CN116976509B - 准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于海洋观测数据获取技术领域，公开了准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用。观测方法为对多站位同步海流连续观测的观测站位、调查船、调查顺序进行空间和时间方面的优化；每个调查船需在潮期内先后完成1‑2个站位的调查任务；提高了多船同步海流观测的观测效率，提高了调查船的利用率，在1个典型潮期内高效完成2个批次海流观测；本发明在工作量基本相当的前提下，增加了调查单位一倍的调查能力，解决了受限于调查人员、调查船和观测设备数量不足的问题，本发明提出准同步多站位海流连续观测数据经实际检验，与常规方法获取的海流数据质量基本相同。

Description

准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用
技术领域
本发明属于海洋观测数据获取技术领域，尤其涉及准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用。
背景技术
多站位同步海流连续观测可为海洋工程设计和建设提供重要的水文参数，其要求所有海流连续观测站位需在一个典型潮期内(如小潮期或者大潮期)同步完成连续25小时的海流观测，若其中任意一个站位因海况、设备、人员、船况等问题无法完成观测，则会导致整个观测任务失败，需要择期重新开展全部站位的同步连续25小时海流观测。同时，不同典型潮期内因气象、季节、环流等因素导致海流差异较大，可为海洋工程的设计和建设提供周边海域丰富的建设参数，故不得通过拆分成多个典型潮期的方式实施观测。例如，18站位海流同步连续观测任务，必须在一个典型潮期内完成18个站位的观测，不允许通过该月份第一个典型潮期内完成部分站位观测，在第二个、第三个或第四个等典型潮期内依次完成剩余站位观测。随着海洋工程建设规模越来越大，水文设计参数也逐渐提高要求，其要求的多站位同步海流连续观测站数量也越来越多，往往超出了观测单位自身的调查能力，也给现场调查船只协调提出了新的考验。
(1)由于海洋工程的规划越来越大，其要求的同步调查站位数量越来越多，往往导致大规模多站位海流同步观测所需的调查设备数量往往超出承担任务单位所有的观测设备数量。《海域使用论证技术导则》和《海港水文规范》中提出，至少需要6个站位的海流同步连续25小时观测，才能满足设计要求，多站位同步海流连续观测要求每个调查船配备1台观测设备，即至少需要6台海流观测设备。对于规模较大的海洋工程或者水文环境复杂多变的海域，设计单位往往提出需要超过12个站位的海流连续观测站需求，可称为大规模多站位海流同步观测，以获得工程周边海域足够的海流参数。然而，对于常规的海洋调查单位而言，由于高精度海流调查设备单台价值一般超20万，故少有观测单位花费百余万元用于购置超过10台海流观测设备。因此，当站位总数量超出其自身观测设备总数量时，调查单位往往不能承接该调查任务。
(2)大规模多站位海流同步观测所需协调船舶相关事情较多；大规模、多站位的海流连续观测，所使用的调查船数量较多，每个海流连续观测站需要1条船在观测位置锚系停留后，开展连续25小时的海流观测。尤其是近岸海流调查，一般使用民船，其中以渔船居多，单次调查所使用船舶数量越多，所需要协调的事情越多，所耗费的调查负责人时间和精力也越多，往往可能出现不可预见性非设备类问题，如船舶定位、同步时间、出发港口、船只状况、设备问题等，若其中一个观测站因上述原因造成单站位无法完成观测时，则导致该潮期观测任务失败，需择期重新开展观测，耗费的人力物力成本较高，且往往容易错过最佳观测时机。
(3)大规模多站位海流同步连续观测所需的专业调查人员较多；规模较大的多站位海流同步观测往往需要较多的调查人员，常规海洋调查单位一般难以满足。以每个海流连续观测站位、每条调查船配备4名调查人员为例，一般分为2个班组，每班次2人，1人负责记录，1人负责操作设备，2个班组轮流工作，以确保人员和设备安全。若12个海流连续观测站，则至少需要48人上船作业。一般专业海洋调查单位拥有固定的海流调查人员不超过30人，遇到人员不足的问题时，往往临时雇佣劳务人员，在做完短期培训后，上船协助本单位人员工作。但临时雇佣人员在操作设备和记录时，往往存在较大的风险，难以保证设备安全和数据质量，遇到突发事件处置能力相比专业调查人员要差很多。
