[发明专利]一种海上养殖网箱的受灾破坏预警方法

说明书

本发明公开了一种海上养殖网箱的受灾破坏预警方法，包括确定海上养殖网箱破坏等级；利用灰色关联度识别海上养殖网箱结构致灾破坏的主控因子；利用BP神经网络建立致灾破坏的主控因子与海上养殖网箱结构破坏的定量关系；绘制海上养殖网箱养殖灾害风险等级空间分布图。通过分析浮架受损、网衣变形导致养殖容积损失、锚碇脱锚等，针对目标海区的具体的海上养殖网箱设施结构，利用灰色关联度分析方法识别出海上养殖网箱结构破坏的主控致灾因子，利用BP神经网络方法构建致灾因子与重力深水网箱结构受损程度的定量关系。实现快速且准确的判断海上养殖网箱的破坏等级，实现为养殖个体提供相应的预警信息。

技术领域

本发明涉及水产养殖和海洋工程技术领域，尤其涉及一种用于海上养殖网箱受灾预警的方法。

背景技术

我国近海及深远海养殖网箱遭受风暴潮等恶劣海洋灾害的严重威胁，严重阻碍了我国设施养殖产业的发展。据统计，每年我国因沿海风暴潮等海洋灾害造成的海水养殖经济损失高达数十亿元。迫切需要一种海上养殖网箱的受灾破坏预警系统和方法，能够在海洋灾害到来之前，对养殖网箱破坏等级进行预报；在海洋灾害到来之时，对养殖网箱提供救助建议；在海洋灾害过后，可对网箱破坏程度进行评估。常用的海上养殖网箱主要是由浮架系统、网衣系统、锚碇系统及配重系统组成。目前针对养殖网箱在海洋环境要素作用下的动力特性的研究主要有物理模型试验和数值模拟两种方法。物理模型试验方法数据较为真实可靠，但试验一般周期较长，不能实现对网箱动力特性的快速判断。随着计算机技术的发展，数值模拟逐渐成为海洋工程结构动力特性研究的主要方法。

海上养殖网箱动力特性数值模拟包括对浮架和底圈这类刚体运动的模拟，网衣和锚绳这类柔性结构运动的模拟，以及浮架应力的模拟。

浮架运动的模拟是将浮架简化为单根浮架，将其离散成有限段微元，计算每段微元的载荷，然后将其叠加，从而得到浮架的载荷和运动方程。底圈运动的模拟方法与浮架的模拟方法一样，底圈的运动微分方程与浮架的运动微分方程相同。

浮架应力由成熟的有限元方法进行模拟，该方法将浮架划分成若干单元，每个单元都是可承受拉、压、弯作用的单轴单元，可以用来计算位于水中的圆管形构件的浮力、水流力和波浪力的静载荷与动载荷，还可以对浮架的材质特性进行模拟，进而得到浮架的应力。

网衣和锚绳是一种柔性结构物，在海洋荷载作用下，会产生大的变形。网衣和锚绳运动的模拟都是将其简化为一系列位于目标两端和中间的质量点和无质量的弹簧构成，通过求解各个质量点的受力和运动方程从而得到整个网衣和锚绳的受力和运动方程，最终得到网衣和缆绳的运动和受力。

采用Morison方程分析海上养殖网箱水动力特性时，目前的研究多采用Stokes一阶波浪理论或者五阶波浪理论，只是采用的水动力系数有所不同，但总体的结果基本相同。因此，通常采用Stokes一阶波浪理论对波浪场进行模拟。

目前针对海上养殖网箱的相关研究主要集中在海洋环境荷载作用下的动力特性方面，尚未对海洋灾害下养殖网箱的致灾破坏机理进行系统分析。此外，不管是物理模型试验还是数值模拟方法，都存在耗时较长的缺点，并且一次实验仅能对某单一致灾因子进行研究，无法实现对海洋灾害的快速预警，不利于开展实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种海上养殖网箱的受灾破坏预警方法，通过利用灰色关联度识别出深水网箱结构受灾破坏的主控受灾因子，及基于海上养殖网箱的水动力数值分析的结果，利用BP神经网络算法构建其致灾因子(风、浪、流、水深及网箱周长)与网箱结构破坏的定量关系，进而明确海上养殖网箱受灾破坏的破坏等级，最终根据试点海区的水文资料以及海上养殖网箱结构参数，确定海上养殖网箱养殖灾害等级空间分布图，从而实现海上养殖网箱结构破坏的风险预警。

本发明的技术方案是这样实现的：