CN114814779B - 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质 - Google Patents

浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN114814779B
CN114814779B CN202210744535.4A CN202210744535A CN114814779B CN 114814779 B CN114814779 B CN 114814779B CN 202210744535 A CN202210744535 A CN 202210744535A CN 114814779 B CN114814779 B CN 114814779B
Authority
CN
China
Prior art keywords
data
buoy
error
wave
relative
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210744535.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114814779A (zh
Inventor
王贺
常怡婷
朱建华
翟万林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Ocean Technology Center
Original Assignee
National Ocean Technology Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Ocean Technology Center filed Critical National Ocean Technology Center
Priority to CN202210744535.4A priority Critical patent/CN114814779B/zh
Publication of CN114814779A publication Critical patent/CN114814779A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114814779B publication Critical patent/CN114814779B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/882—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for altimeters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00—Pattern recognition
    • G06F18/20—Analysing
    • G06F18/22—Matching criteria, e.g. proximity measures
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质，涉及浮标测量、大数据处理技术领域，主要包括建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集，建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集；雷达卫星观测资料包括合成孔径雷达遥感海浪数据和真实孔径雷达遥感海浪数据；根据二重匹配数据集估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，根据三重匹配数据集估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，利用上述精度差异和上述的误差估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差，提高波浪浮标涌浪波高观测的一致性，从而有效提高浮标观测数据应用效果。

Description

浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质
技术领域
本发明涉及浮标测量、大数据处理技术领域，特别是涉及一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
涌浪是一种常见的海洋现象，主要是指局地风速减弱或风向改变后所遗留的，或由风暴海域生成并远距离传播而来的长周期海面波浪。准确观测涌浪波高，对于海气边界层的动量交换研究、大洋涌浪预警监测具有重要科学研究意义和工程实践意义。
波浪浮标（以下简称浮标）是目前对涌浪进行长期定点现场观测的主要方式之一，因其具有较高的可靠性和测量较为准确的优点，经常被用作比对标准，以验证卫星遥感和模式预报的准确性。在现有的技术中，对浮标涌浪波高观测的精度评估以实验室检定校准为主，例如国家海洋计量站采用旋转式正弦模拟装置对浮标进行检定校准（于建清，实验室校准重力加速度式浮标波高与波周期测量值的原理和方法，海洋技术学报，2016，35卷，6期，31-35）。另外，也有相关技术方案提出了利用遥感资料对浮标的有效波高进行交叉评估和校准的方法。
发明内容
发明人发现现有技术主要存在如下的问题：
一方面，由于海洋现场观测环境恶劣，且浮标在海上的实际运动姿态时刻发生变化，使得浮标的海上实测与实验室理想状态下的正弦运动大有不同，因此实验室检定校准虽然精密却很难对浮标涌浪波高的海上实测数据开展精度评估。另一方面，由于卫星遥感资料难以避免误差，使用遥感资料对浮标进行交叉评估时，实际上计算的是浮标观测与卫星观测之间的精度差异，很难估计浮标观测数据相对理论“真值”的误差。
鉴于此，本发明针对现有浮标涌浪波高观测数据评估方法中忽略了卫星遥感观测误差的问题，提供了一种基于卫星遥感观测和海浪数值模式后报资料的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质，估计浮标涌浪波高现场观测数据相对理论“真值”的误差，提高波浪浮标涌浪波高观测的一致性，从而有效提高浮标观测数据应用效果。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
第一方面，本发明提供了一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，包括：
建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集；
建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集；所述雷达卫星观测资料包括合成孔径雷达遥感海浪数据和真实孔径雷达遥感海浪数据；
根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异；
根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差；
利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
可选地，所述建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集，具体包括：
读取原始的浮标观测资料，并对原始的浮标观测资料进行质控，得到最终的浮标观测资料；
将最终的浮标观测资料与海浪数值模式后报资料进行匹配，得到二重匹配数据集；
其中，所述浮标观测资料包括观测时间、经纬度和涌浪波高观测值；