(4)大规模多站位海流同步连续观测对海况要求较高；为确保多站位海流同步连续观测过程中的船只、人员和设备等安全，故对海况提出了较高要求。例如，在北方冬季寒潮大风频发的时段和南方夏季风暴潮多发的季节，需要抓住海况较好的典型潮期，一次性完成大规模多站位同步海流连续观测，对调查船只、海况、调查人员等协调提出了较高的要求。。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：进行近岸大规模多站位同步海流连续观测中，现有技术要获取全面的典型潮期内海流数据不仅需投入大量人力物力观测设备，而且对整体工作协调提出了很高的要求，不能有效提高观测成功率和降低安全事故风险率。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本发明公开实施例提供了准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法、系统及应用。
该方法对多站位同步海流连续观测站位的观测时序进行优化，基于调查船出发港与各调查站位之间距离、各调查站位之间的距离等参数，在保证单一典型潮期内获取海流数据质量的前提下，将调查站位、调查船从时间和空间上优化分解成2个批次，在一个典型潮期内分步骤实施所有观测站位的海流连续观测；每个调查船分配有1至2个观测站位的调查任务，调查船需要首先完成优化后的第1个站位的连续海流调查任务，若该调查船还分配有第2个站位的连续海流调查任务，则在第1个站位的连续海流观测结束后，该调查船前往优化后的第2个站位的连续海流调查任务；待该调查船完成优化的第2个站位的连续海流调查任务后，该调查船完成其对应的准同步海流连续观测任务，参与本次调查任务的其他调查船也执行上述操作；所有参与调查任务的调查船都返回港口后，收集每个调查船的观测数据，可根据每个调查船的到达观测站位的时间筛选观测数据；在单一典型潮期内获取的每个观测站的海流数据与每个调查船完成1个观测站获取的海流数据质量相当。
所述技术方案如下：一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，在某单一的典型潮期内，将调查任务分为2个批次并依次开展，从空间上优化调查船和对应观测站的分配，从时间上优化观测站的调查时序，用于提高单一典型潮期内所有调查船的作业效率，在同期内增加了一倍的调查作业能力，所有调查船依次完成2个批次的调查后，完成准同步大规模多站位近案海流连续观测，该方法具体包括以下步骤：
S1，基于调查站位的观测时序优化方法，当调查船从同一个港口出发时，获取调查船的出发港至各调查站所需的时间、各调查站之间距离数据；
S2，当调查船从不同港口出发时，获取调查船的至少一个出发港、出发港至各调查站距离、各调查站之间距离；
S3，在1个典型潮期内将调查分为两个批次开展，分别从时间和空间上优化分配各调查船的第一批次调查站和第二批次调查站。
在步骤S1中，所述调查站位的观测时序优化方法包括：基于调查船的一个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离，从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化。
从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化，具体包括：
(1)获取时间和空间，分组和排序：以各调查船的经济航速计算，按照出发港至到达各观测站位所需平均时间，从小到大的顺序进行排序；计算各观测站之间的距离，并参考各调查船的经济航速，进行分组和分配调查船，每组内含2个调查站，分组的原则是组内各调查船基本使用相同的时间可从组内1个观测站前往另外1个观测站；组内1个观测站距离出发港相对近，另外1个观测站距离较远，此时这2个观测站为1组，分别编号为A、B、C···J组；每组内到达出发港距离最短的观测站为A1、B1、C1···J1站，距离较大的观测站为A2、B2、C2···J2站；确定A1、B1、C1···J1站为第一批次调查站位，A2、B2、C2···J2站为第二批次调查站位；同时，为每组调查站位分配调查船；
