CN105116165B - 一种跨海桥梁风‑浪‑流耦合场观测和模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨海桥梁风‑浪‑流耦合场观测和模拟系统，包括风观测系统、波流观测系统、潮位观测系统、数据采集存储系统和风‑浪‑流耦合场数值分析系统。风观测系统含多个风观测站，位于桥位两岸陆地上，进行梯度风观测。波流观测系统含多个波流观测站，位于桥位附近水域，进行连续波面和分层流速观测。潮位观测系统含多个潮位观测站，位于桥位附近临岸水域。风、波浪、海流、潮位的空间相关、时间同步和连续的观测数据保存在数据采集存储系统。基于上述观测数据，风‑浪‑流耦合场数值分析系统建立风‑浪‑流耦合场数值模拟模型，经验证和校准后，结合历史观测数据，分析得到作用在桥梁上的空间相关、时间同步的风‑浪‑流耦合场特征参数。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，是一种用于观测跨海桥梁桥位附近风-浪-流耦合场中的风、波浪、海流和潮位，获取桥梁各位置的时间同步、连续和空间相关的风、波浪、海流和潮位特征参数的观测和模拟系统。
背景技术
随着桥梁建设从内陆走向外海，桥梁建设面临着深水、强风、急流、巨浪等恶劣海洋环境的严峻挑战。风、波浪、海流和潮位等现场观测数据是对跨海大桥环境荷载进行评估的第一手资料，是控制跨海桥梁建设和运营安全的关键因素。
对于跨海桥梁而言，作用在结构上的风、波浪、海流之间具有强烈的耦合性。海洋里的波浪主要是风浪和涌浪，其中风浪是在风力的直接作用下形成的波浪；当风停止，或当波浪离开风区时，这时的波浪便称为涌浪。由于波浪的运动导致海面上下起伏并随时间变化，从而改变了气液界面的粗糙度，因此波浪运动反过来将影响风运动。此外，浪和流之间也具有耦合性，当波浪和海流相遇时，它们间的相互作用将影响各自的传播特性，即波浪要素将发生变形，其传播将发生折射，同时水流的流速分布也将发生变化。因此，在跨海大桥环境荷载研究中，需要获取作用在桥梁上各关键点的多点空间相关、时间同步和连续的风荷载、波浪荷载和海流荷载。
目前，气象部门对平均风观测开展的时间比较早，观测站位分布广，观测技术也比较成熟。一般跨越江河海湾的桥梁工程，桥梁两岸的间距较小，通过开展桥位两岸短期的现场风观测，并建立现场观测数据与桥位附近气象观测站数据的相关性，推算得到桥梁的设计风参数。但是，近海海域的波浪和海流观测开展时间比较晚，观测站位很少，观测技术比较滞后。我国早期波浪观测大多基于目测，观测数据的精度和代表性无法满足跨海桥梁工程应用的要求。因此，跨越外海宽阔海域的跨海桥梁大桥附近的风、波浪、海流和潮位等现场观测数据非常有限，缺乏台风过程中桥位处的风、波浪、海流和潮位的空间相关、时间同步和连续观测，无法分析获取作用在桥梁上各关键位置的空间相关、时间同步和连续的风荷载、波浪荷载和海流荷载。
因此，迫切需要研发风-浪-流耦合场观测和模拟系统，为跨海桥梁提供多点空间相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场特征参数。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的是为解决现有技术的不足，提供一种跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，以能够分析得到跨海桥梁各关键点的空间相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场特征参数。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，该系统包括风观测系统1、波流观测系统2、潮位观测系统3、数据采集存储系统4和风-浪-流耦合场数值分析系统5，其中：风观测系统1包括N个用以进行多站同步沿高度的梯度风观测的风观测站6，这N个风观测站6设于桥位两岸陆地开阔地带9，N为大于或等于2的自然数；波流观测系统2包括M个用以进行水深大于50m深海海域的多站同步的波面和分层流速观测的波流观测站10，这M个波流观测站10设于桥位附近水域8，坐落在桥位附近海底11，M为大于或等于2的自然数；潮位观测系统3包括K个用以进行多站同步潮位观测的潮位观测站12，这K个潮位观测站12设于桥位附近临岸水域，K为大于或等于2的自然数；数据采集存储系统4，通过有线或无线方式连接于风观测系统1、波流观测系统2和潮位观测系统3，实时或不定期接收并保存风观测系统1、波流观测系统2和潮位观测系统3对风、波浪、海流和潮位的观测数据；风-浪-流耦合场数值分析系统5，连接于数据采集存储系统4，利用数据采集存储系统4采集的风观测数据得到桥位7区域的三维风场，并利用数据采集存储系统4采集的波浪、海流、潮位观测数据得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数。
