RU2192026C2 - Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров - Google Patents
Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров Download PDFInfo
- Publication number
- RU2192026C2 RU2192026C2 RU2000118374/28A RU2000118374A RU2192026C2 RU 2192026 C2 RU2192026 C2 RU 2192026C2 RU 2000118374/28 A RU2000118374/28 A RU 2000118374/28A RU 2000118374 A RU2000118374 A RU 2000118374A RU 2192026 C2 RU2192026 C2 RU 2192026C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layers
- hydrological
- measured parameters
- measurement
- sounding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Использование: при исследованиях океана. Сущность: зондирование производится без ограничения скорости погружения и подъема прибора. Регистрация информации осуществляется постоянно при погружении и подъеме прибора. При первичной обработке получаемой информации производится интерполяция данных, получаемых от измерительных каналов, опрашиваемых поочередно к одному моменту времени за цикл измерения. Осуществляется фильтрация случайных погрешностей. Затем производится вычисление среднего из двух измерений, получаемых на одном горизонте при движении зонда вниз и вверх. Технический результат: сокращение времени, обеспечение достоверности получаемой информации. 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования параметров короткопериодных внутренних волн, возникающих в слоях большими градиентами плотности, турбулентных процессов и ряда других физических задач при проведении наблюдений с борта дрейфующего судна или островного основания.
Известен способ вычисления фактической инерционности измерения температуры и достоверности определения солености в океане с помощью термосолезондов [1] и Программа вычисления океанографических характеристик ("Океан 3") [2]. Разработано и опубликовано "Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях", в котором приведены методики проведения наблюдений гидрологическими зондами в режимах: одноразового зондирования; многоразового зондирования; измерения на одном горизонте; измерения в режиме буксировки [3].
В работе [4] приведены технические характеристики зондирующих, буксируемых и автономных измерительных приборов.
Все перечисленные способы не позволяют устранить динамическую погрешность, возникающую из-за неодновременного (поочередного) опроса измерительных каналов и наличия постоянной времени первичных измерительных преобразований (например, температуры) при зондировании слоев с большими градиентами измеряемых параметров.
Предлагаемый способ исследования предусматривает зондирование слоев с большими градиентами измеряемых параметров без ограничения скорости погружения и подъема прибора с записью информации при движении зонда вниз и вверх.
При первичной обработке информации данный способ предусматривает: интерполяцию данных всех измерительных каналов к одному моменту времени по циклу измерения; фильтрации случайных погрешностей; вычисление среднего значения измеренных параметров на каждом горизонте, получаемых при зондировании вниз и вверх.
Сущность изобретения
В данной заявке решается задача сокращения времени проведения зондирования, исключения динамических погрешностей при измерениях зондом гидрологическим в слоях с большими градиентами измеряемых параметров, расширяется диапазон исследований гидрофизических процессов с использованием методики многократных зондирований зондом гидрологическим.
В данной заявке решается задача сокращения времени проведения зондирования, исключения динамических погрешностей при измерениях зондом гидрологическим в слоях с большими градиентами измеряемых параметров, расширяется диапазон исследований гидрофизических процессов с использованием методики многократных зондирований зондом гидрологическим.
При этом, предложенный способ отличается от ранее используемых методик [4] тем, что позволяет зондировать (опускать и поднимать погружаемое устройство зонда) с большой скоростью, не учитывая величины градиентов измеряемых параметров, проводить повторные (многократные) зондирования с малыми интервалами между ними (единицы, десятки минут), что, в свою очередь, позволяет с использованием данного способа измерения проводить исследования короткотриодных внутренних волн, турбулентных процессов, т.е. проводить эксперименты, ранее для этой измерительной аппаратуры недоступные. Основанием для разработки "Способа измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров" послужили исследования, проведенные автором в различных районах Мирового океана. Проведенные исследования показали, что в отличие от методик измерений гидрологическим зондом, приведенных в работе [4], и с учетом технических возможностей гидрологических зондов, приведенных в работе [3], возможно внедрение в практику работы с зондами гидрологическими нового Способа измерения распределения гидрологических параметров по глубине при зондировании без ограничения скорости движения прибора даже при прохождении им слоев с большими градиентами измеряемых параметров.
В качестве иллюстрации предложенного способа рассмотрим коррекцию динамической погрешности измерения температуры, возникающую из-за инерционности датчика температуры при проведении измерений зондом гидрологическим в слоях с большими градиентами измеряемых параметров и поочередного опроса измерительных каналов, температуры, удельную электрическую проводимость, гидростатического давления и контрольного [3].
Расчет скорректированных показаний проведем по отрезку времени, равному трем циклам измерений τ. Показания канала температуры t(τ) при этом могут быть описаны кривой второго порядка.
t = a0+a1τ+a2τ2; (1)
где a0, a1, a2 - неизвестные коэффициенты.