(2)获取第一批次调查开始观测时间：在观测潮期的当天，所有调查船前往A1、B1、C1···J1号测站，根据调查船到达A1、B1、C1···J1号测站的时间不同，分配每个调查船不同的出发时间，出发港至观测站距离远的调查船先行出发，出发港至观测站距离近的调查船稍后出发，以确保各调查船基本在同一时刻到达第1批次观测站；各调查船都就位第1批次观测站后，在统一的整点时刻开始实施所有第一批次调查站位的同步25小时连续海流观测；
(3)获取第一批次调查站结束时间和二批次调查站位开始观测时间：在第一批次调查站位A1、B1、C1···J1号站完成同步25小时海流连续观测后，各调查船按照每组观测站编号对应的第2批次观测站的站号，同时移动至第二批次调查站位A2、B2、C2···J2号测站，所有调查船就位后，选择在统一的整点时刻开始第二批次调查站位的同步25小时海流连续观测；
(4)获取第二批次调查结束时间：第二批次调查站位A2、B2、C2···J2号站结束同步25小时海流连续观测后，所有调查船返回出发港，调查人员从观测设备中读取各调查船第1批次和第2批次观测站的海流数据信息，多个站位的准同步海流连续观测结束。
在步骤(4)后，还需进行：
数据整编：根据各调查站位开始和结束观测时间，选取每个调查站位的海流观测数据；
若海流观测站总数为奇数，则在步骤(1)排序后，将出发港至该调查站用时最短或者用时最长的观测站不参与分组，由1个调查船单独执行该站位的连续25小时观测信息，负责该站位观测的调查船可与第1批次或者第2批次调查船一起执行调查任务，观测结束后返回出发港，其他站位按照步骤(1)执行优化排序。
在步骤S2中，所述调查站位的观测时序优化方法还包括：对调查船的多个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离进行优化，假设本次调查任务调查船分别来自m个出发港，m≥2，记为1号港，2号港…i号港…m号港，具体包括：
(a)获取出发港信息：以各出发港为圆心，出发港分别为1、2、3···i···m，圆i代表以出发港i为圆心的圆，圆i的半径为能够包括部分调查站位，同时使每个圆i内的调查站位总数量尽量为偶数，所有圆i能够包络住所有调查站位，分别得到圆1、圆2…圆i…圆m，若有调查站同时位于圆i和圆j内，则测算该调查站到出发港i和出发港j的直线距离，则该调查站位归属于直线距离短的出发港圆内，若调查站到出发港i的距离小于调查站到出发港j的距离，则该调查站归为圆i内，直至各圆内的站位不重合，且所有调查站均分属于不同的圆i内，每个圆i至少有2个调查站；
(b)出发港与对应圆内调查站位的时间排序：对于出发港i的圆i来说，共有n个站位在圆i内，进行分组；计算圆i各观测站之间的距离，若2个观测站之间距离相近，且其中1个观测站靠近海岸，另外1个观测站距离海岸相对远，此时这2个观测站为1组，对圆i内所有站位进行分组，获得Ai、Bi、Ci···Xi组；每组内调查站至出发港i用时最短的观测站为Ai1、Bi1、Ci1···Xi1站；其中，i代表出发港编号，1代表是第1批次，用时较长的观测站为Ai2、Bi2、Ci2···Xi2站，其中，i代表出发港编号，2代表是第2批次；
(c)站位调查时序优化：选取其中的Ai1、Bi1、Ci1…Xi1，作为第一批次调查站位；其他站位Ai2、Bi2、Ci2…Xi2，此时i＝1、2、3…m为第二批次调查站位；
(d)获取第1批次调查开始观测时间：在观测的典型潮期的当天，所有调查船首先前往Ai1、Bi1、Ci1···号测站，根据调查船到达Ai1、Bi1、Ci1···号测站的时间分配每个调查船的出发时间，一般是出发港至每组内第1批次观测站距离远的调查船先行出发，出发港至每组内第1批次观测站距离近的调查船可晚些出发，以确保各调查船基本在同一时刻到达第1批次观测站；各调查船都就位第1批次观测站后，在统一的整点时刻开始实施所有第一批次调查站位的同步25小时连续海流观测；
(e)获取第一批次调查站结束时间和二批次调查站位开始观测时间：在第一批次调查站位Ai1、Bi1、Ci1···号站完成同步25小时海流连续观测后，各调查船按照每组观测站编号对应的第2批次观测站的站号，移位至第二批次调查站位Ai2、Bi2、Ci2···号测站，所有调查船就位后，选择在统一的整点时刻开始第二批次调查站位的同步25小时海流连续观测；