所述海浪数值模式后报资料包括后报时间、经纬度和涌浪波高后报值。
可选地，所述建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集，具体包括：
读取原始的合成孔径雷达遥感海浪数据，并对原始的合成孔径雷达遥感海浪数据进行质控，得到最终的合成孔径雷达遥感海浪数据；
读取原始的真实孔径雷达遥感海浪数据，并对原始的真实孔径雷达遥感海浪数据进行质控，得到最终的真实孔径雷达遥感海浪数据；
将最终的合成孔径雷达遥感海浪数据、最终的真实孔径雷达遥感海浪数据与海浪数值模式后报资料进行匹配，得到三重匹配数据集；
其中，所述合成孔径雷达遥感海浪数据包括成像时间、经纬度和涌浪波高观测值；
所述真实孔径雷达遥感海浪数据包括成像时间、经纬度和涌浪波高观测值；
所述海浪数值模式后报资料包括后报时间、经纬度和涌浪波高后报值。
可选地，所述根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，具体包括：
利用所述二重匹配数据集，计算浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差，并将所述浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差确定为浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异。
可选地，所述根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，具体包括：
利用所述三重匹配数据集和Triple Collocation误差分析模型，计算海浪数值模式后报资料的相对均方根误差，并将所述海浪数值模式后报资料的相对均方根误差确定为海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差。
可选地，所述利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差，具体包括：
利用海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差；
利用在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差、以及浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，估算浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差；
利用浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差、以及二重匹配数据集中浮标观测资料中的涌浪波高值的平均值，估算浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差，并将所述浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差确定为浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
可选地，所述合成孔径雷达遥感海浪数据为Sentinel-1 SAR L2级数据，所述真实孔径雷达遥感海浪数据为CFOSAT SWIM L2级数据；所述海浪数值模式后报资料为WW3模式后报资料。
第二方面，本发明提供了一种浮标涌浪波高观测数据误差评估系统，包括：
二重匹配数据集构建模块，用于建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集；
三重匹配数据集构建模块，用于建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集；所述雷达卫星观测资料包括合成孔径雷达遥感海浪数据和真实孔径雷达遥感海浪数据；
精度差异计算模块，用于根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异；
第一误差计算模块，用于根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差；
第二误差计算模块，用于利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行第一方面所述的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一方面所述的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明由于综合利用了卫星遥感观测和海浪数值模式后报资料的涌浪波高数据，并考虑了合成孔径雷达遥感、真实孔径雷达遥感、海浪数值模式三种资料的自身误差，从而可以估算相对理论“真值”的浮标涌浪波高观测数据的误差，提高波浪浮标涌浪波高观测的一致性，从而有效提高浮标观测数据应用效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法的流程示意图；
图2为本发明NDBC浮标位置示意图；
图3为本发明浮标的涌浪波高观测值与WW3模式后报资料比较的散点图；
图4为本发明一种浮标涌浪波高观测数据误差评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种基于卫星遥感观测和海浪数值模式后报资料的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，从而估计浮标涌浪波高现场观测数据相对理论“真值”的误差。
如图1所示，本实施例提供的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法由以下五个步骤组成。
步骤1：建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集。
步骤1.1：读取原始的浮标观测资料，并对原始的浮标观测资料进行质控，得到最终的浮标观测资料。其中，所述浮标观测资料包括观测时间、经纬度和涌浪波高观测值。
在具体实施中，可由美国国家数据浮标中心（National Data Buoy Center，NDBC）网站下载浮标观测资料，NDBC浮标位置如图2所示。
对浮标观测资料进行质控；例如，选取波长在200m以上的涌浪，以保证所分离的海浪系统为纯粹的涌浪。
步骤1.2：将最终的浮标观测资料与海浪数值模式后报资料进行匹配，得到二重匹配数据集。
第一步，读取海浪数值模式后报资料中的后报时间、经纬度和涌浪波高后报值。
第二步，根据最终的浮标观测资料的观测时间和经纬度，利用海浪数值模式后报资料，找到与浮标观测资料相同步的海浪数值模式后报资料，从而实现两者的匹配，得到二重匹配数据集。
在具体实施过程中，以法国海洋开发研究院（Ifremer）提供的WaveWatchIII(WW3)模式后报资料为例，浮标与其满足时间差不超过90分钟，经度/纬度差不超过0.25°的条件，即可视为同步。
步骤2：建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集。
步骤2.1：读取原始的合成孔径雷达（synthetic aperture radar，SAR）遥感海浪数据，并对原始的合成孔径雷达遥感海浪数据进行质控，得到最终的合成孔径雷达遥感海浪数据。其中，所述合成孔径雷达遥感海浪数据包括成像时间、经纬度和涌浪波高观测值。
在具体实施过程中，读取Sentinel-1卫星波模式L2级产品数据，并采取以下标准对数据进行筛选：
