JP7294983B2 - Wave amplitude statistics calculator - Google Patents
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Description
本開示は、海洋波の波高等の統計値の計算技術に関する。 The present disclosure relates to techniques for calculating statistical values such as wave heights of ocean waves.
海洋波の波高Ｈの統計値（有義波高Ｈ1／３、平均波高Ｈａｖｅ及び最大波高Ｈｍａｘ等。）の計算技術が、特許文献１に開示されている。波高Ｈは、ゼロクロス点間の最大振幅と最小振幅との間の差分である。有義波高Ｈ1／３は、上位１／３の波高Ｈの平均である。平均波高Ｈａｖｅは、全ての波高Ｈの平均である。最大波高Ｈｍａｘは、全ての波高Ｈの最大値である。
ここで、波高Ｈの統計値の計算精度を上げるためには、波高Ｈのサンプリング数を多くする必要がある。そして、波高Ｈのサンプリング数を多くするためには、海洋波の時系列データ期間を長くする必要がある。よって、海況をリアルタイムに計測することが困難であるとともに、ブイ等の波高計測装置で節電することが困難である。 Here, in order to increase the calculation accuracy of the statistical value of the wave height H, it is necessary to increase the number of samples of the wave height H. FIG. In order to increase the number of samplings of wave height H, it is necessary to lengthen the time series data period of ocean waves. Therefore, it is difficult to measure sea conditions in real time, and it is difficult to save power with wave height measuring devices such as buoys.
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、海洋波の波高等の統計値を計算するにあたり、高精度化、リアルタイム性及び低電力化を両立させることを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure aims to achieve both high accuracy, real-time performance, and low power consumption in calculating statistical values such as wave heights of ocean waves.
前記課題を解決するために、海洋波等の振幅Ａが０になってから次に０になるまでの期間より短い周期でもって、海洋波等をサンプリングすることとした。 In order to solve the above-mentioned problem, we decided to sample the ocean waves etc. with a period shorter than the period from when the amplitude A of the ocean waves etc. becomes 0 to when it becomes 0 again.
比較例として、海洋波等の時系列データのサンプリング結果に基づいて、海洋波の瞬時波高Ｈ等の統計値を計算することが考えられる。ここで、比較例の瞬時波高Ｈ等は、｜海洋波振幅Ａ｜×２であり、時系列データのピーク点を反映するとともに、時系列データのゼロクロス点を反映するため、従来技術の波高Ｈ等と大きく異なる。よって、比較例の瞬時波高Ｈ等の統計値は、従来技術の波高Ｈ等の統計値と大きく異なる。 As a comparative example, it is conceivable to calculate statistical values such as instantaneous wave height H of ocean waves based on sampling results of time-series data such as ocean waves. Here, the instantaneous wave height H, etc. of the comparative example is |ocean wave amplitude A|×2, and reflects the peak point of the time-series data and the zero-crossing point of the time-series data. etc. Therefore, the statistical values such as the instantaneous wave height H of the comparative example are significantly different from the statistical values such as the wave height H of the prior art.
本開示として、海洋波等の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、海洋波の瞬時波高Ｈ等の統計値を計算することが考えられる。ここで、本開示の瞬時波高Ｈ等は、包絡線振幅Ａ×２であり、時系列データのピーク点を反映する一方で、時系列データのゼロクロス点を反映しないため、従来技術の波高Ｈ等とほぼ等しくなる。よって、本開示の瞬時波高Ｈ等の統計値は、従来技術の波高Ｈ等の統計値とほぼ等しくなる。 As the present disclosure, it is conceivable to calculate statistical values such as instantaneous wave height H of ocean waves based on sampling results of envelope detection results of ocean waves and the like. Here, the instantaneous wave height H etc. of the present disclosure is the envelope amplitude A × 2, and reflects the peak point of the time series data, but does not reflect the zero crossing point of the time series data. becomes approximately equal to Therefore, the statistical values such as the instantaneous wave height H of the present disclosure are substantially equal to the statistical values such as the wave height H of the prior art.
具体的には、本開示は、ランダムな方向及び周波数の複数波の合成波を包絡線検波する包絡線検波部と、前記合成波の振幅が０になってから次に０になるまでの期間より短い周期でもって、前記合成波の包絡線検波結果をサンプリングするサンプリング部と、前記包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、前記合成波の振幅の有義値、平均値及び最大値の少なくともいずれかを含む統計値を計算する統計値計算部と、を備えることを特徴とする波動振幅統計値計算装置である。 Specifically, the present disclosure includes an envelope detection unit that performs envelope detection of a composite wave of multiple waves in random directions and frequencies, and a period from when the amplitude of the composite wave becomes 0 to when it becomes 0 again. a sampling unit that samples the envelope detection result of the composite wave at a shorter period; and a statistical value calculation unit for calculating a statistical value including any of the wave amplitude statistical value calculation devices.
