牺牲距离；所述安全优先模式是指推荐最安全的点，但会牺牲距离和时间；所述均衡模式是不对时间、距离和安全进行任一方倾斜。

12、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述数据获取子模块用于接收时间空间配置子模块发送的时间参数和空间参数，根据时间参数中所含的评估起始时刻、时间间隔、评估结束时刻信息，生成时间序列，获取相应时间序列的海面风、浪、海表面流数据；所述数据一致化子模块则根据空间参数中所含的空间范围和空间网格间隔，预先生成均匀格网，紧接着采用插值方法将风、浪、流数据插值到预先生成的格网上，生成网格均匀一致的标准数据，该标准数据包含纬向风速uwind、经向风速vwind、浪高swh、纬向流速ucur和经向流速vcur。

13、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述影响因子计算子模块基于一致化后的风、浪、流数据，计算风速windspeed、流速curspeed、风切变windshear和流切变curshear，结合浪高swh，生成在风速、浪高、流速、风切变和流切变5个影响因子在设定时间空间下的格网数据；所述影响因子分级子模块接收影响规则配置子模块发送的各个影响因子的分级阈值，先根据阈值将每个影响因子在所有格点上划分为安全、边缘和危险三级，紧接着评估5个因子的综合影响分级：在某个格点上，若5个影响因子中有危险出现，则该格点被评为危险；若5个影响因子中无危险出现，但有边缘出现，则该格点被评为边缘；若5个影响因子全部为安全，则该格点被评为安全，同时，为量化被评为安全的格点的安全程度，结合5个因子的数值计算出该网格点上的综合危险指数pdngr。

14、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，进一步地，

15、每个格网点上的风速：

16、单位：m/s；

17、每个格网点上的流速：

18、单位：m/s；

19、每个格网点上的风切变：

20、grad为梯度算子；

21、每个格网点上的流切变：

22、

23、每个格网点上的综合危险指数：

24、

25、在综合危险指数计算时，当windspeed>30时，令windspeed＝30；当swh>12时，令swh＝12；当curspeed>2时，令curspeed＝2；当windshear>3时，令windshear＝3；当curshear>0.2时，令curshear＝0.2。

26、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，所述基于海流的机动最大范围计算子模块在计算各时刻下的机动最大范围时，在时间序列的某一时间点tx下，首先结合设置的船舶最大航速vm，计算基础最大航行半径rm0，m0＝vm·(tx-t0)，其中，vm与tx-t0的量纲应严格匹配，若前者的两个为km/h时，后者应为h；紧接着，基于一致化后的海流数据，利用船舶位移受海流影响分析法，依次计算船舶在各个方向上受海流影响的位移σrm，将位移σrm与基础最大航行半径rm0相加，得到某方向上的最远航行距离rm；而后，将各个方向的最远点依次连接，形成该时间点tx下的机动最大范围；

27、所述观测时空推荐子模块接收推荐模式配置子模块发送的推荐模式，根据所配置的推荐模式类型，即距离优先模式、时间优先模式、安全优先模式、均衡模式和4种模式，计算生成最佳跨介质时间和地点。

28、在本发明一种基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统中，进一步地，所述距离优先模式计算过程为：基于综合影响分级格点数据，从船舶起始位置locint开始，由近到远(从t0到te)遍历时间序列上的所有时间点，识别到的第一个安全的时间即为推荐时间点，而该空间点即为推荐空间点；如果该空间点上的所有时间点都未识别到安全，则开始计算下一个距locint最近的空间点，而后遍历时间，重复以上过程，直至识别到安全的时空点，如果一直到最远距离、评估结束时刻都未识别到安全，则返回无推荐；

29、所述时间优先模式计算过程为：基于综合影响分级格点数据，从评估起始时刻t0开始，由近到远遍历机动最大范围内的所有空间点，识别到的第一个安全的空间点即为推荐空间点，而该时间点即为推荐时间点；如果该时刻上机动最大范围内所有空间点都未识别到安全，则开始计算下一个时间点，而后由近及远遍历空间点，重复以上过程，直至识别到安全的时空点，如果一直到评估结束时刻te都未识别到安全，则返回无推荐；

30、所述安全优先模式计算过程为：基于综合影响分级和综合危险指数pdngr格点数据，将时间序列上的机动范围内的时空点的pdngr值由大到小排列，pdngr值最小时作为排名第一的时空点即为推荐时空点；

31、所述均衡模式计算过程为：基于综合影响分级和综合危险指数pdngr格点数据，将1/2时间序列上的1/2机动范围内的时空点的pdngr值由大到小排列，pdngr值最小时作为排名第一的时空点即为推荐时空点。

32、基于上述技术方案，本发明基于风浪流数据的船舶海洋观测适宜时空条件推荐系统经实践应用，取得了如下技术效果：

33、1.本发明的作为船舶海洋观测适宜时空条件的推荐系统，利用风浪流数据，参考船舶参数以及影响分子分级，结合设计的推荐模式选择，获得最佳的时间和地点，为海洋观测设备的布放提供最优的时间窗口和空间位置，从而为海洋观测船进行平稳观测，规避不利环境影响提供可靠的支持。

34、2.本发明的推荐系统通过提取基于标准风浪流数据，提取生成风速、浪高、流速、风切变和流切变等跨介质影响因子，计算船舶在各时刻下的机动最大范围，基于分级后的各影响因子数据，并结合最大机动范围、所配置的推荐模式，计算生成相应条件下最佳跨介质时间和地点。