CN107895002A - 一种走航adcp数据质量分析与再处理系统 - Google Patents

一种走航adcp数据质量分析与再处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种走航ADCP数据质量分析与再处理系统，由信息数据库、可视化数据处理终端、走航ADCP数据再处理功能模块组成；信息数据库存储走航ADCP测定的流速数据、底跟踪数据、GPS经纬度数据、AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据；可视化数据处理终端具有数据分析和绘图功能；走航ADCP数据再处理功能模块包括浮游生物生态模块、悬浮物研究模块以及谱分析模块。本发明具有直观、简洁明了、易操作、针对性强的特点，可以克服目前走航ADCP数据处理工作中难度大、效率低、错误多和数据质量水平不高的缺点。

Description

一种走航ADCP数据质量分析与再处理系统
技术领域
本发明涉及海洋数据分析领域，更具体的说，是涉及一种走航ADCP数据质量分析与再处理系统。
背景技术
声学多普勒流速剖面仪(ADCP)可实现不同深度层连续、高频流速和流向信息的获取，进而实现流向及强度的准确确定。相对传统流速流向测量设备，ADCP具有测量速度快、精度高、可获取三维流场信息等优点，是目前国际上测量多层海流剖面的最有效的方法，被广泛应用于海洋调查、海洋工程等领域，国内外海洋工作者针对ADCP的数据处理方面进行了大量的研究。
但是现有的船载ADCP流速测量数据处理中还存在以下问题：
尽管ADCP的实验室精度很高，但实际使用中的情况则很大程度取决于海洋环境条件等客观因素，对于走航ADCP而言，由于船处于不断地运动中，难免会对海流的实际流动造成影响，这些因素使得ADCP的数据处理相当的复杂。
目前ADCP的数据后处理和质量控制尚未形成统一通用的规范和标准。ADCP生产商提供的说明文档主要侧重于ADCP的观测、维护等，对ADCP的数据后处理和质量控制涉及很少。
ADCP数据资料挖掘的深度不够，ADCP资料向海洋生态和悬浮物方面的扩展性应用，与国外相比，我国学者对ADCP资料向海洋悬浮物方面的扩展性应用已经开展了一定工作，而向海洋生态学方面的扩展性应用，开展的工作极少。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种走航ADCP数据质量分析与再处理系统，能够降低数据处理难度，提高数据处理效率，保证数据质量，同时拓展与深入走航ADCP资料的应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种走航ADCP数据质量分析与再处理系统，该系统主要由信息数据库、可视化数据处理终端、走航ADCP数据再处理功能模块三部分组成；
所述信息数据库主要存储走航ADCP测定的流速数据、底跟踪数据、GPS经纬度数据、AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据；
所述可视化数据处理终端具有数据分析和绘图功能，所述可视化数据处理终端具有自动化数据质量分析系统，对走航ADCP测定的流速数据中的失真无效数据或缺失数据进行校对与补偿，通过底跟踪数据和GPS经纬度数据融合处理，计算参考层速度、船速和船位，进而得到实际流速、流向信息，再通过数据聚类、回归分析和偏差分析方法，结合AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据对比分析，判断走航ADCP流速数据的准确性，分析结果通过简易绘图、交叉绘图和特殊绘图方式显示出来；
所述走航ADCP数据再处理功能模块主要包括浮游生物生态模块、悬浮物研究模块以及谱分析模块；所述浮游生物生态模块利用船载走航ADCP记录的后向散射强度得到浮游生物量的关系和变化规律；所述悬浮物研究模块利用ADCP的后向散射强度提取海水中悬浮物的信息；所述谱分析模块实现对所测走航断面流速数据时间域与空间域的谱分析。
所述信息数据库的存储信息还包括：数据质量分析记录数据，数据处理相关文档、图表以及图像数据，以及操作过程中所产生的临时数据。
所述可视化数据处理终端主要采用MTATLAB的图形用户界面(GUI)技术的基本界面组件组成。
