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卡尔曼滤波在海洋浮标数据预处理中的应用

广东海洋大学学报 2024年第1期44卷 118-124页

作者：张新文林冠英刘同木周保成自然资源部南海调查中心广东广州510300 自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室广东广州510300

【目的】优化自动化数据预处理方法,以提高海洋浮标数据质量。【方法】结合海洋浮标数据特征,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波自动化数据预处理方法,该方法通过箱型图进行异常值的检测,并采用方差受限的方法解决测量噪声导致的滤波发... 详细信息

【目的】优化自动化数据预处理方法,以提高海洋浮标数据质量。【方法】结合海洋浮标数据特征,提出了一种改进的自适应卡尔曼滤波自动化数据预处理方法,该方法通过箱型图进行异常值的检测,并采用方差受限的方法解决测量噪声导致的滤波发散问题。【结果与结论】海上工程应用和仿真实验结果表明,改进的算法计算开销低且不影响浮标系统的正常采集和数据融合工作,浮标数据采集率达100%,云数据中心数据接收率达97%。浮标采集的原始数据经过异常值修正和滤波降噪处理后,数据曲线更为平滑且符合随时间序列变化的规律,数据预处理效果良好。

关键词：海洋浮标数据预处理箱形图法卡尔曼滤波算法方差受限

基于波浪能俘获的海洋浮标发电装置设计及发电性能研究

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基于波浪能俘获的海洋浮标发电装置设计及发电性能研究

作者：代航舵西安理工大学

学位级别：硕士

海洋浮标作为海洋监测仪器之一,是开展海上监测的重要工具,它可以收集有关海面或地下温度、波浪周期和高度以及风速和风向等变量的数据。随着浮标的各项功能增强,传统的供电方式难以满足如今浮标的用电需求。波浪能作为一种分布良好、... 详细信息

海洋浮标作为海洋监测仪器之一,是开展海上监测的重要工具,它可以收集有关海面或地下温度、波浪周期和高度以及风速和风向等变量的数据。随着浮标的各项功能增强,传统的供电方式难以满足如今浮标的用电需求。波浪能作为一种分布良好、持久且丰富的海洋资源,能够使得浮标产生垂荡和摇摆的运动能量,可以为海洋浮标提供足够的动力。本文以海洋浮标为研究对象,将其垂荡和纵摇两种运动能量俘获,提出了一种利用波浪能的新型发电装置,并研究了发电系统动力学响应及发电特性。主要工作如下:(1)基于浮标垂荡和纵摇的两种运动形式,设计了以垂荡和纵摇为输入,发电机转子为输出的装置,并阐明了该装置的能量转换原理。对轮系部分进行功率流分析和传动效率分析,确定了单向轴承的安装方向和各齿轮的参数以及发电机转速同垂荡、纵摇运动输入端转速的关系。(2)基于波浪理论及拉格朗日定理等相关力学理论,对海洋浮标发电装置进行了运动分析及动力学建模。首先是对浮标内部的垂荡运动转化为单向转动的传动结构、摆球运动结构以及纵摇运动转化为单向转动的传动结构分别进行了动力学分析,根据单向轴承的运动特性,推导出垂荡和纵摇传动结构的四种运动状态,分别为结合-分离、分离-结合、结合-结合和分离-分离形式。最后将波浪运动视为简谐运动,同内部传动结构结合建立浮标垂荡纵摇耦合动力学方程。(3)分析了不同波浪激励情况下发电装置的动力学响应及发电特性。首先采用Ansys软件得到了浮标不同波浪周期下的附加质量、辐射阻尼、一阶波浪力和幅值响应算子等水动力参数,将其带入到浮标垂荡纵摇耦合动力学方程中求解,获得了发电系统动力学响应,分析了波浪周期、浮标锥形角度、波浪幅值和单向轴承对浮标垂荡、纵摇和发电功率的影响。结果表明:在相同条件下,锥形角度越小的浮标平均发电功率越大;浮标在波浪周期为2.3s时发电功率达到峰值,与水动力参数中的幅值响应算子曲线图对照,发现是波浪周期接近浮标固有周期所影响的,导致浮标的运动更加剧烈;随着波浪激励幅值的增大,垂荡和纵摇的运动幅值均增大,发电功率也在持续增加;安装单向轴承比未安装单向轴承输出轴转速更高更平稳,前者比后者效率提高约15.8%。