この構成によれば、海洋波の瞬時波高Ｈ（従来技術の波高Ｈとほぼ等しい。）等の統計値を計算するにあたり、高精度化、リアルタイム性及び低電力化を両立させることができる。なお、本開示は、海洋波のみならず、地震波及び心拍波等に適用することができる。 According to this configuration, in calculating statistical values such as the instantaneous wave height H of ocean waves (substantially equal to the wave height H of the conventional technology), it is possible to achieve both high accuracy, real-time performance, and low power consumption. Note that the present disclosure can be applied not only to ocean waves, but also to seismic waves, heartbeat waves, and the like.
また、本開示は、前記包絡線検波部は、前記合成波をヒルベルト変換したうえで、ヒルベルト変換前後の前記合成波の２乗和の平方根を計算することにより、前記合成波を包絡線検波することを特徴とする波動振幅統計値計算装置である。 Further, in the present disclosure, the envelope detection unit performs Hilbert transform on the composite wave, and then calculates the square root of the sum of squares of the composite wave before and after the Hilbert transform, thereby performing envelope detection on the composite wave. It is a wave amplitude statistical value calculation device characterized by:
この構成によれば、海洋波等の時系列データが激しく時間変化するときでも、上記の２乗和の平方根は緩やかに時間変化するため、海洋波等を確実に包絡線検波することができる。なお、本開示は、海洋波のみならず、地震波及び心拍波等に適用することができる。 According to this configuration, even when the time-series data of ocean waves or the like changes drastically over time, the square root of the sum of squares changes gradually over time, so that the envelope detection of ocean waves or the like can be reliably performed. Note that the present disclosure can be applied not only to ocean waves, but also to seismic waves, heartbeat waves, and the like.
また、本開示は、前記統計値計算部は、前記合成波としての海洋波の擬似有義波高、擬似平均波高及び擬似最大波高の少なくともいずれかを含む擬似波高統計値を計算することを特徴とする波動振幅統計値計算装置である。 Further, in the present disclosure, the statistical value calculation unit calculates a pseudo wave height statistical value including at least one of a pseudo significant wave height, a pseudo average wave height, and a pseudo maximum wave height of the ocean wave as the composite wave. It is a wave amplitude statistic calculator.
この構成によれば、海洋波の瞬時波高Ｈ（従来技術の波高Ｈとほぼ等しい。）の統計値を計算するにあたり、高精度化、リアルタイム性及び低電力化を両立させることができる。 According to this configuration, in calculating the statistical value of the instantaneous wave height H of ocean waves (substantially equal to the wave height H of the conventional technology), it is possible to achieve both high accuracy, real-time performance, and low power consumption.
また、本開示は、前記統計値計算部は、前記包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、ヒストグラムを作成することにより、前記海洋波の擬似有義波高を計算することを特徴とする波動振幅統計値計算装置である。 Further, in the present disclosure, the statistical value calculation unit calculates the pseudo significant wave height of the ocean wave by creating a histogram based on the sampling result of the envelope detection result. It is a statistics calculator.
この構成によれば、従来技術の有義波高Ｈ１／３の定義に倣って、瞬時波高Ｈのヒストグラムを作成することにより、擬似有義波高Ｈ１／３を確実に計算することができる。 According to this configuration, the pseudo significant wave height H 1/3 can be reliably calculated by creating a histogram of the instantaneous wave height H following the definition of the significant wave height H 1/3 in the prior art.
また、本開示は、前記統計値計算部は、前記包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、前記海洋波の擬似平均波高に所定係数を乗算することにより、前記海洋波の擬似有義波高を計算することを特徴とする波動振幅統計値計算装置である。 Further, according to the present disclosure, the statistical value calculation unit multiplies the pseudo-mean wave height of the ocean wave by a predetermined coefficient based on the sampling result of the envelope detection result to obtain the pseudo-significant wave height of the ocean wave. A wave amplitude statistic value calculation device characterized by:
この構成によれば、従来技術の有義波高Ｈ１／３の定義に倣って、瞬時波高Ｈのヒストグラムを作成するまでもなく、擬似有義波高Ｈ１／３を簡便に計算することができる。 According to this configuration, the pseudo significant wave height H 1/3 can be easily calculated without creating a histogram of the instantaneous wave height H following the definition of the significant wave height H 1/3 in the prior art. .