上述方案中，所述风观测站6包括测风塔16、风速传感器17和风速采集设备18，其中，测风塔16安装在两岸陆地开阔地带9上；沿测风塔16不同高度位置布置多层风速传感器17；在测风塔16的下部安装风速采集设备18。所述风速传感器17采用超声风速传感器，采样频率f1≥4Hz；风速传感器17进行连续的梯度风观测，获得的风观测数据保存在风速采集设备18中，同时风速采集设备18将风观测数据发送至数据采集存储系统4。
上述方案中，所述波流观测站10包括观测底座19、波流观测仪20、浮子21、释放器22、重力块23和缆绳24，其中：波流观测仪20固定在放置于桥位附近海底11的观测底座19上，观测底座19与浮子21通过缆绳24相连；浮子21、释放器22、重力块23自上而下依次通过缆绳24相连，浮子21位于桥位附近海面25下方，重力块23放置在桥位附近海底11。所述波流观测仪20同时进行波浪和海流的连续观测，采样频率f2≥1Hz；获得连续的波浪和海流观测数据，保存在波流观测仪20的存储卡中，观测一段时间后打捞波流观测仪20将数据取出并传送给数据采集存储系统4。
上述方案中，所述风观测系统1、波流观测系统2和潮位观测系统3用以实现台风期和非台风期风、波浪、海流和潮位的多点空间相关、时间同步和连续观测，获得风场参数、波浪场参数、流场参数和潮位的观测数据，并实时或不定期传送并保存在数据采集存储系统4，其中风场参数至少包括风速和风向，波浪场参数至少包括波高、波周期和波向，流场参数至少包括分层流速和流向。
上述方案中，所述风-浪-流耦合场数值分析系统5包括考虑地形影响的三维风场数值模拟模块、SWAN波浪场数值模拟模块和风暴潮数值模拟模块，其中：风-浪-流耦合场数值分析系统5首先采用考虑桥位附近海峡两岸地形13影响的三维风场数值模拟模块，建立包含桥位附近海峡两岸地形13的三维风场模型，利用数据采集存储系统4采集的风观测数据对三维风场模型进行数值模拟、验证和校准后，分析模拟得到桥位7区域的三维风场；然后，风-浪-流耦合场数值分析系统5采用SWAN波浪场数值模拟模块和风暴潮数值模拟模块，建立桥位7区域的风-浪-流耦合场数值模拟模型，利用分析模拟得到的桥位7区域三维风场和利用数据采集存储系统4采集的波浪、海流、潮位观测数据，对风-浪-流耦合场数值模拟模型进行数值模拟、验证和校准后，最后结合历史观测数据，得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数。
上述方案中，所述风-浪-流耦合场数值分析系统5在得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数的过程中，风-浪-流耦合场中风速、波高和流速极值相关性的联合概率分布选用M3Copula函数，其函数表达式为：
式中：u1、u2和u3分别为风速、波高和流速的边缘分布函数，通过极值I型分布、威布尔分布或对数正态分布择优拟合得到，θ1和θ2为M3Copula函数的参数，通过极大似然法、适线法或矩法参数估计得到。
上述方案中，所述风-浪-流耦合场数值分析系统5在得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数的过程中，风-浪-流耦合场中风速、波高和流速极值选用复合极值模型，其概率分布函数为：
式中：x1、x2和x3分别表示风速、波高和流速，u1、u2和u3为对应的边缘分布函数；c(u1，u2，u3)为风速、波高和周期联合概率分布函数C(u1，u2，u3)的密度函数；λ为Poisson分布参数。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，风观测系统、波流观测系统和潮位观测系统分别由多个风观测站、波流观测站和潮位观测站组成，并且上述三个系统进行时间同步、连续观测，因此在空间上构建了风-浪-流耦合场和潮位的观测站网，能够获取多点空间相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场和潮位的观测数据。