(f)获取第2批次调查结束时间：第2批次调查站位Ai2、Bi2、Ci2···号站结束同步25小时海流连续观测后，所有调查船返回出发港，调查人员从观测设备中读取各调查船第1批次和第2批次观测站的海流数据信息，多个站位的准同步海流连续观测结束。
在步骤(f)后，还需进行：
数据整编：根据各调查站位开始和结束观测时间，选取每个调查站位的海流观测数据；
若对于个别出发港来说，其对应的圆内调查站总数量为奇数，则需要在按照步骤(b)后，对分组后剩余的1个站位，单独安排调查船执行观测，可在第1批次或者批次一同实施观测。
本发明的另一目的在于提供一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测系统，实施所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，所述准同步大规模多站位近岸海流连续观测系统包括：
第一阶段海流连续观测模块，对所有调查站位在时间和空间上进行优化排序，将调查船和观测站位分为2个批次在典型潮期内开展观测，首先将多站位海流连续观测变为25小时内实施一半站位的同步海流连续观测；
第二阶段海流连续观测模块，用于第一阶段站位的海流连续观测结束后，各调查船移位到另一半待调查站位实施连续25小时同步海流观测。
第三阶段将2次海流观测的数据进行筛选和整编，筛选出每个站位对应时刻的海流观测数据，得到大规模多站位连续海流观测的各站位海流观测数据。
本发明的另一目的在于提供一种所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法在周边海域多个站位典型潮期同步的连续海流观测上的应用。
本发明所具备的优点及积极效果为：本发明针对近岸海洋工程项目的设计和建设前需大量实测海流数据提供背景参数，根据相关规范需获取海洋工程周边海域的典型潮期多站位同步连续海流观测数据，故需分别开展周边海域多个站位典型潮期内的同步连续25小时海流同步观测。然而，随着海洋工程建设规模的增加，所需的调查站位数量越来越多，但受限于调查船、观测设备数量和调查人员等因素制约，往往无法一次性完成所有站位的海流连续25小时同步观测，导致不能承接该类调查项目。因此，本发明设计了一种多站位准同步的海流连续观测方法，在保证获取单一典型潮期内海流数据质量的前提下，提前对调查站位在时间和空间上进行优化，基于出发港与调查站位距离、各站位之间距离等参数，通过优化调配，高效的分配调查船、观测设备、调查人员资源，将多站位海流连续观测变为在典型潮期内先实施一半站位的海流连续观测，待上述站位的海流连续观测结束后，各调查船移位到另一半待调查站位实施连续25小时海流观测，可在最短的时间段内完成典型潮期的多站位准同步海流连续观测。该方法与常规的单次较大规模的海流连续观测工作相比，通过优化调查船和观测站位的时间和空间的观测顺序，解决了调查船、观测设备、调查人员数量不足和船只协调的制约。并且，本发明提出准同步多站位海流连续观测数据经实际检验，与常规方法获取的海流数据质量基本相同。
本发明提出了一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，在保证数据质量的前提下，克服大规模多站位海流同步连续观测易产生的调查船只不足、调查设备不足和多船协调难等问题。本发明充分利用现有的观测设备、调查人员以及调查船只，调查单位最大完成超出自身调查能力一倍的多站位同步海流连续观测任务，获取的海流数据质量与常规方法相当。因此，调查单位可不局限于自身观测设备和调查人员等限制，承接更大规模的多站位同步海流连续观测任务。
由于近海海流调查一般使用渔船，其船况参差不齐，在实际调查工作中往往发生因船只故障，导致整体观测任务推迟或者重做的问题，甚至发生安全事故。本发明的准同步多站位海流连续观测方法使用调查船只数量基本为调查站位总数的一半，调查单位可择优选取船况优良的民船承担出海调查任务，确保一次出海顺利完成调查，并降低了安全事故风险。