关键词：海洋浮标波浪能差动轮系功率流垂荡纵摇耦合

他把论文写在祖国的蓝色国土上——记海洋浮标专家、中国工程院院士王军成

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党员干部之友 2024年第6期 38-39页

作者：邢华李艳厉运周不详

在众多海洋仪器中,海洋环境监测浮标是构成海洋环境立体监测网的“重量级选手”。何为海洋环境监测浮标?很多人可能一头雾水。“大海脾气古怪,时而风恬浪静,时而咆哮如雷,浮标就像挺立在大海上的‘哨兵’,通过实地的观测感知,摸透了大... 详细信息

在众多海洋仪器中,海洋环境监测浮标是构成海洋环境立体监测网的“重量级选手”。何为海洋环境监测浮标?很多人可能一头雾水。“大海脾气古怪,时而风恬浪静,时而咆哮如雷,浮标就像挺立在大海上的‘哨兵’,通过实地的观测感知,摸透了大海的脾气。”海洋浮标专家、中国工程院院士、齐鲁工业大学(山东省科学院)学术委员会主任王军成说。

关键词：海洋环境监测中国工程院院士山东省科学院海洋浮标海洋仪器蓝色国土风恬浪静脾气

基于多种通信方式的海洋浮标站海洋气象灾害预警系统设计与开发

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气象水文海洋仪器 2024年第1期41卷 111-114页

作者：庞茗文罗晶晶黄圣张婷黄燕波蔡敏广西壮族自治区合浦县气象局广西536000 广西壮族自治区南宁市气象局广西530000 广西壮族自治区崇左市气象局广西532500 广西壮族自治区北海市气象局广西536000 北海市国家气候观象台开放实验室广西536000

为了进一步加强海洋气象监测预警服务能力建设,文中设计了一种基于多种通信方式的海洋浮标站海洋气象灾害预警系统,系统由数据的采集、传输、处理、分析和发布5部分组成。数据的采集和传输部分主要负责收集和传输各类气象数据和信息,包... 详细信息

为了进一步加强海洋气象监测预警服务能力建设,文中设计了一种基于多种通信方式的海洋浮标站海洋气象灾害预警系统,系统由数据的采集、传输、处理、分析和发布5部分组成。数据的采集和传输部分主要负责收集和传输各类气象数据和信息,包括浮标和探测器实时数据、各类气象站点数据等,同时保障数据的质量和准确性,确保数据源可靠;数据的处理和分析部分主要负责对收集到的数据进行处理和分析,包括数据校正、整合、挖掘和模型建立等,形成各类气象灾害预测模型和预警指标,有效监测海洋气象灾害的发生并及时决策部署,为决策者和公众提供重要的参考和保障。

关键词：海洋浮标灾害防御预警系统

基于海洋浮标的电场干扰特性分析及信号检测方法

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兵工学报 2023年第3期44卷 857-864页

作者：孙强张伽伟喻鹏海军工程大学兵器工程学院湖北武汉430033 海军士官学校兵器系安徽蚌埠233000

为解决深远海电场信号获取和目标探测问题,对深海电场探测剖面浮标实测数据进行干扰电场特性分析,分析结果表明该浮标在深海剖面电场测量中,晃动干扰电场能量主要集中在0.5 Hz以下,且随着深度的增加而减小,干扰电场可低至0.1μV/m的量... 详细信息

为解决深远海电场信号获取和目标探测问题,对深海电场探测剖面浮标实测数据进行干扰电场特性分析,分析结果表明该浮标在深海剖面电场测量中,晃动干扰电场能量主要集中在0.5 Hz以下,且随着深度的增加而减小,干扰电场可低至0.1μV/m的量级。在干扰特性分析的基础上,为解决浮标平台的电场信号检测问题,提出基于自适应门限线谱能量加和的改进检测方法。仿真及实测实验结果表明:改进算法可有效检测目标电场信号,并在保证目标检测概率的情况下,减小了虚警概率。

关键词：电场海洋浮标干扰特性目标检测

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基于波浪能的海洋浮标发电系统

机械工程学报 2012年第12期48卷 139-143页

作者：宋保维丁文俊毛昭勇西北工业大学航海学院西安710072

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本高。为简化波能转化装置,提高波浪能的利用率,降低波能转化装置的成本,设计一套基于波浪能的海洋浮标发... 详细信息

