一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法和介质

本发明涉及潮汐预测领域，尤其是涉及一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法和介质。

背景技术：

1、船舶进出港航行受到多种因素影响，尤其对环境信息依赖程度较高。最佳的船舶进出港窗口期取决于准确、实时、全面的环境数据。气象和海况等自然条件对于信息数据要求非常突出，包括风、流、浪、能见度和潮汐等。船用《潮汐表》显示的潮汐信息是基于沿海永久潮汐观测站的长期实测数据进行调和分析或拟合后得到年度潮汐预报值。很明显，《潮汐表》无法反映非周期的时变因素，尤其是在水文气象因素变化剧烈的情况下预报误差较大。为了减少基于上述方法或模型的潮汐预测精度低的局限性，航海实践上往往利用预计船位点与潮汐观测点的潮汐数据的相关性进行潮汐推算，进而获得考虑潮高后的航道水深信息。这种经验做法是基于调和分析法，也因为无法反映水文气象等因素对潮汐的影响，推算精度较大。有些船舶根据工作需要，通过临时观测目标点位潮汐数据以及附近其他点位的潮汐及水文气象要素数据，再进行目标点位潮汐拟合。然而对于航道绵长的感潮港口，单船无法实现基于多源数据采集设备的实时潮汐数据拟合。

2、上述方法依赖的核心技术基础是海洋流场模型，精度高，但是成本也高。利用海洋部门周期性发布的潮汐资料进行潮汐预测以及辅助决策是比较经济便捷的手段，如gis技术、mschart控件、matlab工具集、平方反比空间插值等可视化技术与方法。然而，由于潮汐观测站的潮汐数据均为空间离散数据，当前较多通过潮汐的时间连续性得到不同时刻的潮流数据，较少涉及潮流方向和大小的空间连续。考虑到航道交通繁忙，利用单一潮汐窗口期实施船舶进出港作业越来越难以满足日益增长的港口自动化和船舶大型化的发展态势。绵长航道及其附近的海底地形变化跨度大，潮汐和潮流信息复杂，亟需根据潮高最低限制、潮流最大限制等精确程度确定进出港限制条件。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法和介质，以实现基于有限潮汐观测点观测数据对船舶进出港窗口期的确定。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明提供了一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，包括如下步骤：

4、基于港口的潮汐观测点的潮汐表数据，通过预处理获取各个潮汐观测点在时间维度下的潮流矢量，通过插值获取时间维度和空间维度下的潮流预估数据，其中，所述潮流预估数据包括不同时间不同空间位置的潮高、潮流大小和潮流方向信息；

5、基于所述潮流预估数据，获取船舶的进出港窗口期信息；

6、基于所述进出港窗口期信息，获取可视化信号。

7、作为优选的技术方案，所述的各个潮汐观测点在时间维度下的潮流矢量的获取包括如下步骤：

8、获取各个潮汐观测点的时间离散潮流数据，通过插值和近似微分，获取各个潮汐观测点的时间连续的潮流矢量。

9、作为优选的技术方案，通过插值获取时间维度和空间维度下的潮流预估数据具体包括如下步骤：

10、获取所述潮汐观测点以及港口内若干个未知点的坐标信息，基于所述坐标信息以及各个潮汐观测点在时间维度下的潮流矢量，通过一次插值获取同一时刻不同空间位置的潮流数据进行预估，通过二次插值获取不同时间不同空间位置的潮流预估数据。

11、作为优选的技术方案，所述的未知点在港口的航路上。

12、作为优选的技术方案，所述的一次插值为克里金插值。

13、作为优选的技术方案，所述的一次插值使用下式实现：

14、

15、式中，是点(x0,y0)处的估计值，n表示潮汐观测点的数量，wi表示第i个潮汐观测点的权重系数，zi表示第i个潮汐观测点的观测值，且满足e()表示期望值，min()表示取最小值，var()表示取方差。

16、作为优选的技术方案，所述的进出港窗口期信息的获取包括如下步骤：

17、基于所述潮流预估数据，确定港口内不同空间位置的进出港期状态指标，基于所述出港期状态指标确定对应的通航窗口期，获取所述的进出港窗口期信息。

18、作为优选的技术方案，预设的时间步长内，通过等高线和时间序列处理，实现周期性的可视化。

19、作为优选的技术方案，所述的进出港期状态指标为初涨、急涨、初落、急落和末落。

20、作为优选的技术方案，获取可视化信号的过程包括如下步骤：

21、使用箭头长短表示潮流速度的大小，是用箭头的方向表示潮流流向，使用不同颜色表示不同的潮高，输出所述可视化信号。

22、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

23、(1)潮流数据精度高、数据全面，航海实践指导性强，能有效提高通航效率：本发明首先获取有限个潮汐观测站的潮流信息，通过插值的方法将原本数据稀疏的区域插值成高分辨率的网格数据，得到时空上近似连续的潮流预估数据，从而提高数据的分辨率和精度，同时可以将原本空间数据中的误差降低到一定程度，从而提高数据的可靠性和精度，实现了潮汐表数据向多维数据的有效转换，基于潮流预估数据确定出港窗口期并进行可视化，便于一线船长及引航员准确研判航道航行期间潮高和潮流信息，进而决策进港潮汐窗口，为船方航行风险预控和交通组织保障提供技术支撑，提高港口生产效率。

24、(2)优化了不同空间下潮汐的实时感测：对于潮汐潮流数据，仅能从某些观测站获取定点下的潮汐潮流数据，针对某水域下连续平面的数据缺失问题，通过克里金空间插值算法对空间缺失数据进行修缮，进一步把潮汐算法与可视化数学工具的结合，使得整个空间下不同地理位置的多维潮流数据实现同时呈现，采用可同时兼顾空间位置及相关性的克里金插值法，在修缮空间数据缺失的基础上降低空间数据误差，融合潮汐算法与可视化技术，同时呈现整个空间下不同地理位置的多维潮流数据，实现时间序列下不同空间的潮流可视化，进一步实现潮汐实时信息感知的动态化、差异化。

技术特征：

1.一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，所述的各个潮汐观测点在时间维度下的潮流矢量的获取包括如下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，通过插值获取时间维度和空间维度下的潮流预估数据具体包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，所述的未知点在港口的航路上。

5.根据权利要求3所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，所述的一次插值使用下式实现：

6.根据权利要求1所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，所述的进出港窗口期信息的获取包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，所述的进出港期状态指标为初涨、急涨、涨末、初落、急落和落末。

8.根据权利要求1所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，预设的时间步长内，通过等高线和时间序列处理，实现周期性的可视化。

9.根据权利要求1所述的一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法，其特征在于，获取可视化信号的过程包括如下步骤：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-9任一所述实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法的指令。

技术总结
本发明涉及一种实时潮汐效用下船舶进出港窗口期确定方法和介质，所述方法包括如下步骤：基于港口的潮汐观测点发布的潮汐表数据，通过预处理获取各个潮汐观测点在时间维度下的潮流矢量，通过插值获取时间维度和空间维度下的潮流预估数据，其中，所述潮流预估数据包括不同时间不同空间位置的潮高、潮流大小和潮流方向信息；基于所述潮流预估数据，获取船舶的进出港窗口期信息；基于所述进出港窗口期信息，获取可视化信号。与现有技术相比，本发明具有潮流数据精度高、数据全面、航海实践指导性强，能有效提高通航效率等优点。

技术研发人员：胡甚平,杜晓雨,吴建军,陈炎,席永涛
受保护的技术使用者：上海海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14