海上调查活动受海况和气象等客观因素制约较大，尤其是多站位同步海流连续观测需在典型潮期实施观测，大规模的多站位同步海流连续观测方式一次出海所需的观测设备和调查船只数量较多，协调船只事情多，往往不能及时抓住典型潮期内的有利天气或者海况条件，可能导致观测任务推迟或者失败。不仅不能及时提交数据，而且有可能增加额外的调查成本。本发明提出的方法单次调查使用的设备和船只数量与常规方法相比减少近一半，更有利于抓住海况良好的典型潮期内完成调查任务。
目前多站位同步海流连续观测，都采用的是按照调查站位数量来配备观测设备、调查人员和调查船只，受限于观测设备数量和调查船只数量等，单次调查需协调的事情较多，同时受海况、天气和船况等其他因素制约，出海调查的风险较大。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理；
图1是本发明实施例提供的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法流程图；
图2是本发明实施例提供的准同步大规模多站位近岸海流连续观测系统示意图；
图3是本发明实施例提供的L172站第一批次(实线)和第二批次(虚线)垂线平均流速对比图；
图4是本发明实施例提供的L172站第一批次(实线)和第二批次(虚线)垂线平均流向对比图；
图中：1、第一阶段海流连续观测模块；2、第二阶段海流连续观测模块。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1，如图1所示，本发明实施例提供一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，运行于观测设备，所述准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法包括以下步骤：
S1，基于调查站位的观测时序优化方法，当调查船从同一个港口出发时，获取调查船的出发港至各调查站所需的时间、各调查站之间距离数据，从时间和空间上优化分配各调查船的第一批次调查站和第二批次调查站；
S2，当调查船从不同港口出发时，获取调查船的至少一个出发港、出发港至各调查站距离、各调查站之间距离，从时间和空间上优化分配各调查船的第一批次调查站和第二批次调查站。
实施例2，本发明实施例提供一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法包括：
步骤1对调查站位的时序进行优化，将多站位海流连续观测变为25小时内实施一半调查站位的海流连续观测；
步骤2待上述调查站位的海流连续观测结束后，各调查船移位到另一半待调查站位实施连续25小时海流观测。
示例性的，当一个典型潮期多站位同步海流连续观测所必需的调查船舶、调查人员和观测人员数量超过现有的调查设备、人员和船只不到一倍时，可通过调整调查站位时序，充分利用现有的调查人员、调查船只和观测设备，可在一个典型潮期内分2个批次分步骤完成所有站位的海流连续观测，实现最大超出自身调查能力一倍的近岸海流连续观测工作量。本发明可克服大规模多站位海流同步连续观测易产生的调查船只不足、调查设备不足、调查人员不足和多船协调难等问题。
针对大规模的多站位同步海流连续观测，提出了多出发港口的优化方法，每个出发港口对应多个海流连续观测站位，通过优化调查站位的观测时序，缩短了2个批次调查站位之间转换的时间，从而提高了准同步海流观测的效率。
经实际海流观测数据检验，采用准同步多站位海流连续观测获得的海流数据结果与常规的多船同步方法获取的数据质量相当。
本发明实施例提供的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法为克服大规模多站位海流同步连续观测对调查船只、观测设备、调查人员、定位设备数量要求较高，以及需要协调的船、人、设备等相关事宜众多的难度，提出了一种准同步多站位海流连续观测方法。
该方法利用典型潮期，如大潮期和小潮期一般36-52小时的历时期，充分利用调查队伍自身拥有的观测设备和调查人员数量，通过优化调查站位的观测时序和调查船出发港口，将海流调查站位分为2个批次分布步骤实施同步海流连续观测，可以在一个典型的潮期完成超出自身调查能力一倍的多站位同步海流连续观测，并且保证获取的海流数据质量与常规方法相当。