また、本開示は、前記統計値計算部が、前記擬似波高統計値の計算結果に補正係数を乗算することにより、前記擬似波高統計値の補正値を計算するにあたり、前記補正係数は、前記統計値計算部による前記擬似波高統計値の過去の計算結果に対する、ゼロ・アップ・クロス法又はゼロ・ダウン・クロス法による波高統計値の過去の計算結果の比率に設定されることを特徴とする波動振幅統計値計算装置である。 Further, in the present disclosure, when the statistical value calculation unit calculates the correction value of the pseudo wave height statistical value by multiplying the calculation result of the pseudo wave height statistical value by a correction coefficient, the correction coefficient is the statistical value A wave characterized by being set to a ratio of the past calculation result of the quasi-wave height statistic value by the value calculation unit to the past calculation result of the quasi-wave height statistic value by the zero-up-cross method or the zero-down-cross method. An amplitude statistics calculator.
ここで、本開示の瞬時波高Ｈの定義は、従来技術の波高Ｈの定義と異なる。よって、本開示の擬似波高統計値は、従来技術の波高統計値と若干異なる。しかし、従来技術の波高統計値を本来の定義値としたうえで、本開示の擬似波高統計値を補正することができる。 Here, the definition of the instantaneous wave height H of the present disclosure differs from the definition of the wave height H of the prior art. Thus, the pseudo pulse-height statistics of the present disclosure are slightly different from the pulse-height statistics of the prior art. However, the pseudo pulse height statistic value of the present disclosure can be corrected with the conventional pulse height statistic value as the original definition value.
このように、本開示は、海洋波の波高等の統計値を計算するにあたり、高精度化、リアルタイム性及び低電力化を両立させることができる。 In this way, the present disclosure can achieve both high accuracy, real-time performance, and low power consumption in calculating statistical values such as wave heights of ocean waves.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of implementing the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
（従来技術、比較例及び本開示の比較）
従来技術の波高統計値の計算方法を図１に示す。比較例の擬似波高統計値の計算方法を図２に示す。本開示の擬似波高統計値の計算方法を図３に示す。
(Comparison of prior art, comparative examples and present disclosure)
FIG. 1 shows a method of calculating the pulse height statistics of the prior art. FIG. 2 shows the calculation method of the pseudo wave height statistic value of the comparative example. FIG. 3 shows the method of calculating pseudo pulse height statistics of the present disclosure.
図１に示した従来技術では、海洋波の振幅Ａが０になってから次に０になるまでの期間内において、ゼロクロス点間の最大振幅と最小振幅との間の差分を波高Ｈとする。よって、統計対象期間ｔｍを長くしても、サンプリング数ｍを多くすることができない。 In the prior art shown in FIG. 1, the wave height H is the difference between the maximum amplitude and the minimum amplitude between the zero crossing points within the period from when the amplitude A of the ocean wave becomes 0 to when it becomes 0 again. . Therefore, even if the statistical target period tm is lengthened, the sampling number m cannot be increased.
ここで、海洋波は、ランダムな方向及び周波数の複数波の合成波である。よって、波高Ｈ１～Ｈｍのヒストグラムは、レイリー分布に近づく。本来の定義の有義波高Ｈ1／３は、上位１／３の波高Ｈの平均である。本来の定義の平均波高Ｈａｖｅは、全ての波高Ｈの平均である。本来の定義の最大波高Ｈｍａｘは、全ての波高Ｈの最大値である。 Here, ocean waves are composite waves of multiple waves with random directions and frequencies. Therefore, the histogram of wave heights H 1 to H m approaches a Rayleigh distribution. The original definition of significant wave height H 1/3 is the average of the wave heights H of the top third. The original definition of the average wave height H ave is the average of all wave heights H. The original definition of maximum wave height H max is the maximum value of all wave heights H.
図２に示した比較例では、海洋波の振幅Ａが０になってから次に０になるまでの期間より短い周期でもって、海洋波の時系列データをサンプリングする。よって、統計対象期間ｔｎを短くしても、サンプリング数ｎを多くすることができる。 In the comparative example shown in FIG. 2, time-series data of ocean waves are sampled at a period shorter than the period from when the amplitude A of the ocean waves becomes 0 to when it becomes 0 again. Therefore, even if the statistical target period tn is shortened, the sampling number n can be increased.