где a0, a1, a2 - неизвестные коэффициенты.
Показания канала температуры среды описываются дифференциальным уравнением для инерционной системы.
где θ - постоянная времени. Подставив в это уравнение соотношение (1), получаем зависимость изменения температуры воды T в следующем виде:
T = (a0+θa1)+(2a2+a1)τ+a2τ2; (3)
Коэффициенты a0, a1, a2 находятся для ν отрезка времени по известным показаниям датчика из системы уравнений
a0ν = tν,
a0ν+a1νL+a2νL2 = tν+1,
a0ν+2a1νL+4a2νL2 = tν+2; (4)
где L - интервал времени между соседними измерениями. Выражение для текущего скорректированного значения температуры запишем в виде
При этом ближайший момент измерения удельной электропроводности отстоит от момента измерения температуры на 3/4L, то скорректированное значение температуры для участка будет равно
Значение скорректированной температуры соответствует отрезку времени в цикле опроса ν+1, т. е. времени опроса измерительного канала удельной электропроводности. Далее операция повторяется и следующее скорректированное значение температуры получается скользящим сдвигом показаний tν+1, т.е. сдвигается на один цикл измерения.
Измерительный канал удельной электрической проводимости для данной системы измерения можно считать безинерционным. Его постоянная времени равна полупериоду частоты источника питания датчика электропроводности. Для зондов, разработанных в нашей стране f=5000 Гц, т.е. постоянная времени датчика электропроводности равна 0,0001 с.
Привязка показаний канала глубины к моменту измерений удельной электрической проводимости осуществляется при помощи линейной интерполяции.
Полученные значения величин температуры, удельной электропроводности и глубины используется для расчета солености морской воды и других вторичных параметров. Эффективность коррекции динамической погрешности проверялась на Черном море сравнением TS-диаграмм, полученных при опускании и подъеме зонда через слои с большими градиентами измеряемых параметров. На фиг.1 приведена TS-диаграмма, построенная по полученным данным без коррекции динамической погрешности, а на фиг.2, 3 - TS-диаграмма, построенная по скорректированным данным этого же зондирования.
На фиг. 1 наблюдается значительный гистерезис в слоях с большими градиентами измеряемых параметров, при этом ширину петли можно считать равной удвоенной величине погрешности, полученной при данном измерении солености, и лежит в пределах 0,3-0,4%, что на 2 порядка больше статической погрешности. Данные измерений без корректировки динамической погрешности не могут быть использованы для решения задач экспериментальных исследований. Ранее для устранения этого недостатка зондирование проводилось на маленькой скорости опускания [4] прибора 0,1-0,2 м/с и даже с остановкой на глубинах залегания слоев с большими градиентами измеряемых параметров, но при этом возникала еще одна проблема, связанная с бортовой качкой судна, которая соизмерима с такой скоростью опускания прибора и имеет знакопеременный вектор, т.е. прибор практически начинает при опускании или подъеме прибора останавливаться и даже менять направление движения. Это явление исключено при скоростях зондирования более 1 м/с. На фиг. 2 расхождение между данными, полученными при подъеме и опускании прибора с коррекцией динамической погрешности, равна 0,06-0,07%, что практически соответствует точности по солености, полученной в лабораторных условиях. Второй операцией, которую необходимо произвести при измерении зондом гидрологическим в слоях с большими градиентами измеряемых параметров с подъемом и опусканием прибора на большой скорости, является фильтрация возникающих при этом случайных погрешностей измерений. Проанализировав различные типы фильтров, наиболее часто применяющиеся в подобных операциях, мы остановились на двух типах: косинусным фильтром и фильтром скользящего среднего. Опыт обработки информации показал, что из двух этих фильтров предпочтение можно отдать фильтру скользящего среднего.
Алгоритм фильтрации можно представить в виде обычной скользящей линейной комбинации
где SFi - текущее профильтрованное значение;
Si - текущее значение;
Сq - коэффициенты весовой функции фильтра;
l - интервал сглаживания.
где SFi - текущее профильтрованное значение;
Si - текущее значение;
Сq - коэффициенты весовой функции фильтра;
l - интервал сглаживания.
Третьей операцией по исключению динамической погрешности при зондировании слоев с большими градиентами измеряемых параметров является вычисление среднего арифметического двух показаний измерительных каналов на одном горизонте (глубине погружения прибора), полученных при погружении и подъеме погружаемого устройства, уже прошедших две первые операции обработки.
На фиг. 3 приведены TS-диаграммы, построенные по результатам скорректированным, профильтрованным и осредненным. Расхождение между кривыми менее 0,03%, что соответствует точности измерения солености, достигнутой при лабораторных испытаниях в статистическом режиме. Таким образом, разработан и опробирован в экспериментальных исследованиях способ исключения динамической погрешности при измерениях зондирующим прибором в слоях, имеющих большие градиенты измеряемых параметров.