2、本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，风-浪-流耦合场数值分析系统利用三维风场数值模拟模块、SWAN波浪场数值模拟模块、风暴潮数值模拟模块，建立了考虑地形影响的桥位区域的风-浪-流耦合场数值模拟模型，利用空间多点相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场和潮位的观测数据，对风-浪-流耦合场数值模拟模型进行数值模拟、验证和校准后，最后结合历史观测数据，分析得到作用在桥梁上各关键位置的空间相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场特征参数。
3、本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，实施和维护方便，经济性好，适用范围广。
附图说明
图1为本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统的立面布置示意图；
图2为本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统的平面布置示意图；
图3为本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统中三维风场模拟范围的示意图；
图4为本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统中风-浪-流耦合场模拟采用的网格模型的示意图；
图5为本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统中风观测站的示意图；
图6为本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统中波流观测站的布置示意图。
附图中标记如下：
风观测系统1；波流观测系统2；潮位观测系统3；数据采集存储系统4；风-浪-流耦合场数值分析系统5；风观测站6；桥位7；桥位附近水域8；两岸陆地开阔地带9；波流观测站10；桥位附近海底11；潮位观测站12；桥位附近海峡两岸地形13；桥梁风荷载作用关键点位置14；波浪和水流荷载作用关键点位置15；测风塔16；风速传感器17；风速采集设备18；观测底座19；波流观测仪20；浮子21；释放器22；重力块23；缆绳24；桥位附近海面25。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，包括风观测系统1、波流观测系统2、潮位观测系统3、数据采集存储系统4和风-浪-流耦合场数值分析系统5，其中：
风观测系统1包括N个用以进行多站同步沿高度的梯度风观测的风观测站6，这N个风观测站6设于桥位两岸陆地开阔地带9，N为大于或等于2的自然数。
波流观测系统2包括M个用以进行水深大于50m深海海域的多站同步的波面和分层流速观测的波流观测站10，这M个波流观测站10设于桥位附近水域8，坐落在桥位附近海底11，M为大于或等于2的自然数。
潮位观测系统3包括K个用以进行多站同步潮位观测的潮位观测站12，这K个潮位观测站12设于桥位附近临岸水域，K为大于或等于2的自然数。
数据采集存储系统4，通过有线或无线方式连接于风观测系统1、波流观测系统2和潮位观测系统3，实时或不定期接收并保存风观测系统1、波流观测系统2和潮位观测系统3对风、波浪、海流和潮位的观测数据。
风-浪-流耦合场数值分析系统5，连接于数据采集存储系统4，利用数据采集存储系统4采集的风观测数据得到桥位7区域的三维风场，并利用数据采集存储系统4采集的波浪、海流、潮位观测数据得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数。
请参照图1和图2，风观测系统1、波流观测系统2和潮位观测系统3用以实现台风期和非台风期风、波浪、海流和潮位的多点空间相关、时间同步和连续观测，获得风场参数、波浪场参数、流场参数和潮位的观测数据，并实时或不定期传送并保存在数据采集存储系统4，其中风场参数至少包括风速和风向，波浪场参数至少包括波高、波周期和波向，流场参数至少包括分层流速和流向。
请参照图3和图4，风-浪-流耦合场数值分析系统5包括考虑地形影响的三维风场数值模拟模块、SWAN波浪场数值模拟模块和风暴潮数值模拟模块，其中：风-浪-流耦合场数值分析系统5首先采用考虑桥位附近海峡两岸地形13影响的三维风场数值模拟模块，建立包含桥位附近海峡两岸地形13的三维风场模型，利用数据采集存储系统4采集的风观测数据对三维风场模型进行数值模拟、验证和校准后，分析模拟得到桥位7区域的三维风场，如图3所示。然后，风-浪-流耦合场数值分析系统5采用SWAN波浪场数值模拟模块和风暴潮数值模拟模块，建立桥位7区域的风-浪-流耦合场数值模拟模型，利用分析模拟得到的桥位7区域三维风场和利用数据采集存储系统4采集的波浪、海流、潮位观测数据，对风-浪-流耦合场数值模拟模型进行数值模拟、验证和校准后，最后结合历史观测数据，得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数，如图4所示。