そして、海洋波の時系列データのサンプリング結果に基づいて、海洋波の瞬時波高Ｈの統計値を計算する。ここで、比較例の瞬時波高Ｈは、｜海洋波振幅Ａ｜×２であり、時系列データのピーク点を反映するとともに、時系列データのゼロクロス点を反映するため、従来技術の波高Ｈと大きく異なる。よって、比較例の瞬時波高Ｈの統計値は、従来技術の波高Ｈの統計値と大きく異なる。そして、比較例の瞬時波高Ｈ１～Ｈｎのヒストグラムは、レイリー分布から遠ざかる。つまり、比較例の擬似有義波高Ｈ1／３、擬似平均波高Ｈａｖｅ及び擬似最大波高Ｈｍａｘは、それぞれ、従来技術の本来の定義の有義波高Ｈ1／３、平均波高Ｈａｖｅ及び最大波高Ｈｍａｘと大きく異なる。そこで、図２に示した比較例を採用しない。 Then, the statistic value of the instantaneous wave height H of the ocean wave is calculated based on the sampling result of the time-series data of the ocean wave. Here, the instantaneous wave height H of the comparative example is |ocean wave amplitude A|×2, and reflects the peak point of the time-series data and the zero-crossing point of the time-series data. to differ greatly. Therefore, the statistic value of the instantaneous wave height H of the comparative example is significantly different from the statistic value of the wave height H of the prior art. Then, the histograms of the instantaneous wave heights H 1 to H n of the comparative example move away from the Rayleigh distribution. That is, the pseudo significant wave height H 1/3 , the pseudo average wave height H ave and the pseudo maximum wave height H max of the comparative example are the original definitions of the prior art significant wave height H 1/3 , the average wave height H ave and the maximum It differs greatly from the wave height H max . Therefore, the comparative example shown in FIG. 2 is not adopted.
図３に示した本開示では、海洋波の振幅Ａが０になってから次に０になるまでの期間より短い周期でもって、海洋波の包絡線検波結果をサンプリングする。よって、統計対象期間ｔｎを短くしても、サンプリング数ｎを多くすることができる。 In the present disclosure shown in FIG. 3, the envelope detection result of the ocean wave is sampled at a period shorter than the period from when the amplitude A of the ocean wave becomes 0 to when it becomes 0 again. Therefore, even if the statistical target period tn is shortened, the sampling number n can be increased.
そして、海洋波の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、海洋波の瞬時波高Ｈの統計値を計算する。ここで、本開示の瞬時波高Ｈは、包絡線振幅Ａ×２であり、時系列データのピーク点を反映する一方で、時系列データのゼロクロス点を反映しないため、従来技術の波高Ｈとほぼ等しくなる。よって、本開示の瞬時波高Ｈの統計値は、従来技術の波高Ｈの統計値とほぼ等しくなる。そして、本開示の瞬時波高Ｈ１～Ｈｎのヒストグラムは、レイリー分布に近づく。つまり、本開示の擬似有義波高Ｈ1／３、擬似平均波高Ｈａｖｅ及び擬似最大波高Ｈｍａｘは、それぞれ、従来技術の本来の定義の有義波高Ｈ1／３、平均波高Ｈａｖｅ及び最大波高Ｈｍａｘとほぼ等しくなる。そこで、図３に示した本開示を採用する。 Then, the statistic value of the instantaneous wave height H of the ocean wave is calculated based on the sampling result of the envelope detection result of the ocean wave. Here, the instantaneous wave height H of the present disclosure is the envelope amplitude A × 2, and reflects the peak point of the time-series data, but does not reflect the zero-crossing point of the time-series data. be equal. Thus, the instantaneous wave height H statistics of the present disclosure are approximately equal to the wave height H statistics of the prior art. And the histogram of the instantaneous wave heights H 1 to H n of the present disclosure approaches the Rayleigh distribution. That is, the pseudo significant wave height H 1/3 , the pseudo average wave height H ave and the pseudo maximum wave height H max of the present disclosure are respectively the original definitions of the significant wave height H 1/3 , the average wave height H ave and the maximum wave height H ave of the prior art. almost equal to the wave height H max . Therefore, the present disclosure shown in FIG. 3 is adopted.
（本開示の擬似波高統計値の計算方法）
本開示のブイを利用する波高計算方法を図４に示す。本開示の波動振幅統計値計算装置の構成を図５に示す。本開示の波動振幅統計値計算処理の手順を図６に示す。
(Method for calculating pseudo wave height statistics of the present disclosure)
A wave height calculation method utilizing the buoys of the present disclosure is illustrated in FIG. FIG. 5 shows the configuration of the wave amplitude statistical value calculation device of the present disclosure. FIG. 6 shows the procedure of the wave amplitude statistical value calculation process of the present disclosure.