所述悬浮物研究模块通过建立ADCP后向散射强度和悬浮物浓度回归关系反演悬浮物的浓度分布，计算悬浮物浓度的空间分布指数、运动速度和输出量，揭示悬浮物全深度的结构和分布状态。
所述谱分析模块结合可视化数据处理终端，选取特定的断面流速数据，结合ADCP数据潮流分离功能得到潮流或去潮的海流信息，进行插值、滤波处理，使数据符合频率谱分析或波数谱分析的要求，进行时间或空间上的谱分析。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明主要由信息数据库、可视化数据处理终端、走航ADCP数据再处理功能模块三部分组成，条理清晰，便于数据的质量分析和可视化管理；
(2)本发明中的可视化数据处理终端可以更好的筛选和矫正原始数据，保证数据的可靠性；将不同仪器测量的数据同化导入导出，提高了数据的可操作性，方便了数据的管理，提高了系统的工作效率；可以很直观的呈现出数据所包涵的海流信息，提高了系统的可视性；
(3)本发明基于ADCP基本原理，开发了走航ADCP数据再处理功能模块，利用走航ADCP数据反演浮游生物、悬浮物等信息，加入谱分析功能，加深对ADCP数据的开发与利用，弥补ADCP数据资料挖掘的深度不够的不足；
(4)本发明具有直观、简洁明了、易操作、针对性强的特点，可以克服目前走航ADCP数据处理工作中难度大、效率低、错误多和数据质量水平不高的缺点。
附图说明
图1是本发明走航ADCP数据质量分析与再处理系统的开发模式示意图；
图2是走航ADCP的数据处理及质量分析基本流程图；
图3是走航ADCP数据再处理功能模块功能图。
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，下面结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的走航ADCP数据质量分析与再处理系统，如图1所示，该系统主要由信息数据库、可视化数据处理终端、走航ADCP数据再处理功能模块三部分组成。
所述信息数据库主要存储走航ADCP测定的流速数据、底跟踪数据、GPS经纬度数据、AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据等基本数据。所述信息数据库的存储信息还包括：数据质量分析记录数据，数据处理相关文档、图表以及图像数据，以及操作过程中所产生的临时数据。
走航ADCP测定的流速数据、底跟踪数据以及GPS经纬度数据存储在信息数据库中，结合可视化数据处理终端，标识需要去除的底数据、受干扰的水层、靠近船体的浅水层以及由于仪器发生故障、参数设置问题和采集系统中断时产生的偶然的问题数据，进行数据的去除与校正。
AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据存储在信息数据库中，结合可视化数据处理终端，结合数据聚类、回归分析、偏差分析等数学分析算法，与质量分析后的ADCP数据进行对比分析，判断ADCP流速数据的准确性，结合统计学方法得到数据真实性的置信度，最后再进行数据校正，提高走航ADCP的精确度与可靠性。
高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据存储在信息数据库中，用于分离船载ADCP资料中的潮流，将潮流和海流分开，可对其进行进一步的研究，获得对某些现象更清晰的描述。
所述可视化数据处理终端主要采用MTATLAB的图形用户界面(GUI)技术的基本界面组件组成。用于对相关数据进行可视化呈现，主要是采用MTALAB的图形用户界面(GUI)技术，设计的一种具有数据聚类、回归分析、偏差分析等数学分析算法以及简易绘图、交叉绘图、特殊绘图等绘图方式的分析工具，以便于数据处理人员对数据质量分析。
如图2的A部分所示，所述可视化数据处理终端具有数据分析和绘图功能。所述可视化数据处理终端具有自动化数据质量分析系统，如图2的B部分所示，对走航ADCP测定的流速数据中的失真无效数据或缺失数据进行校对与补偿，通过底跟踪数据和GPS经纬度数据融合处理，计算参考层速度、船速和船位，进而得到实际流速、流向信息，再通过数据聚类、回归分析和偏差分析等数学分析算法，结合AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据对比分析，判断走航ADCP流速数据的准确性，分析结果可以通过折线图等多种形式显示出来，以达到更好的可视化效果。
