CN105182369B - 基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法 - Google Patents

基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法是在浮标体中安装一个GNSS接收机和一个差分数据通讯模块，浮标根据GNSS卫星信号以及从北斗地基增强系统采集获取到的导航信号修正量和辅助定位信号计算浮标的空间位置坐标，根据浮标的空间位置坐标计算出海洋中波浪和潮汐信息。其测量波浪和潮汐的方法包括采集导航信号修正量和辅助定位信号、计算浮标位置坐标、分离波浪信息和潮汐信息、计算波浪参数、计算潮汐参数。本发明提出的测量海洋中波浪和潮汐的方法简单方便，波浪和潮汐的测量精度高且稳定可靠，具有非常广阔的应用前景。

Description

基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法
技术领域
本发明涉及海洋测量技术，特别是涉及利用北斗地基增强系统进行海洋波浪和潮汐测量的方法。
背景技术
海洋波浪数据和潮汐数据是重要的海洋环境观测要素，海洋波浪和潮汐的精细化观测和预报对防灾减灾和灾后评估具有十分重要的意义，我国对波浪测量仪器和潮汐测量仪器有着巨大的需求。
传统的潮汐测量方法需要建造验潮井，验潮井是建造在海中的专用建筑物，需要选择水文地理条件俱佳且便于海上施工的水中位置进行建造，采用钢筋混凝土、钢管、硬质塑料管、玻璃钢和铸铁管等大批量材料，验潮井体积庞大，建造复杂麻烦；传统潮汐测量方法耗费人力、物力、财力很大，且只能测量验潮井固定位置处的潮汐，不能移动测量其他位置的潮汐数据。
传统的测波浮标内部安装有加速度传感器，利用重力加速度的原理测量波浪，加速度数据经过两次积分运算得到波浪数据，加速度数据中的噪声误差数据同样也经过两次积分累积混加到波浪数据中，使波浪数据的测量误差变大，测量精度降低。
发明内容
针对现有技术方法所存在的问题，本发明提出一种利用北斗地基增强系统测量海洋中波浪和潮汐的方法。其目的在于通过在浮标中安装一个GNSS(Global NavigationSatellite System，全球导航卫星系统)接收机和一个差分数据通讯模块，浮标根据GNSS卫星信号以及从北斗地基增强系统采集获取到的导航信号修正量和辅助定位信号，计算出浮标的三维位置坐标，根据浮标的三维位置坐标计算出波浪参数和潮汐参数。该方法直接使用波浪的波面高度测量波浪，不存在噪声误差数据的两次积分累积使波浪数据误差变大、精度降低的情况；同时，该方法不需要建造昂贵庞大复杂的验潮井，可以移动的测量任意海面位置处的潮汐数据。
本发明所涉及的基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法包括以下步骤：
1、采集导航信号修正量和辅助定位信号
用浮标中的差分数据通讯模块从北斗地基增强系统采集获取导航信号修正量和辅助定位信号。
2、计算浮标位置坐标
浮标根据采集获取到的导航信号修正量和辅助定位信号以及GNSS接收机输出的GNSS卫星信号，执行经典的卫星差分定位分析方法，计算出浮标在ECEF(Earth-Centered,Earth-Fixed，地心地固)坐标系中的三维位置坐标X、Y、Z，其中X表示浮标在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，Y表示浮标在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，Z表示浮标在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标。
3、分离波浪信息和潮汐信息