示例性的，例如，一个调查队伍拥有12台海流观测设备，48名调查人员，按照1个海流连续观测站需要配备1艘调查船，4名调查人员和1台海流观测设备，其在一个潮期最大同步多站位海流连续观测能力为12个站位。依照常规的多站位同步海流连续观测方式，该调查队伍是不具备在一个潮期完成超过12个站位的同步海流连续观测能力。
然而，本发明实施例提出准同步多站位海流连续观测方法，可最大限度的利用该队伍的观测设备和调查人员，通过优化调查站位时序和出发港口，可在一个潮期内最大完成24个站位的同步海流连续观测，实现一个潮期海流观测能力翻倍。
其中，观测时长要求：不管是半日潮海区，还是全日潮海区，都要在25小时内潮流才能完成一个周期性运动，在一个完整的潮流周期内，潮流的流速矢量和为零，以便于数据分析时分离潮流和余流。
大、小潮界定：潮汐主要由月球和太阳引潮力决定，其中月球的引潮力占优，当太阳、地球和月球处于一个方向时(农历每月初一和十五前后)，形成大潮，每月中有2次大潮和2次小潮；当太阳、地球和月球成直角时，形成小潮。但由于潮汐受到底摩擦、惯性、岸线轮廓和海底地形等因素影响，大、小潮的发生日期往往是推后2-3天，在许多海洋工程项目的海洋水文调查中，一般要求进行大、小潮的海流观测，大潮期确定的标准为在非无潮点海域，按照潮汐调和常数计算的每天最大潮差，得出的累积频率分布曲线，在最大潮差频率小于10％范围内的任一个潮差，都是大潮，在最大潮差频率低于90％范围内的任一个潮差，都是小潮。
大、小潮期历时：大、小潮期历史约为36-52小时。
多站位同步海流连续观测：多个调查船先后到达预定海流观测站位置，从统一的时刻开始海流观测，直至调查时间满足25小时后，所有调查船的任务结束可返回港口。若中途任一一条调查船因天气、海况、设备、船只等问题无法完成连续25小时的观测，则会导致整个观测任务失败，需要另行在下一个潮期再开展上述观测，直至所以调查船满足25小时的观测时长。
实施例3，在某省渔港建设项目海洋生态环境调查项目某地区水文动力调查项目中，需同步开展35个站位的海流连续观测，由于站位分布广、数量多，故若采用传统同步海流连续观测方法，则需要一次性调动35条渔船，使用35台阔龙海流计，至少140名调查人员，协调难度巨大。因此，采取本发明提出的准同步海流连续观测方案，仅需动用一半人力和物力即可完成调查任务。
将全部海流调查站位分解为从6个港口出发，L141和L143站调查船从鱼井渔港出发，完成连续25小时观测后，分别移位至L142和L157站开展观测；L158、L159、L162站调查船从某岛渔港出发，完成连续25小时观测后，分别移位至L160、L163、L161站开展观测；L164、L166站调查船从某渔港出发，完成连续25小时观测后，分别移位至L155、L167站开展观测；L144、L145、L146、L168站调查船从某渔港出发，完成连续25小时观测后，分别移位至L171、L170、L147、L169站开展观测；L177和L179站调查船从某渔港出发，完成连续25小时观测后，分别移位至L178和L176站开展观测。第一批次调查站位的统一同步观测时间为2021年7月10日7时至8日8时，结合第一批次海流调查完成后，各船开赴第二批次调查站位的时间长短不一，但基本都在3小时内移至第二批次调查站位，故将第二批次调查站位的统一同步观测时间为2021年7月11日12时至12日13时。通过以上多站位准同步海流连续观测方法获取的35个站位海流数据，已经通过了2021年10月份某省海洋与渔业厅组织的专家组验收。因此，本发明方案具有较好实操性，获取的数据质量也得到专家认可。
表1准同步海流连续观测调查站位时序一览表
由于调查站位数量为奇数，故有一个站位参加第一批次或者第二批次海流观测即可。为验证本发明提出的准同步多站位海流观测数据质量，将L172站作为数据质量验证站位：L172站位列入第一批次调查站位，与其他站位同步开展第一批次海流观测，在第一次批次海流观测结束后，L172站也停止观测，并保持原位不动，等待时间与第二批次海流观测开始同步观测。因此，L172站既参加了第一批次海流同步观测，也参加第二批次海流同步观测，通过两次海流观测获取的数据进行比较分析，以检验本发明提出的准同步多站位海流连续观测方法获取海流数据的质量和本发明方法的可行性。