（1）风速小于10m/s，波高大于0.3m，保证SAR在波模式下有较高的信噪比和良好的反演质量。
（2）仅保留反演效果最好的涌浪数据。读取Sentinel-1波模式L2级产品中的oswQualityFlagPartition，只保留标记为’good’的数据。
步骤2.2：读取原始的真实孔径雷达（real aperture radar，RAR）遥感海浪数据，并对原始的真实孔径雷达遥感海浪数据进行质控，得到最终的真实孔径雷达遥感海浪数据。
所述真实孔径雷达遥感海浪数据包括成像时间、经纬度和涌浪波高观测值。
在具体实施过程中，读取CFOSAT卫星SWIM雷达的L2级产品数据，并采取以下标准对数据进行筛选：
（1）仅保留SWIM雷达入射角为10°时，CFOSAT L2级产品数据。
（2）通过CFOSAT L2级产品数据中的ice_flag和land_flag标识符，剔除受到海冰和陆地污染的数据。
步骤2.3：将最终的合成孔径雷达遥感海浪数据、最终的真实孔径雷达遥感海浪数据与海浪数值模式后报资料进行匹配，得到三重匹配数据集。
第一步，读取海浪数值模式后报资料的后报时间、经纬度和涌浪波高后报值。
第二步，根据SAR遥感海浪数据和RAR遥感海浪数据的成像时间和经纬度，利用海浪数值模式后报资料，找到SAR、RAR遥感海浪数据相同步的海浪数值模式后报资料，从而实现三者的匹配，得到三重匹配数据集。
在具体实施过程中，对于Ifremer提供的WW3模式后报资料、Sentinel-1卫星波模式L2级产品数据和CFOSAT卫星SWIM雷达的L2级产品数据，三者之间满足时间差不超过60分钟，距离差不超过100Km的条件，即可视为同步。
步骤3：根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异。
此步骤3具体包括：利用所述二重匹配数据集，计算浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差，并将所述浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差确定为浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异。
例如：利用步骤1.2生成的二重匹配数据集，通过计算均方根偏差（root-mean-squared-difference，RMSD）
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，估算浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异。其计算公式如下：
Figure 917126DEST_PATH_IMAGE002
（1）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
和
Figure 240791DEST_PATH_IMAGE004
分别为二重匹配数据集中第n个浮标观测资料的涌浪波高观测值和第n个海浪数值模式后报资料的涌浪波高后报值，N表示涌浪波高值的数量。
浮标的涌浪波高观测值与WW3模式后报资料比较的散点图如图3所示。
步骤4：根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差。
利用步骤2.3生成的三重匹配数据集和Triple Collocation误差分析模型，计算海浪数值模式后报资料的相对均方根误差，并将所述海浪数值模式后报资料的相对均方根误差确定为海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差（K. A. McColl，J. Vogelzang，A. G. Konings，D. Entekhabi, M. Piles，and A. Stoffelen，“Extended triplecollocation: Estimating errors and correlation coefficients with respect toan unknown target，” Geophys. Res. Lett., vol. 41, no. 17, pp. 6229–6236，2014）。
具体计算方法如下。
对于同一海洋动力环境参数（本发明中为涌浪波高值），其真实值为T。通过SAR遥感海浪数据、RAR遥感海浪数据和WW3模式后报资料模拟，可以得到对该变量真实值的三套估计值X1、X2、X3，假设估计值和真实值之间存在线性关系，即
Figure DEST_PATH_IMAGE005
（i=1，2，3） （2）；
其中，
Figure 99157DEST_PATH_IMAGE006
为三种数据源各自存在的随机误差，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 327923DEST_PATH_IMAGE008
均为校正系数。
第一步，利用步骤2.3生成的三重匹配数据集，求取三种数据源之间的协方差
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，其计算公式如下：
Figure 689765DEST_PATH_IMAGE010
（i，j =1，2，3） （3）；
其中，cov表示协方差运算。
在假设三种数据源不具有相关性的条件下，可以由公式（2）（3）式推导出：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
（4）；
其中，
Figure 653173DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 261485DEST_PATH_IMAGE014
；var表示方差运算。
由公式（4）易知，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
,和
Figure 7855DEST_PATH_IMAGE016
的六个方程中，仅有
Figure DEST_PATH_IMAGE017
,
Figure 817679DEST_PATH_IMAGE018
,
Figure DEST_PATH_IMAGE019
,和
Figure 152321DEST_PATH_IMAGE020
六个未知量，故此方程组可解。
第二步，通过求解方程组，得到如下公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
（5）；
由此公式，以及上一步求得的协方差，计算海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差（root-mean-squared-error，RMSE）
Figure 985279DEST_PATH_IMAGE022
。
第三步，计算海浪数值模式后报资料的相对均方根误差（Normalized RMSE,NRMSE）：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
。
其中，
Figure 597657DEST_PATH_IMAGE024
表示取平均运算。
对于SAR遥感海浪数据和RAR遥感海浪数据的相对均方根误差也可类似求得，如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
。
Figure 259058DEST_PATH_IMAGE026
。
在具体实施过程中，本发明估算得到的Sentinel-1 SAR遥感数据、CFOSAT SWIM遥感数据和WW3模式后报资料的相对理论“真值”的误差如表1 所示.