波動振幅統計値計算装置Ｗは、ブイＢの加速度センサＡを利用して計測された重力方向の加速度に基づいて、ブイＢが存在する位置の海洋波の時系列データを計算する。図４の上段では、波動振幅統計値計算装置Ｗは、ブイＢに搭載されず、ブイＢと無線通信する。図４の下段では、波動振幅統計値計算装置Ｗは、ブイＢに搭載される。 The wave amplitude statistical value calculator W calculates time-series data of ocean waves at the position where the buoy B is located based on the acceleration in the direction of gravity measured using the acceleration sensor A of the buoy B. In the upper part of FIG. 4, the wave amplitude statistic calculator W is not mounted on the buoy B and communicates with it wirelessly. At the bottom of FIG. 4, the wave amplitude statistics calculator W is mounted on a buoy B. In FIG.
波動振幅統計値計算装置Ｗは、包絡線検波部１、サンプリング部２及び統計値計算部３を備え、図６に示すプログラムをコンピュータにインストールして実現可能である。
The wave amplitude statistical value calculator W includes an
包絡線検波部１は、海洋波を包絡線検波する（図６のステップＳ１、図３の上段。）。サンプリング部２は、海洋波の振幅Ａが０になってから次に０になるまでの期間より短い周期でもって、海洋波の包絡線検波結果をサンプリングする（図６のステップＳ２、図３の上段。）。統計値計算部３は、海洋波の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、海洋波の擬似有義波高Ｈ1／３、擬似平均波高Ｈａｖｅ及び擬似最大波高Ｈｍａｘの少なくともいずれかを含む擬似波高統計値を計算する（図６のステップＳ３、図３の下段。）。
The
このように、海洋波の瞬時波高Ｈ（従来技術の波高Ｈとほぼ等しい。）の統計値を計算するにあたり、高精度化、リアルタイム性及び低電力化を両立させることができる。 Thus, in calculating the statistical value of the instantaneous wave height H of ocean waves (almost equal to the wave height H of the prior art), it is possible to achieve both high accuracy, real-time performance, and low power consumption.
本開示の包絡線検波処理の手順を図７に示す。包絡線検波部１は、海洋波をヒルベルト変換したうえで、ヒルベルト変換前後の海洋波の２乗和の平方根を計算することにより、海洋波を包絡線検波する（図６のステップＳ１、図３の上段。）。
FIG. 7 shows the procedure of envelope detection processing according to the present disclosure.
図７の上段では、ヒルベルト変換前の海洋波の時系列データを示す。ヒルベルト変換前の海洋波の時系列データは、２種類の周波数の複数波の合成波である。 The upper part of FIG. 7 shows time-series data of ocean waves before the Hilbert transform. Time-series data of ocean waves before the Hilbert transform is a composite wave of multiple waves of two types of frequencies.
図７の中段では、ヒルベルト変換後の海洋波の時系列データを示す。ヒルベルト変換後の海洋波の時系列データは、各成分波の直交波（π／２移相。）の合成波である。 The middle part of FIG. 7 shows time-series data of ocean waves after the Hilbert transform. The time-series data of ocean waves after the Hilbert transform is a composite wave of orthogonal waves (π/2 phase shift) of each component wave.
図７の下段では、上記の２乗和の平方根としての包絡線検波結果を示す。ヒルベルト変換前の海洋波の時系列データが、包絡線検波されていることが分かる。 The lower part of FIG. 7 shows the result of envelope detection as the square root of the sum of squares. It can be seen that the time-series data of the ocean waves before the Hilbert transform are envelope-detected.
このように、海洋波の時系列データが激しく時間変化するときでも、上記の２乗和の平方根は緩やかに時間変化するため、海洋波を確実に包絡線検波することができる。 In this way, even when the time-series data of ocean waves change drastically over time, the square root of the sum of squares changes slowly over time, so that envelope detection of ocean waves can be reliably performed.
本開示の擬似波高統計値の計算結果を図８に示す。本開示では、統計値計算部３は、海洋波の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、ヒストグラムを作成することにより、海洋波の擬似有義波高Ｈ1／３を計算する（図６のステップＳ３、図３の下段。）。
FIG. 8 shows the calculation result of the pseudo pulse height statistics of the present disclosure. In the present disclosure, the statistical
図８の上段では、海洋波の時系列データを示す。図８の中段では、海洋波の包絡線検波結果を示す。図８の下段では、海洋波の瞬時波高Ｈのヒストグラムを示す。 The upper part of FIG. 8 shows time-series data of ocean waves. The middle part of FIG. 8 shows the results of envelope detection of ocean waves. The lower part of FIG. 8 shows a histogram of instantaneous wave heights H of ocean waves.