图3是L172站第一批次(实线)和第二批次(虚线)垂线平均流速对比图(L172站第一批次和第二批次流速过程曲线)，图4是L172站第一批次(实线)和第二批次(虚线)垂线平均流向对比图(L172站第一批次和第二批次流向过程曲线)。由图3和图4可见，除了半日潮海域每天涨落潮时间延后50分钟外，L172站第一批次和第二批次观测得到的海流数据相差较小，最大和最小涨落潮流速基本相当，流向的分布也较为相似。海流调和分析结果代表了该站位海流的基本全部特征，是海洋工程设计和建设的重要基础参数。为进一步检验本发明提出的准同步多站位海流连续观测方法获取的海流数据相差大小，对L172站两个批次的海流数据开展了调和分析，见表2。由表2可见，L172站第一批次和第二批次海流观测数据的调和分析结果可见，两次海流观测数据的调和分析结果相差很小，平均方差小于0.07。
表2L172站第一批次和第二批次海流数据调和分析结果
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1，基于调查站位的观测时序优化方法，当调查船从同一个港口出发时，获取调查船的出发港至各调查站所需的时间、各调查站之间距离数据；
S2，当调查船从不同港口出发时，获取调查船的至少一个出发港、出发港至各调查站距离、各调查站之间距离；
S3，在1个典型潮期内将调查分为两个批次开展，分别从时间和空间上优化分配各调查船的第一批次调查站和第二批次调查站；
在步骤S1中，所述调查站位的观测时序优化方法包括：基于调查船的一个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离，从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化；
从时间和空间上对各调查船分批次调查对应的调查站位和调查顺序进行优化，具体包括：
（1）获取时间和空间，分组和排序：以各调查船的经济航速计算，按照出发港至到达各观测站位所需平均时间，从小到大的顺序进行排序；计算各观测站之间的距离，并参考各调查船的经济航速，进行分组和分配调查船，每组内含两个调查站，分组的原则是组内各调查船使用相同的时间从组内一个观测站前往另外一个观测站；组内一个观测站距离出发港相对近，另外一个观测站距离出发港较远，此时这两个观测站为1组，分别编号为A、B、C···J组；每组内到达出发港距离最短的观测站为A1、B1、C1···J1观测站，距离较大的观测站为A2、B2、C2···J2观测站；确定A1、B1、C1···J1观测站为第一批次调查站位，A2、B2、C2···J2观测站为第二批次调查站位；同时，为每组调查站位分配调查船；
（2）获取第一批次调查开始观测时间：在观测潮期的当天，所有调查船前往A1、B1、C1···J1号观测站，根据调查船到达A1、B1、C1···J1号观测站的时间不同，分配每个调查船不同的出发时间，出发港至观测站距离远的调查船先行出发，出发港至观测站距离近的调查船稍后出发，以确保各调查船在同一时刻到达第一批次观测站；各调查船都就位第一批次观测站后，在统一的整点时刻开始实施所有第一批次调查站位的同步25小时连续海流观测；
（3）获取第一批次调查站结束时间和第二批次调查站位开始观测时间：在第一批次调查站位A1、B1、C1···J1号观测站完成同步25小时海流连续观测后，各调查船按照每组观测站编号对应的第二批次观测站的站号，同时移动至第二批次调查站位A2、B2、C2···J2号观测站，所有调查船就位后，选择在统一的整点时刻开始第二批次调查站位的同步25小时海流连续观测；
（4）获取第二批次调查结束时间：第二批次调查站位A2、B2、C2···J2号观测站结束同步25小时海流连续观测后，所有调查船返回出发港，调查人员从观测设备中读取各调查船第一批次和第二批次观测站的海流数据信息，多个批次调查站位的准同步海流连续观测结束；
（5）数据整编：根据各调查站位开始和结束观测时间，选取每个调查站位的海流观测数据；若海流观测站总数为奇数，则在步骤（1）排序后，将出发港至该调查站用时最短或者用时最长的观测站不参与分组，由一个调查船单独执行该调查站位的连续25小时观测信息，负责该站位观测的调查船可与第一批次或者第二批次调查船一起执行调查任务，观测结束后返回出发港，其他站位按照步骤（1）执行优化排序；