图4中，风-浪-流耦合场数值分析系统5在得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数的过程中，风-浪-流耦合场中风速、波高和流速极值相关性的联合概率分布选用M3Copula函数，其函数表达式为：
式中：u1、u2和u3分别为风速、波高和流速的边缘分布函数，θ1和θ2为M3Copula函数的参数，其中u1、u2和u3是通过极值I型分布、威布尔分布或对数正态分布等择优拟合得到；θ1和θ2是通过极大似然法、适线法或矩法等参数估计得到。
风-浪-流耦合场数值分析系统5在得到桥梁风荷载作用关键点位置14、波浪和水流荷载作用关键点位置15的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数的过程中，风-浪-流耦合场中风速、波高和流速极值选用复合极值模型，其概率分布函数为：
式中：x1、x2和x3分别表示风速、波高和流速，u1、u2和u3为对应的边缘分布函数；c(u1，u2，u3)为风速、波高和周期联合概率分布函数C(u1u2，u3)的密度函数；λ为Poisson分布参数。
请参照图5，图5给出了风观测站6的一种实现方式，在本实施例中，风观测站6包括测风塔16、风速传感器17和风速采集设备18，其中，测风塔16安装在两岸陆地开阔地带9上；沿测风塔16不同高度位置布置多层风速传感器17；在测风塔16的下部安装风速采集设备18。风速传感器17采用超声风速传感器，采样频率f1≥4Hz；风速传感器17进行连续的梯度风观测，获得的风观测数据保存在风速采集设备18中，同时风速采集设备18将风观测数据发送至数据采集存储系统4。
请参照图6，图6给出了波流观测站10的一种实现方式，在本实施例中，波流观测站10包括观测底座19、波流观测仪20、浮子21、释放器22、重力块23和缆绳24，其中：波流观测仪20固定在放置于桥位附近海底11的观测底座19上，观测底座19与浮子21通过缆绳24相连；浮子21、释放器22、重力块23自上而下依次通过缆绳24相连，浮子21位于桥位附近海面25下方，重力块23放置在桥位附近海底11。所述波流观测仪20同时进行波浪和海流的连续观测，采样频率f2≥1Hz；获得连续的波浪和海流观测数据，保存在波流观测仪20的存储卡中，观测一段时间后打捞波流观测仪20将数据取出并传送给数据采集存储系统4。
风观测系统、波流观测系统和潮位观测系统分别由多个风观测站、波流观测站和潮位观测站组成，并且上述三个系统进行时间同步、连续观测，因此在空间上构建了风-浪-流耦合场和潮位的观测站网，能够获取多点空间相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场和潮位的观测数据。
风-浪-流耦合场数值分析系统利用三维风场数值模拟模块、SWAN波浪场数值模拟模块、风暴潮数值模拟模块，建立了考虑地形影响的桥位区域的风-浪-流耦合场数值模拟模型，利用空间多点相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场和潮位的观测数据，对风-浪-流耦合场数值模拟模型进行数值模拟、验证和校准后，最后结合历史观测数据，分析得到作用在桥梁上各关键位置的空间相关、时间同步和连续的风-浪-流耦合场特征参数。
本发明提供的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，实施和维护方便，经济性好，适用范围广。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，该系统包括风观测系统(1)、波流观测系统(2)、潮位观测系统(3)、数据采集存储系统(4)和风-浪-流耦合场数值分析系统(5)，其中：
风观测系统(1)包括N个用以进行多站同步沿高度的梯度风观测的风观测站(6)，这N个风观测站(6)设于桥位两岸陆地开阔地带(9)，N为大于或等于2的自然数；
波流观测系统(2)包括M个用以进行水深大于50m深海海域的多站同步的波面和分层流速观测的波流观测站(10)，这M个波流观测站(10)设于桥位附近水域(8)，坐落在桥位附近海底(11)，M为大于或等于2的自然数；
