[发明专利]基于二维海浪谱的海浪成分分区方法

说明书

本发明公开一种基于二维海浪谱的海浪成分分区方法，该分区方法能够区分二维海浪谱中不同的海浪成分，并且采用了“边查找边分区，边查找边合并”的方法，在一定程度上解决了现有的分区方法中过度分割的问题，同时解决了现有分区方法过分依赖于图像分割技术、缺乏对实际海浪谱物理意义的考虑、对滤波较为依赖以及过滤噪声的同时会失去部分数据的问题。

技术领域：

本发明涉及一种二维海浪谱不同海浪成分的分区方法，属于海洋工程领域。

背景技术：

海洋无时无刻不在运动，其运动形式多种多样，纷繁复杂，而海浪是海水运动最常见的形式之一。海浪就是海水质点在它的平衡位置附近产生一种周期性的震动运动和能量的传播，其对海上运输、沿海经济、海洋开发以及军事方面有着重要的影响。船舶在海上航行时，需要避开大浪区；而沿海地带会经常遭受大浪带来的经济损失；对于海洋开发来说，海浪又是一种取之不尽用之不竭的能源；对于军事来说，海浪对水面舰艇航行具有重要影响。因此，研究海浪有很重要的意义。

由于海洋有复杂的气象条件，会产生各种不同波长不同振幅的波浪，而这些波浪往往混合在一起，因此仅仅通过观测很难区分不同的海浪成分。二维海浪谱可以描述海浪的总能量在频率和方向上的分布，其包含了很多海浪能量成分的不同信息和特征。目前，卫星和各种现场观测仪器测量的二维海浪谱数据日益增多，通过二维海浪谱分区算法，我们可以将这些不同成分的波浪能量区分开，从而为海浪模式提供准确的数据支撑，进一步优化海浪预报精度。现有的海浪谱分区方法主要存在过度分割问题，并且其主要依赖于图像分割技术，缺乏对实际二维海浪谱物理意义的考虑、对滤波较为依赖以及过滤噪声的同时会失去部分数据的问题。

发明内容：

为解决上述问题，本发明提供一种基于二维海浪谱的海浪成分分区方法。

本发明提出的技术方案为：

一种基于二维海浪谱的海浪成分分区方法，包括如下具体步骤：

步骤一、获取目标海域的二维海浪谱，并确定所述二维海浪谱的限制关系；

步骤二、剔除所述二维海浪谱中异常部分，并判断所述二维海浪谱是否存在异常缺测值，如存在，则该二维海浪谱不完整，不对其进行分区；如不存在，则进入步骤三；

步骤三、对所述二维海浪谱去噪；

步骤四、在所述二维海浪谱没有分区的像素点中找出能量最大的像素点，如果该像素点的能量为0，则该二维海浪谱已分区完毕，进入步骤九；如果该像素点的能量不为0，则根据该像素点是否有相邻分区进行如下判断：

①如果该像素点没有相邻分区，则将该像素点划分为一个新分区；

②如果该像素点至少有1个相邻分区，则根据该像素点的相邻分区数目进行如下判断：

(a)如果该像素点仅有1个相邻分区，则判断如果该像素点合并入该相邻分区后，该相邻分区是否满足步骤1)中限制关系：如果满足，则将该像素点合并入该相邻分区；如果不满足，则将该像素点划分为一个新分区；

(b)如果该像素点至少有2个相邻分区，则判断该像素点分别合并入每个相邻分区后，是否满足步骤1)中限制关系：

(I)如果相邻分区均不满足，则将该像素点划分为一个新分区；

(II)如果仅一个相邻分区满足，则将该像素点合并入该相邻分区；

(III)如果至少两个相邻分区满足，则先将该像素点与任意一个相邻分区合并，得到一个新分区；顺次判断该新分区与下一个相邻分区是否满足步骤1)中限制关系，满足则合并成一个新分区，并以该新分区继续顺次判断下一相邻分区，不满足则直接判断下一相邻分区；直至判断完所有相邻分区；

步骤五、不断重复步骤四，直到所述二维海浪谱中有一个分区的总能量达到能量阈值，将该分区记为显著分区；