[发明专利]面向海洋现象的智能浮标组网仿真方法及系统

权利要求书

1.一种面向海洋现象的智能浮标组网仿真方法，其特征在于，包括：

海洋现象识别步骤：建立海洋三维温盐环境以及海洋三维立体流体环境，在智能浮标运动过程中，根据监测的流场变化信息、温盐度剖面信息以及智能浮标漂移特征在内的信息，结合海洋高度计测得的海面高度异常来识别海洋现象；

智能浮标的组网仿真集结步骤：以识别出的海洋现象为对象，根据智能浮标的动力模型，输入所需参数得到整个观测过程的总时间和总能耗，由观测路径和最短原理和智能浮标观测能耗机理，分别建立出智能浮标组网仿真观测的时间最短模型和能耗最优模型；

智能浮标的动力模型包括：

滑翔机的总能耗为执行机构的耗能，公式为E＝UIt，其中U为电压，I为电流，t为总的时间，时间t按分段来计算，每段均根据距离除以距离方向的速度来计算；

CD＝Vcz*T；Vcz＝Vc*sinα

AD＝(Vc*cosα+V*cosθ)*T

AC＝S＝2d/tanθ

AD²+CD²＝AC²

智能浮标的下潜速度V，分解为在航向的Vx和下潜方向的Vy；洋流的速度Vc，分解为在航向上的偏移速度Vcz，以及在智能浮标航向的分量Vcx；α为洋流与航行方向的夹角，θ为俯仰角，智能浮标每次下潜的深度为d；

在没有洋流场的作用下会从A点会到达D点，而受洋流作用会偏移到C点，从起始点A到第一个出水点C的之间需要的时间为T，接下来是以第一个出水位置为始发点进行迭代，迭代过程中α1＝α+β，α1为C点的航向与洋流方向的夹角，α为A点的航向与洋流的夹角，β为AB与CB的夹角，CD、AD、AC为两点间的直线距离。

2.根据权利要求1所述的面向海洋现象的智能浮标组网仿真方法，其特征在于，还包括组网仿真优化步骤：

在建立的时间最短模型和能耗最优模型的基础上，根据需要仿真观测的海洋现象、当前位置和演变趋势，通过两种优化模型分别规划出面向海洋现象的智能浮标组网观测的时间最短和能耗最少优化方案。

3.根据权利要求1所述的面向海洋现象的智能浮标组网仿真方法，其特征在于，所述海洋现象识别步骤具体包括：

海洋三维温盐场环境的提取及可视化步骤：利用HYCOM数据中的温盐数据构建出海洋三维温盐场环境，HYCOM数据为经纬度网格数据，利用Python对HYCOM数据的每层温盐信息进行提取，建立出海洋三维温盐场环境；

海洋三维立体流场环境的提取及可视化步骤：从垂直层面对HYCOM数据中不同深度的海洋流场进行计算，根据格网点的经向速度和纬向速度，计算出每个格网点的洋流速度和方向，建立出不同深度层次下的海洋流场环境，从而构建出全球海洋三维立体流场环境；

海洋现象识别步骤：在智能浮标运动过程中，根据监测的信息结合海洋高度计测得的海面高度异常来识别海洋现象。