海洋波の瞬時波高Ｈのヒストグラムは、レイリー分布に近くなった。本開示の擬似有義波高Ｈ1／３、擬似平均波高Ｈａｖｅ及び擬似最大波高Ｈｍａｘは、それぞれ、９０．４ｃｍ、５６．３ｃｍ及び１６０ｃｍ台であり（図１０を参照。）、従来技術の有義波高Ｈ1／３、平均波高Ｈａｖｅ及び最大波高Ｈｍａｘとほぼ等しかった（図９及び図１０を参照。）。 Histograms of instantaneous wave heights H of ocean waves are close to Rayleigh distribution. The pseudo significant wave height H 1/3 , the pseudo average wave height H ave and the pseudo maximum wave height H max of the present disclosure are on the order of 90.4 cm, 56.3 cm and 160 cm, respectively (see FIG. 10). Significant wave height H 1/3 , mean wave height H ave and maximum wave height H max were approximately equal (see FIGS. 9 and 10).
なお、サンプリング周期は、０．００５秒であったため、時系列データ期間が、８１．９２秒の短時間であっても、サンプリング数は、１６３８４個の多さになった。 Since the sampling period was 0.005 seconds, the number of samples was as large as 16384 even though the time-series data period was as short as 81.92 seconds.
従来技術の波高統計値の計算結果を図９に示す。従来技術では、海洋波の時系列データに対するゼロ・アップ・クロス法又はゼロ・ダウン・クロス法に基づいて、ヒストグラムを作成することにより、海洋波の有義波高Ｈ1／３を計算する。 FIG. 9 shows the calculation result of the pulse height statistics of the conventional technique. In the prior art, the significant wave height H 1/3 of ocean waves is calculated by creating a histogram based on the zero-up-cross method or the zero-down-cross method for time-series data of ocean waves.
図９の上段では、海洋波の時系列データを示す。図９の中段では、ゼロ・アップ・クロス法結果を示す。図９の下段では、海洋波の波高Ｈのヒストグラムを示す。 The upper part of FIG. 9 shows time-series data of ocean waves. The middle part of FIG. 9 shows the result of the zero-up-cross method. The lower part of FIG. 9 shows a histogram of wave heights H of ocean waves.
海洋波の波高Ｈのヒストグラムは、レイリー分布に近くなった。従来技術の有義波高Ｈ1／３、平均波高Ｈａｖｅ及び最大波高Ｈｍａｘは、それぞれ、８７．８ｃｍ、５３．４ｃｍ及び１５０ｃｍ台であり（図１０を参照。）、本開示の擬似有義波高Ｈ1／３、擬似平均波高Ｈａｖｅ及び擬似最大波高Ｈｍａｘとほぼ等しかった（図８及び図１０を参照。）。 Histograms of wave height H of ocean waves are close to Rayleigh distribution. The significant wave height H 1/3 , average wave height H ave and maximum wave height H max of the prior art are on the order of 87.8 cm, 53.4 cm and 150 cm, respectively (see FIG. 10), and the pseudo significant wave height of the present disclosure It was substantially equal to the wave height H 1/3 , the pseudo-average wave height H ave and the pseudo-maximum wave height H max (see FIGS. 8 and 10).
なお、海洋波の周期は、約１０秒であったため、時系列データ期間が、２０分程度の長時間であっても、サンプリング数は、１００個程度の少なさになった。 Since the cycle of ocean waves was about 10 seconds, the number of samples was as small as about 100 even if the time-series data period was as long as about 20 minutes.
このように、従来技術の有義波高Ｈ１／３の定義に倣って、瞬時波高Ｈのヒストグラムを作成することにより、擬似有義波高Ｈ１／３を確実に計算することができる。 Thus, the pseudo significant wave height H 1/3 can be reliably calculated by creating a histogram of the instantaneous wave height H following the definition of the significant wave height H 1/3 in the prior art.
本開示の擬似波高統計値の補正方法を図１０に示す。図８で上述したように、本開示の擬似有義波高Ｈ1／３及び擬似平均波高Ｈａｖｅの過去の計算結果は、それぞれ、９０．４ｃｍ及び５６．３ｃｍであった。図９で上述したように、従来技術の有義波高Ｈ1／３及び平均波高Ｈａｖｅの過去の計算結果は、それぞれ、８７．８ｃｍ及び５３．４ｃｍであった。 FIG. 10 shows a method of correcting pseudo pulse height statistics according to the present disclosure. As described above in FIG. 8, past calculations of the quasi-significant wave height H 1/3 and quasi-average wave height H ave of the present disclosure were 90.4 cm and 56.3 cm, respectively. As described above in FIG. 9, the prior art calculated significant wave height H 1/3 and mean wave height H ave were 87.8 cm and 53.4 cm, respectively.