Разработанный способ позволяет: сократить время эксперимента при единичном зондировании; обеспечить достоверность получаемой информации; проводить экспериментальные исследования короткопериодных внутренних волн, возникающих в слоях с большими градиентами измеряемых параметров; проводить повторные зондирования с большой частотой и долговременные наблюдения с целью получения представительных рядов при проведении экспериментов.
Источники информации
1. Федоров К. К. , Прохоров В.И. О фактической инерционности измерения температуры и достоверности определения солености в океане с помощью термосолезондов. - "Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана", 1972.
1. Федоров К. К. , Прохоров В.И. О фактической инерционности измерения температуры и достоверности определения солености в океане с помощью термосолезондов. - "Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана", 1972.
2. Морозов А. Ф. и др. Программа вычисления океанографических характеристик ("Океан-3") - В кн.: "Программы для ЭЦВМ "Минск-22", составленные в Центре океанографических данных в 1969 г. М., Гидрометеоиздат, 1971.
3. Нелепо Б. А., Смирнов Г.В., Шадрин А.Б. Интегрированные системы для гидрофизических исследований. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1990, 237 с.
4. Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1977, 725 с.
Claims (1)
- Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров, отличающийся тем, что зондирование производится без ограничения скорости погружения и подъема прибора для коррекции динамических погрешностей, возникающих при зондировании слоев с большими градиентами измеряемых параметров, запись информации производится непрерывно при погружении и подъеме прибора, при первичной обработке измеряемых данных производится интерполяция показаний всех измерительных каналов к одному моменту времени для цикла измерений, осуществляется фильтрация случайных погрешностей и вычисление среднего двух измерений на одном горизонте, получаемых при зондировании вверх и вниз.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000118374/28A RU2192026C2 (ru) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000118374/28A RU2192026C2 (ru) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000118374A RU2000118374A (ru) | 2002-07-20 |
RU2192026C2 true RU2192026C2 (ru) | 2002-10-27 |
Family
ID=20237657
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000118374/28A RU2192026C2 (ru) | 2000-07-10 | 2000-07-10 | Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2192026C2 (ru) |
-
2000
- 2000-07-10 RU RU2000118374/28A patent/RU2192026C2/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Руководство по гидрологическим работам в океанах и морях, - Л.: Гидрометеоиздат, 1977, с. 585. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Muste et al. | Practical aspects of ADCP data use for quantification of mean river flow characteristics; part I: moving-vessel measurements | |
US6721694B1 (en) | Method and system for representing the depths of the floors of the oceans | |
Wang et al. | Temporal and spatial variations of surf-zone currents and suspended sediment concentration | |
JP4886842B2 (ja) | 海洋環境のための電場センサー装置 | |
Baddock et al. | Early‐stage aeolian protodunes: Bedform development and sand transport dynamics | |
Lane et al. | Measuring fluxes in tidal estuaries: sensitivity to instrumentation and associated data analyses | |
Ridd | A sediment level sensor for erosion and siltation detection | |
Smith et al. | Transient ripples in oscillatory flows | |
RU2192026C2 (ru) | Способ измерения гидрологическим зондом в слоях с большими градиентами измеряемых параметров | |
Thorpe et al. | Estimating internal waves and diapycnal mixing from conventional mooring data in a lake | |
Greenwood et al. | Nearshore Sediment Flux and Bottom Boundary Dynamics the Canadian Coastal Sediment Transport Programme (C-Coast) | |
Lyzenga | Unconstrained inversion of waveheight spectra from SAR images | |
US20170227668A1 (en) | Joint Estimation of Electromagnetic Earth Responses and Ambient Noise | |
Erlingsson | A sensor for measuring erosion and deposition | |
Shen et al. | Surface‐to‐subsurface velocity projection for shallow water currents | |
Arnaud et al. | Use of a resistive rods network to monitor bathymetric evolution in the surf/swash zone | |
Ismail | Effects of wave-current interaction on the design of marine structures | |
CN109101996A (zh) | 一种多类型探测传感器综合观测的海底热液探测方法 | |
Ardani et al. | Optimization of bathymetry estimates for nearshore hydrodynamic models using bayesian methods | |
CN116227207B (zh) | 一种用于水下运动目标尾迹的可见光图像仿真方法及系统 | |
Greene | Deep variability in the Kuroshio Extension | |
US20160238727A1 (en) | Removal of an Estimated Acquisition Effect from a Marine Survey Measurement | |
Vaux | Current measuring in shallow waters by towed electrodes | |
Yolhamid et al. | Sound Velocity Profile (SYP) at Strait of Malacca for Maritime Warfare Usage | |
SU1531045A1 (ru) | Способ измерени параметров верхнего квазиоднородного сло мор с движущегос судна |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070711 |