表1 估算的Sentinel-1 SAR、CFOSAT SWIM遥感资料和模式后报资料的涌浪波高相对理论“真值”的误差表
数据源 相对均方根误差 均方根误差
Sentinel-1 SAR遥感数据 20.28% 0.2927 米
CFOSAT SWIM遥感数据 12.56% 0.1812米
WW3模式后报资料 24.39% 0.3518米
步骤5：利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
在二重匹配数据集中，若涌浪波高的理论“真值”为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，WW3模式后报资料的涌浪波高为
Figure 564268DEST_PATH_IMAGE028
和浮标观测资料的涌浪波高为
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，则可以表示为：
Figure 681260DEST_PATH_IMAGE030
（6）；
在浮标观测与海浪数值后报相互独立的假设下，经过简单推导，可知浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为：
Figure 566171DEST_PATH_IMAGE032
（7）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE033
是浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差。
Figure 82078DEST_PATH_IMAGE034
是海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差。注意
Figure 151665DEST_PATH_IMAGE034
是在与浮标匹配区域模式资料的误差，而
Figure DEST_PATH_IMAGE035
是在与雷达遥感数据匹配区域模式资料的误差，二者数值不同。但在两个区域中，相对均方根误差可以认为是一致的。
因此，估算步骤如下：
第一步，利用海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差。
Figure 693636DEST_PATH_IMAGE036
（8）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE037
是由步骤4求得的相对均方根误差，
Figure 851079DEST_PATH_IMAGE038
为二重匹配数据集中海浪数值模式后报资料中的涌浪波高值的平均值。
第二步，利用在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差、以及浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，估算浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差。
将上一步求得的
Figure 552319DEST_PATH_IMAGE034
和步骤3求得的
Figure DEST_PATH_IMAGE039
带入公式（7），估算浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差
Figure 399665DEST_PATH_IMAGE031
第三步，利用浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差、以及二重匹配数据集中浮标观测资料中的涌浪波高值的平均值，估算浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差，并将所述浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差确定为浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
Figure 287986DEST_PATH_IMAGE040
（9）；
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为二重匹配数据集中浮标观测资料中的涌浪波高值的平均值。
表2 本发明估算的浮标观测涌浪波高的相对理论“真值”的误差表
Figure 45858DEST_PATH_IMAGE042
其中，本实施例提供的海浪数值模式除了WW3之外，也可以使用其他数值模式，如SWAN等，同样也可以完成本发明的目的。
实施例二
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种浮标涌浪波高观测数据误差评估系统，如图4所示，包括：
二重匹配数据集构建模块100，用于建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集；
三重匹配数据集构建模块200，用于建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集；所述雷达卫星观测资料包括合成孔径雷达遥感海浪数据和真实孔径雷达遥感海浪数据；
精度差异计算模块300，用于根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异；
第一误差计算模块400，用于根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差；
第二误差计算模块500，用于利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
实施例三
本发明实施例提供一种电子设备包括存储器及处理器，该存储器用于存储计算机程序，该处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法。
可选地，上述电子设备可以是服务器。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法。
与现有技术相比，使用本发明进行浮标涌浪波高现场观测数据精度评估，能够估算得到浮标观测数据相对理论“真值”的误差，这优于现有技术。
原因主要在于：
本发明基于海浪数值模式后报资料和卫星遥感观测，进行浮标涌浪波高数据的评估，在步骤5的公式（7）中考虑了海浪数值模式自身的误差；同时，在步骤4中估计海浪数值模式误差时，采用Triple Collocation误差分析模型也同时考虑了合成孔径雷达遥感、真实孔径雷达遥感、海浪数值模式三种资料的误差，这使得本发明不是对浮标观测与卫星观测或数值模式后报之间的精度差异的估计，而是对其相对理论“真值”误差的估计。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，其特征在于，包括：
建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集；
建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集；所述雷达卫星观测资料包括合成孔径雷达遥感海浪数据和真实孔径雷达遥感海浪数据；
根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异；
根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差；
利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差，具体包括：