波浪能是一种新型的清洁能源,近几年提出多种对波浪能进行开发的方案,但大多都是在波浪和发电机之间加入转化装置,这样效率低,成本高。为简化波能转化装置,提高波浪能的利用率,降低波能转化装置的成本,设计一套基于波浪能的海洋浮标发电系统,可以直接将波浪能转化为电能。详细叙述海洋浮标发电系统方案设计;并对海洋浮标进行运动建模和参数推导分析;基于Matlab对发电机在不同海况下进行仿真,得到空载电压波形,根据波形理论分析出影响发电机性能的主要因素为波高和频率。理论分析及仿真结果可以指导导磁结构的圆筒型直线发电机的理论研究,并为基于波浪能的海洋浮标发电系统的工程应用提供依据。

关键词：波浪能圆筒型永磁直线发电机海洋浮标波浪发电

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海洋浮标发电装置优先工况选择的动力学分析

中国航海 2017年第3期40卷 54-57,102页

作者：毛垚飞朱克强夏峰钟科星徐庭留张远强宁波大学海运学院浙江宁波315211 宁波东方电缆股份有限公司浙江宁波315801

为选择既能使海洋浮标发电装置安全工作又能使其保持最优工作效率的工作海域,参考某型海洋浮标发电装置的具体参数,结合装置工作过程,使用水动力学软件OrcaFlex建立装置工作过程中的动力学分析简化模型。分析在不同波高、不同波浪周期... 详细信息

为选择既能使海洋浮标发电装置安全工作又能使其保持最优工作效率的工作海域,参考某型海洋浮标发电装置的具体参数,结合装置工作过程,使用水动力学软件OrcaFlex建立装置工作过程中的动力学分析简化模型。分析在不同波高、不同波浪周期下海洋浮标和动子沿轴向相对定子的位移、速度及缆型装置的张力与弯矩沿缆长方向的分布及变化情况,量化装置在不同海域的工作安全性和工作效率。

关键词：海洋浮标发电装置 OrcaFlex 动力学分析波高波浪周期能量转换效率

MFSTR-tree:面向Argo海洋浮标的时空数据索引

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地球信息科学学报 2018年第5期20卷 665-673页

作者：杨明远刘海砚朱新铭苏晨琛信息工程大学 95956部队

针对Argo海洋浮标数据的准实时性、海量性、时空异变性等特点和多种查询应用需求,分析了当前时空索引方法的优势与不足,提出了一种多频率STR-tree索引与格网索引的混合索引结构MFSTR-tree。该方法在首先轨迹束层利用动态轨迹束作为叶节... 详细信息

针对Argo海洋浮标数据的准实时性、海量性、时空异变性等特点和多种查询应用需求,分析了当前时空索引方法的优势与不足,提出了一种多频率STR-tree索引与格网索引的混合索引结构MFSTR-tree。该方法在首先轨迹束层利用动态轨迹束作为叶节点生成STR-tree结构,将STR-tree索引结构灵活、数据冗余少的优势进一步扩大;接着通过轨迹束的多种频率在采样点层构建格网索引,实现在查询效率上的提升;同时给出了该结构插入算法和查询算法的具体描述。本文以中国Argo实时资料中心提供的2015年海洋浮标数据为例,将该方法与HR-tree和STR-tree方法进行了构建效率和查询效率的对比实验,结果表明该方法在保证了构建存储效率和时间效率的同时,有效改善了原有STR-tree应用于Argo数据中的查询效率问题。

关键词：海洋浮标时空索引 STR-tree 查询效率动态轨迹束

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海洋浮标非接触电能传输电磁耦合器设计

电源技术 2016年第2期40卷 419-422页

作者：梁彬李醒飞房诚王南朔天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

海洋浮标是海洋监测系统的重要环节,而电能供给问题是海洋浮标系统能否实现对海洋环境实时监测的关键,为了解决海洋浮标系统供电难的问题,提出一种基于电磁耦合原理的非接触电能传输系统的新结构。该结构将固定海洋浮标用的钢缆和传输... 详细信息

海洋浮标是海洋监测系统的重要环节,而电能供给问题是海洋浮标系统能否实现对海洋环境实时监测的关键,为了解决海洋浮标系统供电难的问题,提出一种基于电磁耦合原理的非接触电能传输系统的新结构。该结构将固定海洋浮标用的钢缆和传输电能用的电缆分开,用一个和钢缆线平行的电缆环专门用于电能传输。并对电能传输系统的核心部件电磁耦合器进行了设计,选择了磁芯的材料,并利用磁芯几何常数对磁芯的结构参数进行了计算,确定了磁芯的型号,最后计算了绕组匝数。实验表明,系统传输功率达到了22.8 W,总体效率57%,实现了非接触电能的小功率传输,对解决海洋浮标的电能供给问题具有一定的实际意义。

关键词：海洋浮标非接触电能传输电磁耦合器