潮位观测系统(3)包括K个用以进行多站同步潮位观测的潮位观测站(12)，这K个潮位观测站(12)设于桥位附近临岸水域，K为大于或等于2的自然数；
数据采集存储系统(4)，通过有线或无线方式连接于风观测系统(1)、波流观测系统(2)和潮位观测系统(3)，实时或不定期采集并保存风观测系统(1)、波流观测系统(2)和潮位观测系统(3)对风、波浪、海流和潮位的观测数据；
风-浪-流耦合场数值分析系统(5)，连接于数据采集存储系统(4)，利用数据采集存储系统(4)采集的风观测数据得到桥位(7)区域的三维风场，并利用数据采集存储系统(4)采集的波浪、海流、潮位观测数据得到桥梁风荷载作用关键点位置(14)、波浪和水流荷载作用关键点位置(15)的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数。
2.根据权利要求1所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述风观测站(6)包括测风塔(16)、风速传感器(17)和风速采集设备(18)，其中，测风塔(16)安装在两岸陆地开阔地带(9)上；沿测风塔(16)不同高度位置布置多层风速传感器(17)；在测风塔(16)的下部安装风速采集设备(18)。
3.根据权利要求2所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述风速传感器(17)采用超声风速传感器，采样频率f1≥4Hz；风速传感器(17)进行连续的梯度风观测，获得的风观测数据保存在风速采集设备(18)中，同时风速采集设备(18)将风观测数据发送至数据采集存储系统(4)。
4.根据权利要求1所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述波流观测站(10)包括观测底座(19)、波流观测仪(20)、浮子(21)、释放器(22)、重力块(23)和缆绳(24)，其中：波流观测仪(20)固定在放置于桥位附近海底(11)的观测底座(19)上，观测底座(19)与浮子(21)通过缆绳(24)相连；浮子(21)、释放器(22)、重力块(23)自上而下依次通过缆绳(24)相连，浮子(21)位于桥位附近海面(25)下方，重力块(23)放置在桥位附近海底(11)。
5.根据权利要求4所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述波流观测仪(20)同时进行波浪和海流的连续观测，采样频率f2≥1Hz，获得连续的波浪和海流观测数据，保存在波流观测仪(20)的存储卡中，观测一段时间后打捞波流观测仪(20)将数据取出并传送给数据采集存储系统(4)。
6.根据权利要求1所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述风观测系统(1)、波流观测系统(2)和潮位观测系统(3)用以实现台风期和非台风期风、波浪、海流和潮位的多点空间相关、时间同步和连续观测，获得风场参数、波浪场参数、流场参数和潮位的观测数据，并实时或不定期传送并保存在数据采集存储系统(4)，其中风场参数至少包括风速和风向，波浪场参数至少包括波高、波周期和波向，流场参数至少包括分层流速和流向。
7.根据权利要求1所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述风-浪-流耦合场数值分析系统(5)包括考虑地形影响的三维风场数值模拟模块、SWAN波浪场数值模拟模块和风暴潮数值模拟模块，其中：
风-浪-流耦合场数值分析系统(5)首先采用考虑桥位附近海峡两岸地形(13)影响的三维风场数值模拟模块，建立包含桥位附近海峡两岸地形(13)的三维风场模型，利用数据采集存储系统(4)采集的风观测数据对三维风场模型进行数值模拟、验证和校准后，分析模拟得到桥位(7)区域的三维风场；
然后，风-浪-流耦合场数值分析系统(5)采用SWAN波浪场数值模拟模块和风暴潮数值模拟模块，建立桥位(7)区域的风-浪-流耦合场数值模拟模型，利用分析模拟得到的桥位(7)区域三维风场和利用数据采集存储系统(4)采集的波浪、海流、潮位观测数据，对风-浪-流耦合场数值模拟模型进行数值模拟、验证和校准后，最后结合历史观测数据，得到桥梁风荷载作用关键点位置(14)、波浪和水流荷载作用关键点位置(15)的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数。