本開示の擬似有義波高Ｈ1／３の過去の計算結果は、本開示の擬似平均波高Ｈａｖｅの過去の計算結果の１．６１倍であった。つまり、本開示の瞬時波高Ｈのヒストグラムが、レイリー分布に近くなったことを反映した。従来技術の有義波高Ｈ1／３の過去の計算結果は、従来技術の平均波高Ｈａｖｅの過去の計算結果の１．６４倍であった。つまり、従来技術の波高Ｈのヒストグラムが、レイリー分布に近くなったことを反映した。 The past calculation of the presently disclosed quasi-significant wave height H 1/3 was 1.61 times the presently disclosed quasi-average wave height H ave . In other words, the histogram of the instantaneous wave height H of the present disclosure reflected the closeness to the Rayleigh distribution. The past calculation of the prior art significant wave height H 1/3 was 1.64 times the previous calculation of the prior art mean wave height H ave . In other words, it reflects that the histogram of the wave height H of the prior art became closer to the Rayleigh distribution.
そこで、統計値計算部３は、海洋波の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、海洋波の擬似平均波高Ｈａｖｅに所定係数（図１０では、約１．６。）を乗算することにより、海洋波の擬似有義波高Ｈ1／３を計算してもよい（図６のステップＳ３、図３の下段。）。
Therefore, the
このように、従来技術の有義波高Ｈ１／３の定義に倣って、瞬時波高Ｈのヒストグラムを作成するまでもなく、擬似有義波高Ｈ１／３を簡便に計算することができる。 In this way, the pseudo significant wave height H 1/3 can be easily calculated without creating a histogram of the instantaneous wave height H following the definition of the significant wave height H 1/3 in the prior art.
従来技術の有義波高Ｈ1／３の過去の計算結果は、本開示の擬似有義波高Ｈ1／３の過去の計算結果の０．９７倍であった。従来技術の平均波高Ｈａｖｅの過去の計算結果は、本開示の擬似平均波高Ｈａｖｅの過去の計算結果の０．９５倍であった。つまり、本開示の瞬時波高Ｈのヒストグラムが、従来技術の波高Ｈのヒストグラムに近くなったことを反映した。 The prior art significant wave height H 1/3 was historically calculated to be 0.97 times the pseudo significant wave height H 1/3 of the present disclosure. The past calculation result of the average wave height H ave of the prior art was 0.95 times the past calculation result of the pseudo-average wave height H ave of the present disclosure. That is, it reflected that the histogram of the instantaneous wave height H of the present disclosure became close to the histogram of the wave height H of the prior art.
そこで、統計値計算部３は、擬似波高統計値の計算結果に補正係数を乗算することにより、擬似波高統計値の補正値を計算してもよい（図６のステップＳ３、図３の下段。）。ここで、上記の補正係数は、統計値計算部３による擬似波高統計値の過去の計算結果に対する、ゼロ・アップ・クロス法又はゼロ・ダウン・クロス法による波高統計値の過去の計算結果の比率（図１０では、０．９７又は０．９５。）に設定されればよい。
Therefore, the
このように、本開示の瞬時波高Ｈの定義が、従来技術の波高Ｈの定義と異なるため、本開示の擬似波高統計値が、従来技術の波高統計値と若干異なっても、従来技術の波高統計値を本来の定義値としたうえで、本開示の擬似波高統計値を補正することができる。 Thus, since the definition of the instantaneous wave height H of the present disclosure is different from the definition of the wave height H of the prior art, even if the quasi-wave height statistic of the present disclosure is slightly different from the wave height statistic of the prior art, the wave height of the prior art The pseudo-wave-height statistic value of the present disclosure can be corrected while the statistic value is the original definition value.
（上記の実施形態に対する変形例）
本実施形態では、包絡線検波部１は、海洋波を包絡線検波する。変形例として、包絡線検波部１は、ランダムな方向及び周波数の複数波の合成波を包絡線検波してもよい。ここで、ランダムな方向及び周波数の複数波の合成波として、地震波及び心拍波等がある。
(Modification to above embodiment)
In this embodiment, the
本実施形態では、統計値計算部３は、海洋波の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、海洋波の擬似有義波高Ｈ1／３、擬似平均波高Ｈａｖｅ及び擬似最大波高Ｈｍａｘの少なくともいずれかを含む擬似波高統計値を計算する。変形例として、統計値計算部３は、合成波の包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、合成波の振幅の有義値、平均値及び最大値の少なくともいずれかを含む統計値を計算してもよい。
In the present embodiment, the
本実施形態では、加速度センサＡは、海面に浮かぶブイＢに搭載される。変形例として、加速度センサＡは、船員が有する携帯端末に搭載されてもよい。 In this embodiment, the acceleration sensor A is mounted on a buoy B floating on the sea surface. As a modification, the acceleration sensor A may be mounted on a mobile terminal owned by a sailor.