利用海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差；
利用在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差、以及浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，估算浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差；
利用浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差、以及二重匹配数据集中浮标观测资料中的涌浪波高值的平均值，估算浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差，并将所述浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差确定为浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
2.根据权利要求1所述的一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，其特征在于，所述建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集，具体包括：
读取原始的浮标观测资料，并对原始的浮标观测资料进行质控，得到最终的浮标观测资料；
将最终的浮标观测资料与海浪数值模式后报资料进行匹配，得到二重匹配数据集；
其中，所述浮标观测资料包括观测时间、经纬度和涌浪波高观测值；
所述海浪数值模式后报资料包括后报时间、经纬度和涌浪波高后报值。
3.根据权利要求1所述的一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，其特征在于，所述建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集，具体包括：
读取原始的合成孔径雷达遥感海浪数据，并对原始的合成孔径雷达遥感海浪数据进行质控，得到最终的合成孔径雷达遥感海浪数据；
读取原始的真实孔径雷达遥感海浪数据，并对原始的真实孔径雷达遥感海浪数据进行质控，得到最终的真实孔径雷达遥感海浪数据；
将最终的合成孔径雷达遥感海浪数据、最终的真实孔径雷达遥感海浪数据与海浪数值模式后报资料进行匹配，得到三重匹配数据集；
其中，所述合成孔径雷达遥感海浪数据包括成像时间、经纬度和涌浪波高观测值；
所述真实孔径雷达遥感海浪数据包括成像时间、经纬度和涌浪波高观测值；
所述海浪数值模式后报资料包括后报时间、经纬度和涌浪波高后报值。
4.根据权利要求1所述的一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，其特征在于，所述根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，具体包括：
利用所述二重匹配数据集，计算浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差，并将所述浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的均方根偏差确定为浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异。
5.根据权利要求1所述的一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，其特征在于，所述根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，具体包括：
利用所述三重匹配数据集和Triple Collocation误差分析模型，计算海浪数值模式后报资料的相对均方根误差，并将所述海浪数值模式后报资料的相对均方根误差确定为海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差。
6.根据权利要求1所述的一种浮标涌浪波高观测数据误差评估方法，其特征在于，所述合成孔径雷达遥感海浪数据为Sentinel-1 SAR L2级数据，所述真实孔径雷达遥感海浪数据为CFOSAT SWIM L2级数据；所述海浪数值模式后报资料为WW3模式后报资料。
7.一种浮标涌浪波高观测数据误差评估系统，其特征在于，包括：
二重匹配数据集构建模块，用于建立浮标观测资料与海浪数值模式后报资料的二重匹配数据集；
三重匹配数据集构建模块，用于建立雷达卫星观测资料与海浪数值模式后报资料的三重匹配数据集；所述雷达卫星观测资料包括合成孔径雷达遥感海浪数据和真实孔径雷达遥感海浪数据；
精度差异计算模块，用于根据所述二重匹配数据集，估计浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异；
第一误差计算模块，用于根据所述三重匹配数据集，估计海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差；
第二误差计算模块，用于利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差；
利用浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异、以及海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算浮标观测资料相对理论“真值”的误差，具体包括：
利用海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的误差，估算在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差；
利用在浮标匹配区域中海浪数值模式后报资料相对理论“真值”的均方根误差、以及浮标观测资料与海浪数值模式后报资料之间的精度差异，估算浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差；
利用浮标观测资料相对理论“真值”的均方根误差、以及二重匹配数据集中浮标观测资料中的涌浪波高值的平均值，估算浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差，并将所述浮标观测资料相对理论“真值”的相对均方根误差确定为浮标观测资料相对理论“真值”的误差。
8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1至6中任一项所述的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的浮标涌浪波高观测数据误差评估方法。
CN202210744535.4A 2022-06-29 2022-06-29 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质 Active CN114814779B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210744535.4A CN114814779B (zh) 2022-06-29 2022-06-29 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210744535.4A CN114814779B (zh) 2022-06-29 2022-06-29 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114814779A CN114814779A (zh) 2022-07-29