8.根据权利要求7所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述风-浪-流耦合场数值分析系统(5)在得到桥梁风荷载作用关键点位置(14)、波浪和水流荷载作用关键点位置(15)的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数的过程中，风-浪-流耦合场中风速、波高和流速极值相关性的联合概率分布选用M3Copula函数，其函数表达式为：
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</mfenced>
式中：u1、u2和u3分别为风速、波高和流速的边缘分布函数，通过极值I型分布、威布尔分布或对数正态分布择优拟合得到，θ1和θ2为M3Copula函数的参数,通过极大似然法、适线法或矩法参数估计得到。
9.根据权利要求8所述的跨海桥梁风-浪-流耦合场观测和模拟系统，其特征在于，所述风-浪-流耦合场数值分析系统(5)在得到桥梁风荷载作用关键点位置(14)、波浪和水流荷载作用关键点位置(15)的空间相关、时间同步的风-浪-流耦合场特征参数的过程中，风-浪-流耦合场中风速、波高和流速极值选用复合极值模型，其概率分布函数为：
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式中：x1、x2和x3分别表示风速、波高和流速，u1、u2和u3为对应的边缘分布函数；c(u1,u2,u3)为风速、波高和周期联合概率分布函数C(u1,u2,u3)的密度函数；λ为Poisson分布参数。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1548923A (zh) * | 2003-05-16 | 2004-11-24 | 中国科学院南海海洋研究所 | 一种近海波浪的远程实时监测方法 |
| US7283908B2 (en) * | 2005-08-23 | 2007-10-16 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for estimating ocean height and current on a personal computer with location adjustment |
| CN102589532A (zh) * | 2012-02-22 | 2012-07-18 | 国家海洋技术中心 | 海洋台站自动观测系统 |
| CN102914296A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-02-06 | 国家海洋技术中心 | 小型水下自主航行观测平台观测方法 |
| CN104537139A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-04-22 | 浙江大学 | 一种大跨桥梁结构风-浪耦合设计荷载效应确定方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1548923A (zh) * | 2003-05-16 | 2004-11-24 | 中国科学院南海海洋研究所 | 一种近海波浪的远程实时监测方法 |
| US7283908B2 (en) * | 2005-08-23 | 2007-10-16 | United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for estimating ocean height and current on a personal computer with location adjustment |
| CN102589532A (zh) * | 2012-02-22 | 2012-07-18 | 国家海洋技术中心 | 海洋台站自动观测系统 |
| CN102914296A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-02-06 | 国家海洋技术中心 | 小型水下自主航行观测平台观测方法 |
| CN104537139A (zh) * | 2014-11-10 | 2015-04-22 | 浙江大学 | 一种大跨桥梁结构风-浪耦合设计荷载效应确定方法 |
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