所述走航ADCP数据再处理功能模块基于ADCP的基本原理，同时辅以其它观测，对其进行进一步分析，用于拓展走航ADCP的科学应用范围。如图3所示，所述走航ADCP数据再处理功能模块主要包括浮游生物生态模块、悬浮物研究模块以及谱分析模块。
所述浮游生物生态模块利用船载走航ADCP记录的后向散射强度得到浮游生物量的关系，描述浮游生物量的分布和浮游生物上下移动的变化规律，揭示周期性和突发的物理和生物事件对浮游生物的影响，克服了常规生物学和生态学采样方式和时空尺度上的局限性。
所述悬浮物研究模块利用ADCP的后向散射强度提取海水中悬浮物的众多信息。通过建立ADCP后向散射强度和悬浮物浓度回归关系反演悬浮物大尺度的浓度分布，计算悬浮物浓度的空间分布指数、运动速度和输出量，揭示悬浮物全深度的结构和分布状态。
所述谱分析模块可以实现对所测走航断面流速数据时间域与空间域的谱分析。结合可视化数据处理终端，选取特定的断面流速数据，结合ADCP数据潮流分离功能得到潮流或去潮的海流信息，进行插值、滤波等处理，使数据符合频率谱分析或波数谱分析的要求，进行时间或空间上的谱分析，通过谱抓住感兴趣的海流动力特性，深化对走航ADCP数据的开发利用。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，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，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种走航ADCP数据质量分析与再处理系统，其特征在于，该系统主要由信息数据库、可视化数据处理终端、走航ADCP数据再处理功能模块三部分组成；
所述信息数据库主要存储走航ADCP测定的流速数据、底跟踪数据、GPS经纬度数据、AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据；
所述可视化数据处理终端具有数据分析和绘图功能，所述可视化数据处理终端具有自动化数据质量分析系统，对走航ADCP测定的流速数据中的失真无效数据或缺失数据进行校对与补偿，通过底跟踪数据和GPS经纬度数据融合处理，计算参考层速度、船速和船位，进而得到实际流速、流向信息，再通过数据聚类、回归分析和偏差分析方法，结合AVISO卫星高度计所测地转流数据、其它定点流速观测数据、高分辨率全球潮模式模拟的潮流数据对比分析，判断走航ADCP流速数据的准确性，分析结果通过简易绘图、交叉绘图和特殊绘图方式显示出来；
所述走航ADCP数据再处理功能模块主要包括浮游生物生态模块、悬浮物研究模块以及谱分析模块；所述浮游生物生态模块利用船载走航ADCP记录的后向散射强度得到浮游生物量的关系和变化规律；所述悬浮物研究模块利用ADCP的后向散射强度提取海水中悬浮物的信息；所述谱分析模块实现对所测走航断面流速数据时间域与空间域的谱分析。
2.根据权利要求1所述的走航ADCP数据质量分析与再处理系统，其特征在于，所述信息数据库的存储信息还包括：数据质量分析记录数据，数据处理相关文档、图表以及图像数据，以及操作过程中所产生的临时数据。
3.根据权利要求1所述的走航ADCP数据质量分析与再处理系统，其特征在于，所述可视化数据处理终端主要采用MTATLAB的图形用户界面(GUI)技术的基本界面组件组成。
4.根据权利要求1所述的走航ADCP数据质量分析与再处理系统，其特征在于，所述悬浮物研究模块通过建立ADCP后向散射强度和悬浮物浓度回归关系反演悬浮物的浓度分布，计算悬浮物浓度的空间分布指数、运动速度和输出量，揭示悬浮物全深度的结构和分布状态。
5.根据权利要求1所述的走航ADCP数据质量分析与再处理系统，其特征在于，所述谱分析模块结合可视化数据处理终端，选取特定的断面流速数据，结合ADCP数据潮流分离功能得到潮流或去潮的海流信息，进行插值、滤波处理，使数据符合频率谱分析或波数谱分析的要求，进行时间或空间上的谱分析。
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