采用截止频率为0.01Hz的高通滤波器从浮标的三维位置坐标X、Y、Z中分离出波浪的三维位置坐标X1、Y1、Z1，其中X1表示波浪的波面在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，Y1表示波浪的波面在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，Z1表示波浪的波面在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标；采用均值滤波器从浮标的三维位置坐标X、Y、Z中分离出潮汐的三维位置坐标X2、Y2、Z2，其中X2表示潮汐的潮位在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，Y2表示潮汐的潮位在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，Z2表示潮汐的潮位在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标。
4、计算波浪参数
根据波浪的三维位置坐标X1、Y1、Z1，执行经典的海浪谱分析方法，按照经典的波浪理论，计算出波浪方向谱、波高、波周期和波向。
5、计算潮汐参数
根据潮汐的三维位置坐标X2、Y2、Z2，计算潮汐参数潮高H为其中X0、Y0、Z0是潮高基准面在ECEF坐标系中的三维位置坐标，X0是潮高基准面在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，由当地海洋测绘部门现场测定，是已知量；Y0是潮高基准面在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，由当地海洋测绘部门现场测定，是已知量；Z0是潮高基准面在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标，由当地海洋测绘部门现场测定，是已知量。
本发明所涉及的基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法,采用在浮标中安装一个GNSS接收机和一个差分数据通讯模块，不需要其他的辅助传感器，就可以测量出海洋中的波浪和潮汐，硬件简单，成本低，体积小，重量轻，安装简单方便可靠。
附图说明
图1为本发明涉及的基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法的流程图。
图中标记说明：
S1、采集导航信号修正量和辅助定位信号
S2、计算浮标位置坐标
S3、分离波浪信息和潮汐信息
S4、计算波浪参数
S5、计算潮汐参数
具体实施方式
下面结合图1对基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法作进一步的说明：
首先采集导航信号修正量和辅助定位信号(S1)是用浮标中安装的差分数据通讯模块从北斗地基增强系统采集获取导航信号修正量和辅助定位信号；接着计算浮标位置坐标(S2)是根据采集获取到的导航信号修正量和辅助定位信号以及GNSS接收机输出的GNSS卫星信号，执行经典的卫星差分定位分析方法计算出浮标在ECEF坐标系中的三维位置坐标X、Y、Z；接着分离波浪信息和潮汐信息(S3)是在ECEF坐标系中采用截止频率为0.01Hz的高通滤波器从浮标的三维位置坐标X、Y、Z中分离出波浪的三维位置坐标X1、Y1、Z1，采用均值滤波器从浮标的三维位置坐标X、Y、Z中分离出潮汐的三维位置坐标X2、Y2、Z2；然后计算波浪参数(S4)是根据波浪的三维位置坐标X1、Y1、Z1，执行经典的海浪谱分析方法计算出波浪方向谱，进而执行经典的波浪理论由波浪方向谱计算出海洋中的波高、波周期和波向；最后计算潮汐参数(S5)是根据潮汐的三维位置坐标X2、Y2、Z2以及由当地海洋测绘部门现场测定的潮高基准面在ECEF坐标系中的三维位置坐标X0、Y0、Z0，根据公式计算出潮汐的潮高H。

Claims (1)

1.一种基于北斗地基增强系统的测量波浪和潮汐方法，其特征在于：步骤包括采集导航信号修正量和辅助定位信号(S1)、计算浮标位置坐标(S2)、分离波浪信息和潮汐信息(S3)、计算波浪参数(S4)、计算潮汐参数(S5)；其各个步骤具体为：采集导航信号修正量和辅助定位信号(S1)，用浮标中的差分数据通讯模块从北斗地基增强系统采集获取导航信号修正量和辅助定位信号；计算浮标位置坐标(S2)，浮标根据采集获取到的导航信号修正量和辅助定位信号以及GNSS接收机输出的GNSS卫星信号，执行经典的卫星差分定位分析方法，计算出浮标在ECEF坐标系中的三维位置坐标X、Y、Z，其中X表示浮标在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，Y表示浮标在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，Z表示浮标在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标；分离波浪信息和潮汐信息(S3)，采用截止频率为0.01Hz的高通滤波器从浮标的三维位置坐标X、Y、Z中分离出波浪的三维位置坐标X1、Y1、Z1，其中X1表示波浪的波面在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，Y1表示波浪的波面在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，Z1表示波浪的波面在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标，采用均值滤波器从浮标的三维位置坐标X、Y、Z中分离出潮汐的三维位置坐标X2、Y2、Z2，其中X2表示潮汐的潮位在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，Y2表示潮汐的潮位在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，Z2表示潮汐的潮位在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标；计算波浪参数(S4)，根据波浪的三维位置坐标X1、Y1、Z1，执行经典的海浪谱分析方法，按照经典的波浪理论，计算出波浪方向谱、波高、波周期和波向；计算潮汐参数(S5)，根据潮汐的三维位置坐标X2、Y2、Z2，计算潮汐参数潮高H为其中X0、Y0、Z0是潮高基准面在ECEF坐标系中的三维位置坐标，X0是潮高基准面在ECEF坐标系中X轴方向上的坐标，由当地海洋测绘部门现场测定，是已知量；Y0是潮高基准面在ECEF坐标系中Y轴方向上的坐标，由当地海洋测绘部门现场测定，是已知量；Z0是潮高基准面在ECEF坐标系中Z轴方向上的坐标，由当地海洋测绘部门现场测定，是已知量。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106052795B (zh) * 2016-07-28 2019-06-11 中国石油天然气集团公司 一种获取潮位的方法及装置
CN106840113A (zh) * 2017-04-06 2017-06-13 国家海洋标准计量中心 一种基于星基差分增强技术的深远海波浪和潮位测量方法
CN111505688B (zh) * 2020-04-27 2022-03-29 自然资源部第一海洋研究所 利用gnss测高浮标确定波浪参数的方法
CN111738347B (zh) * 2020-06-28 2021-03-30 国家海洋环境预报中心 海浪方向谱订正方法、装置、存储介质和电子设备
CN111896984B (zh) * 2020-07-10 2022-10-28 自然资源部第一海洋研究所 一种基于gnss的实时高精度波浪测量方法及装置
CN112278322B (zh) * 2020-10-26 2022-04-08 中国空间技术研究院 海洋卫星回归轨道确定方法及装置、存储介质
CN113254560B (zh) * 2021-06-08 2021-09-28 东营市大地勘测地理信息研究院有限公司 一种油田滩海的潮汐灾害预测系统及方法
CN113405537A (zh) * 2021-07-20 2021-09-17 中国海洋大学 一种基于卫星导航定位的波向反演方法
CN113971679B (zh) * 2021-11-08 2024-04-30 南京智慧水运科技有限公司 一种基于计算机视觉与图像处理的海洋潮汐测量方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102829770A (zh) * 2012-08-20 2012-12-19 国家海洋技术中心 Gps浮标测波方法和测波系统
CN103616711A (zh) * 2013-12-04 2014-03-05 国家海洋技术中心 北斗浮标测波方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102829770A (zh) * 2012-08-20 2012-12-19 国家海洋技术中心 Gps浮标测波方法和测波系统
CN103616711A (zh) * 2013-12-04 2014-03-05 国家海洋技术中心 北斗浮标测波方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Characteristics of the Observed Offshore Wave Data by the GPS Buoys;Toshihiko Nagai et al.;《OCEANS 2008 - MTS/IEEE Kobe Techno-Ocean》;20080528;第1-7页 *
GPS浮标高程数据滤波窗函数选取方法;李浩等;《海洋测绘》;20121130;第32卷(第6期);第10页 *
基于GPS PPK 技术的远距离高精度验潮方法研究;汪连贺;《海洋测绘》;20140731;第34卷(第4期);第24－27页 *
基于GPS浮标的风浪参数提取;黄华娟等;《地理空间信息》;20140831;第12卷(第4期);摘要，第94－95页 *
基于谱分析的GPS浮标测量参数提取方法;李晓玲等;《海洋测绘》;20070731;第27卷(第4期);第34－36页 *
远距离高精度GPS潮汐观测及垂直基准转换研究;赵建虎等;《武汉大学学报 信息科学版》;20150630;第40卷(第6期);第761－766页 *

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