ここで、船員が有する携帯端末では、海面に浮かぶブイＢと比べて、破損及び盗難を被りにくく、メンテナンスの投資を要さないで、センサ台数を多くすることができる。そして、船員が有する携帯端末では、海面に浮かぶブイＢと比べて、バッテリ容量が小さく、配置方向が揺れるが、それゆえに、本開示の短時間の波高計測が有利になる。 Here, the portable terminal owned by the sailor is less likely to be damaged or stolen than the buoy B floating on the surface of the sea, and the number of sensors can be increased without requiring investment in maintenance. In addition, the portable terminal possessed by the sailor has a smaller battery capacity than the buoy B floating on the sea surface, and the arrangement direction is swayed. Therefore, the short-time wave height measurement of the present disclosure is advantageous.
本開示の波動振幅統計値計算装置は、海洋波の瞬時波高Ｈ（従来技術の波高Ｈとほぼ等しい。）等の統計値を計算するにあたり、高精度化、リアルタイム性及び低電力化を両立させることができ、海洋波のみならず、地震波及び心拍波等に適用することができる。 The wave amplitude statistical value calculation device of the present disclosure achieves both high accuracy, real-time performance, and low power consumption in calculating statistical values such as the instantaneous wave height H of ocean waves (almost equal to the wave height H of the conventional technology). It can be applied not only to ocean waves, but also to seismic waves, heartbeat waves, and the like.
Ｂ：ブイ
Ａ：加速度センサ
Ｗ：波動振幅統計値計算装置
１：包絡線検波部
２：サンプリング部
３：統計値計算部
B: Buoy A: Acceleration sensor W: Wave amplitude statistical value calculator 1: Envelope detector 2: Sampling unit 3: Statistical value calculator
Claims (6)
前記合成波の振幅が０になってから次に０になるまでの期間より短い周期でもって、前記合成波の包絡線検波結果をサンプリングするサンプリング部と、
前記包絡線検波結果のサンプリング結果に基づいて、前記合成波の振幅の有義値、平均値及び最大値の少なくともいずれかを含む統計値を計算する統計値計算部と、
を備えることを特徴とする波動振幅統計値計算装置。 an envelope detector for envelope-detecting a composite wave of multiple waves with random directions and frequencies;
a sampling unit for sampling the result of envelope detection of the composite wave at a period shorter than a period from when the amplitude of the composite wave becomes 0 to when it becomes 0 again;
a statistic value calculation unit that calculates a statistic value including at least one of a significant value, an average value and a maximum value of the amplitude of the composite wave based on the sampling result of the envelope detection result;
A wave amplitude statistical value calculation device comprising:
ことを特徴とする、請求項１に記載の波動振幅統計値計算装置。 The envelope detection unit performs Hilbert transform on the composite wave, and then calculates the square root of the sum of squares of the composite wave before and after the Hilbert transform, thereby performing envelope detection on the composite wave. The wave amplitude statistical value calculation device according to claim 1.
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の波動振幅統計値計算装置。 The statistical value calculation unit calculates a pseudo wave height statistical value including at least one of a pseudo significant wave height, a pseudo average wave height, and a pseudo maximum wave height of the ocean wave as the composite wave. 3. The wave amplitude statistical value calculation device according to 2.
ことを特徴とする、請求項３に記載の波動振幅統計値計算装置。 The wave motion according to claim 3, wherein the statistical value calculator calculates the pseudo significant wave height of the ocean wave by creating a histogram based on the sampling result of the envelope detection result. Amplitude statistics calculator.
ことを特徴とする、請求項３に記載の波動振幅統計値計算装置。 The statistical value calculation unit calculates the pseudo significant wave height of the ocean wave by multiplying the pseudo average wave height of the ocean wave by a predetermined coefficient based on the sampling result of the envelope detection result. The wave amplitude statistic value calculation device according to claim 3, wherein
ことを特徴とする、請求項３から５のいずれかに記載の波動振幅統計値計算装置。 When the statistical value calculation unit calculates the correction value of the pseudo wave height statistical value by multiplying the calculation result of the pseudo wave height statistical value by a correction coefficient, the correction coefficient is the pseudo wave height statistical value calculated by the statistical value calculation unit. It is set to the ratio of the past calculation result of the wave height statistic value by the zero up cross method or the zero down cross method to the past calculation result of the wave height statistic value. A wave amplitude statistical value calculation device according to any one of the above.
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