CN114814779B true CN114814779B (zh) 2022-11-11

Family

ID=82523511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210744535.4A Active CN114814779B (zh) 2022-06-29 2022-06-29 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114814779B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115683171B (zh) * 2023-01-05 2023-05-02 国家海洋技术中心 一种锚碇式波浪浮标性能测试方法、系统及存储介质

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106610491A (zh) * 2016-12-21 2017-05-03 广州市气象台 星载sar后向散射系数的检验方法及装置
CN111505688A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 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
CN113156439A (zh) * 2021-05-08 2021-07-23 中国石油大学(华东) 一种基于数据驱动的sar风场海浪联合反演方法及系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8305257B2 (en) * 2009-09-02 2012-11-06 Trizna Dennis B Method and apparatus for coherent marine radar measurements of properties of ocean waves and currents
US9726143B2 (en) * 2014-04-07 2017-08-08 University Of Manitoba Ocean wave energy harvesting with a piezoelectric coupled buoy
CN112014842B (zh) * 2020-09-16 2021-03-19 国家海洋技术中心 高分三号全极化sar数据的有效波高估计方法及系统
CN112197749B (zh) * 2020-09-30 2021-06-29 国家海洋环境预报中心 一种波浪浮标有效波高的交叉校准方法及装置
CN113255962A (zh) * 2021-04-16 2021-08-13 北京玖天气象科技有限公司 一种多模式海浪集成预报系统及方法
CN113534159B (zh) * 2021-07-08 2022-04-26 国家海洋技术中心 一种基于sar卫星遥感数据的海面风速反演方法及系统
CN113704693B (zh) * 2021-08-19 2024-02-02 华北电力大学 一种高精度的有效波高数据估计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106610491A (zh) * 2016-12-21 2017-05-03 广州市气象台 星载sar后向散射系数的检验方法及装置
CN111505688A (zh) * 2020-04-27 2020-08-07 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
CN113156439A (zh) * 2021-05-08 2021-07-23 中国石油大学(华东) 一种基于数据驱动的sar风场海浪联合反演方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114814779A (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111583214B (zh) 基于rbf神经网络的航海雷达图像反演海面风速方法
CN102540162B (zh) 基于海杂波的低空电磁波传播特性估计方法
CN109543356B (zh) 考虑空间非平稳性的海洋内部温盐结构遥感反演方法
CN110673108B (zh) 一种基于迭代Klett的机载海洋激光雷达信号处理方法
CN106768179B (zh) 基于连续运行gnss站信噪比数据的潮位的测量方法
CN102841385A (zh) 一种基于多重分形克里金法的局部地磁图构建方法
CN113534159A (zh) 一种基于sar卫星遥感数据的海面风速反演方法及系统
CN108254766B (zh) 一种卫星抗多径误差方法
CN114814779B (zh) 浮标涌浪波高观测数据误差评估方法、系统、设备及介质
CN109581383B (zh) 各向异性海面雷达后向散射模拟方法及系统
Barth et al. Ensemble perturbation smoother for optimizing tidal boundary conditions by assimilation of High-Frequency radar surface currents–application to the German Bight
Zeng et al. Wind speed inversion in high frequency radar based on neural network
CN109932698A (zh) 基于地形信息的米波雷达低仰角估计方法
CN110991087A (zh) 一种基于多入射角组网sar卫星数据的风场反演方法及系统
Xiang et al. Characterizing the seasonal hydrological loading over the asian continent using GPS, GRACE, and hydrological model
CN106199552A (zh) 一种局部均匀海杂波背景下的分组广义似然比检测方法
CN111770528B (zh) 基于信道参数萃取方法的视距与非视距识别方法及装置
CN111951204B (zh) 一种基于深度学习的天宫二号探测数据海面风速反演方法
Wardah et al. Radar rainfall estimates comparison with kriging interpolation of gauged rain
Liu et al. Gridded statistical downscaling based on interpolation of parameters and predictor locations for summer daily precipitation in North China
CN114252875B (zh) 一种成像高度计数据的高精度网格化方法
CN108256261B (zh) 海上浮式结构的稳定性评估方法及装置
CN113758885B (zh) 一种水体内叶绿体色素浓度的测算方法及其系统
CN115808686A (zh) 基于波形重跟踪质量加权的垂线偏差格网化方法及其系统
CN114758080A (zh) 海面盐度网格化反演的方法及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant