走航ADCP观测资料质量控制方法及应用
发布时间：2021-03-21 13:15
为完善目前走航ADCP观测资料质量控制尚未形成统一流程的问题,将走航ADCP观测资料质量控制归纳为船速获取、声速校正、偏角校正以及剖面数据处理四个主要步骤,并制定了一套较为系统的走航ADCP观测资料质量控制流程。以渤海辽东湾红沿河核电站周边海域船载走航ADCP观测为例,按照提出的流程进行走航ADCP观测资料的质量控制。通过对比原始观测数据,质量控制后的结果表明u分量流速剔除了23.56%的低可信度数据,而v分量流速剔除了25.96%的低可信度数据。10 m与15 m水深处的质量控制前后的流速-频数直方图表明,本文提出的流程能有效地降低观测随机性的影响。
【文章来源】：海洋科学进展. 2020,38(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
走航ADCP资料数据处理流程
观测区域与站位设置如图2所示。观测位置在辽东湾红沿河核电站周边海域,设置A(121°15′40″E,39°35′27″N)和B(121°10′40″E,39°36′46″N)两个站位。观测时间为2017-07-10T23:20—11T00:20。测船由A站位驶向B站位,航速约为2.5 m/s。观测仪器为RTI公司(ROWE Technologies Inc.)300 kHz ADCP,仪器精度为±0.70%。仪器通过一个不锈钢支架固定于右侧船舷,入水深度为1.5 m,盲区为0.5 m,观测资料的首层深度为2 m。仪器的采样间隔设置为1 s,共设置30个单元层,每层的深度为1 m。观测期间同时使用GPS(分米精度,10 cm)记录地理位置与航向信息。2.2 质量控制
观测期间内走航ADCP垂向分层为30层,共观测3 337个剖面,u和v分量均获得92 859个原始数据。由与底跟踪船速进行矢量合成之后的绝对流速东、北分量(图3a和图3b)可以看出,未经后续处理的原始观测资料存在较多的噪声信息甚至错误值,例如,超过水深的错误数据、近水底附近2～3层观测数据、大量的随机信号误差等,可见原始数据并不能够完全真实地还原流场流速。经过偏角校正、剖面数据处理等,u分量共剔除21 882个无效或低可信度数据,保留70 977个可信数据,剔除数据占总数据23.56%;v分量共剔除24 105个无效或低可信度数据,保留68 754个可信数据,剔除数据占总数据的25.96%。通过对比经处理之后的流速东、北分量(图3c和图3d),能够清楚看到质量控制流程有效地排除了错误信息,同时也很好地保留了流场的真实特征。选取10 m与15 m水深处的质量控制前后数据进行对比(图4),也可看出质量控制有效地剔除掉了部分远离真实流速值的错误数据。将流速信号平滑过滤,通过合成流速大小的频数分布直方图可进一步考查数据的离散程度,如图5所示。不难看出,质量控制前后的流速-频数分布均大致符合正态分布,这是由于ADCP观测过程中,每个剖面的观测都包含一定的偏差,这种偏差近似符合正态分布。尽管质量控制前后的结果都大致符合正态分布,即质量控制后的结果也存在一定的随机误差,但是,通过对比可以发现,质量控制后的数据,其流速变化的范围已经缩小,并且质量控制后的数据相比原始数据有逐渐向均值靠拢的趋势。总体来说,质量控制流程能够有效地消除远离真实值的错误数据,降低观测流速随机性的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]船载ADCP资料处理[J]. 吴云帆,吴中鼎,李占桥. 海洋测绘. 2014(06)
[2]CODAS系统在厦门湾走航ADCP观测资料质量控制中的应用[J]. 沈俊强. 应用海洋学学报. 2014(04)
[3]南大洋走航ADCP测流中的问题分析[J]. 刘娜,陈红霞,冯颖,马洪余. 海洋科学进展. 2010(04)
[4]南大洋船载走航式ADCP资料的技术处理和技术措施以及多学科应用[J]. 董兆乾,蒋松年,贺志刚. 极地研究. 2010(03)
[5]珠江口外走航ADCP资料的系统误差订正与质量控制[J]. 夏华永,廖世智. 海洋学报(中文版). 2010(03)
[6]走航ADCP数据处理与质量控制方法研究[J]. 杨锦坤,相文玺,韦广昊,纪风颖. 海洋通报. 2009(06)
[7]极地科学考察船载ADCP资料处理[J]. 陈红霞,刘娜,潘增弟. 极地研究. 2007(01)
[8]船载ADCP测量误差的因素分析和校正方法[J]. 刁新源,于非,葛人峰,郭景松,张志欣. 海洋科学进展. 2006(04)
[9]ADCP资料处理中的船速计算[J]. 吴中鼎,梁广建,李占桥,陈淼. 海洋测绘. 2004(05)
[10]ADCP的观测及资料处理技术[J]. 蒋松年. 海洋技术. 1992(01)
硕士论文
[1]ADCP流速数据质量控制及系统的误差修正[D]. 周翠翠.东南大学 2016
本文编号：3092924
【文章来源】：海洋科学进展. 2020,38(01)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
走航ADCP资料数据处理流程
观测区域与站位设置如图2所示。观测位置在辽东湾红沿河核电站周边海域,设置A(121°15′40″E,39°35′27″N)和B(121°10′40″E,39°36′46″N)两个站位。观测时间为2017-07-10T23:20—11T00:20。测船由A站位驶向B站位,航速约为2.5 m/s。观测仪器为RTI公司(ROWE Technologies Inc.)300 kHz ADCP,仪器精度为±0.70%。仪器通过一个不锈钢支架固定于右侧船舷,入水深度为1.5 m,盲区为0.5 m,观测资料的首层深度为2 m。仪器的采样间隔设置为1 s,共设置30个单元层,每层的深度为1 m。观测期间同时使用GPS(分米精度,10 cm)记录地理位置与航向信息。2.2 质量控制
观测期间内走航ADCP垂向分层为30层,共观测3 337个剖面,u和v分量均获得92 859个原始数据。由与底跟踪船速进行矢量合成之后的绝对流速东、北分量(图3a和图3b)可以看出,未经后续处理的原始观测资料存在较多的噪声信息甚至错误值,例如,超过水深的错误数据、近水底附近2～3层观测数据、大量的随机信号误差等,可见原始数据并不能够完全真实地还原流场流速。经过偏角校正、剖面数据处理等,u分量共剔除21 882个无效或低可信度数据,保留70 977个可信数据,剔除数据占总数据23.56%;v分量共剔除24 105个无效或低可信度数据,保留68 754个可信数据,剔除数据占总数据的25.96%。通过对比经处理之后的流速东、北分量(图3c和图3d),能够清楚看到质量控制流程有效地排除了错误信息,同时也很好地保留了流场的真实特征。选取10 m与15 m水深处的质量控制前后数据进行对比(图4),也可看出质量控制有效地剔除掉了部分远离真实流速值的错误数据。将流速信号平滑过滤,通过合成流速大小的频数分布直方图可进一步考查数据的离散程度,如图5所示。不难看出,质量控制前后的流速-频数分布均大致符合正态分布,这是由于ADCP观测过程中,每个剖面的观测都包含一定的偏差,这种偏差近似符合正态分布。尽管质量控制前后的结果都大致符合正态分布,即质量控制后的结果也存在一定的随机误差,但是,通过对比可以发现,质量控制后的数据,其流速变化的范围已经缩小,并且质量控制后的数据相比原始数据有逐渐向均值靠拢的趋势。总体来说,质量控制流程能够有效地消除远离真实值的错误数据,降低观测流速随机性的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]船载ADCP资料处理[J]. 吴云帆,吴中鼎,李占桥. 海洋测绘. 2014(06)
[2]CODAS系统在厦门湾走航ADCP观测资料质量控制中的应用[J]. 沈俊强. 应用海洋学学报. 2014(04)
[3]南大洋走航ADCP测流中的问题分析[J]. 刘娜,陈红霞,冯颖,马洪余. 海洋科学进展. 2010(04)
[4]南大洋船载走航式ADCP资料的技术处理和技术措施以及多学科应用[J]. 董兆乾,蒋松年,贺志刚. 极地研究. 2010(03)
[5]珠江口外走航ADCP资料的系统误差订正与质量控制[J]. 夏华永,廖世智. 海洋学报(中文版). 2010(03)
[6]走航ADCP数据处理与质量控制方法研究[J]. 杨锦坤,相文玺,韦广昊,纪风颖. 海洋通报. 2009(06)
[7]极地科学考察船载ADCP资料处理[J]. 陈红霞,刘娜,潘增弟. 极地研究. 2007(01)
[8]船载ADCP测量误差的因素分析和校正方法[J]. 刁新源,于非,葛人峰,郭景松,张志欣. 海洋科学进展. 2006(04)
[9]ADCP资料处理中的船速计算[J]. 吴中鼎,梁广建,李占桥,陈淼. 海洋测绘. 2004(05)
[10]ADCP的观测及资料处理技术[J]. 蒋松年. 海洋技术. 1992(01)
硕士论文
[1]ADCP流速数据质量控制及系统的误差修正[D]. 周翠翠.东南大学 2016
本文编号：3092924
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