在步骤S2中，所述调查站位的观测时序优化方法还包括：对调查船的多个出发港、出发港至各调查站位距离、各调查站位之间距离进行优化，假设本次调查任务调查船分别来自m个出发港，m≥2，记为1号港，2号港…i号港…m号港，具体包括：
（a）获取出发港信息：以各出发港为圆心，出发港分别为1、2、3···i···m，圆i代表以出发港i为圆心的圆，圆i的半径为能够包括部分调查站位，同时使每个圆i内的调查站位总数量尽量为偶数，所有圆i能够包络住所有调查站位，分别得到圆1、圆2…圆i…圆m，若有调查站同时位于圆i和圆j内，则测算该调查站到出发港i和出发港j的直线距离，则该调查站位归属于直线距离短的出发港圆内，若调查站到出发港i的距离小于调查站到出发港j的距离，则该调查站归为圆i内，直至各圆内的站位不重合，且所有调查站均分属于不同的圆i内，每个圆i至少有两个调查站；
（b）出发港与对应圆内调查站位的时间排序：对于出发港i的圆i，共有n个站位在圆i内，进行分组；计算圆i各观测站之间的距离，若两个观测站之间距离相近，且其中一个观测站靠近海岸，另外一个观测站距离海岸相对远，此时这两个观测站为1组，对圆i内所有站位进行分组，获得Ai、Bi、Ci···Xi组；每组内调查站至出发港i用时最短的观测站为Ai1、Bi1、Ci1···Xi1站；其中，i代表出发港编号，1代表是第一批次，用时较长的观测站为Ai2、Bi2、Ci2···Xi2站，其中，i代表出发港编号，2代表是第二批次；
（c）站位调查时序优化：选取其中的Ai1、Bi1、Ci1…Xi1，作为第一批次调查站位；其他站位Ai2、Bi2、Ci2…Xi2，此时i=1、2、3…m为第二批次调查站位；
（d）获取第一批次调查站位开始观测时间：在观测的典型潮期的当天，所有调查船首先前往Ai1、Bi1、Ci1···Xi1号观测站，根据调查船到达Ai1、Bi1、Ci1···Xi1号观测站的时间分配每个调查船的出发时间，出发港至每组内第一批次观测站距离远的调查船先行出发，出发港至每组内第一批次观测站距离近的调查船晚些出发，以确保各调查船在同一时刻到达第一批次观测站；各调查船都就位第一批次观测站后，在统一的整点时刻开始实施所有第一批次调查站位的同步25小时连续海流观测；
（e）获取第一批次调查站位结束时间和第二批次调查站位开始观测时间：在第一批次调查站位Ai1、Bi1、Ci1···Xi1号观测站完成同步25小时海流连续观测后，各调查船按照每组观测站编号对应的第二批次观测站的站号，移位至第二批次调查站位Ai2、Bi2、Ci2···Xi2号观测站，所有调查船就位后，选择在统一的整点时刻开始第二批次调查站位的同步25小时海流连续观测；
（f）获取第二批次调查结束时间：第二批次调查站位Ai2、Bi2、Ci2···Xi2号观测站结束同步25小时海流连续观测后，所有调查船返回出发港，调查人员从观测设备中读取各调查船第一批次和第二批次观测站的海流数据信息，多个批次调查站位的准同步海流连续观测结束；
（g）数据整编：根据各调查站位开始和结束观测时间，选取每个调查站位的海流观测数据；
若对于个别出发港中对应的圆内调查站总数量为奇数，则需要在按照步骤（b）后，对分组后剩余的一个调查站位，单独安排调查船执行观测，在第一批次或者第二批次一同实施观测。
2.一种准同步大规模多站位近岸海流连续观测系统，其特征在于，实施权利要求1所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法，所述准同步大规模多站位近岸海流连续观测系统包括：
第一阶段海流连续观测模块（1），对所有调查站位在时间和空间上进行优化排序，将调查船和观测站位分为两个批次在典型潮期内开展观测，首先将多站位海流连续观测变为25小时内实施一半站位的同步海流连续观测；
第二阶段海流连续观测模块（2），用于第一阶段站位的海流连续观测结束后，各调查船移位到另一半待调查站位实施连续25小时同步海流观测；
第三阶段将2次海流观测的数据进行筛选和整编，筛选出每个站位对应时刻的海流观测数据，得到大规模多站位连续海流观测的各站位海流观测数据。
3.一种如权利要求1所述的准同步大规模多站位近岸海流连续观测方法在周边海域多个站位典型潮期同步的连续海流观测上的应用。
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