波浪方向浮标发展概况及方向能谱的计算模式

船舶操纵运动波浪力计算2.1 不规则波入射力计算模型依据概率统计理论，不规则波的波面可以看作是由一系列具有不同的频率、波数、波幅、传播方向以及随机分布初相位角的规则波叠加而成。

在实际应用中寻求海浪的统计特性，通常采用“波能谱”的概念来描述海浪。

海浪形成的过程是风把能量传递给水的过程。

这一过程大致可分为两个阶段，第一阶段为波浪生长阶段，当风最初作用于海面上时，海面开始出现较小的波，随着时间的增长，风不断地把能量传递给水，波浪越来越大，显然这一阶段海浪是比较复杂，其统计特性随时间不断变化，这一阶段的海浪描述描述相当复杂。

但是，当波浪渐趋稳定时，波的能量达到一定值，其统计特征基本上不随时间变化，为了这一阶段海浪的数学描述，应用波谱密度函数，从大量观察分析结果表明海浪以及船舶在波浪中的运动等均属于狭带谱的正态随机过程，因此基于以下假设：1．波浪为弱平稳的、各态历经的、均值为零的正态(高斯)随机过程。

2．波谱的密度函数为窄带。

3．波峰(最大值)为统计上独立的。

由波的方向性谱密度，不规则波的波面可用下列随机积分表示来描述：⎰⎰-∞+-+=220),(2)],()sin cos (cos[),,(ππςθωθωθωεωθηθξηξςd d S t k t （2-1）其中，),(θωςS 为波谱密度函数，表示了不规则波浪中各种频率波的能量在总能量中所占的份量。

仅考虑波沿主浪向运动的情况，并将式（2-1）转化为随船坐标系下表示为：⎰∞+--=0)(2)]()sin cos (cos[),,(ωωωεωμμςςd S t y x k t y x e （2-2）为了方便计算，将波能谱密度函数进行离散，用求和形式代替上式的积分如下：∑=+--∆=ni i ei i i t y x k S t y x 1])sin cos (cos[)(2),,(εωμμωωςς （2-3）其中，相位角i ε可视为均匀分布在（0，2π）区间内的随机变量。

海洋波浪谱模式(SOWM)资料的估价及应用
阎俊岳
【期刊名称】《气象科技》
【年(卷),期】1990(000)004
【摘要】长期以来,洋面上气象资料主要来源于船舶及浮标观测.船舶观测资料年代长、数量大,但不定点、不连续,部分要素是用目测,夜间测量受到限制.浮标站、定点船观测所得的资料质量较高,但因数量太少,难以满足海洋气候分析、天气预报及工程设计的需要.近二十年来,许多国家相继研制了
【总页数】6页(P18-23)
【作者】阎俊岳
【作者单位】北京气象中心资料室
【正文语种】中文
【中图分类】P4
【相关文献】
1.实际海域波浪方向谱的研究:第二篇报告;由浮式海洋平台"POSEIDON"号的摇摆[J], 李俊兴
2.利用SWAN波浪模式研究北部湾海域台风浪场的波浪方向谱特征 [J], 周良明;王爱方;王智峰;郭佩芳;高劲松
3.波浪荷载作用下海洋土的液化势估价 [J], 邓斌;李江
4.基于海洋结构谱响应波浪载荷参数识别 [J], 李少华;聂雪媛;时忠民;刘玉军;龙述尧
5.希尔伯特谱白化方法在海洋地震资料高分辨率处理中的应用 [J], 颜中辉;方刚;徐华宁;刘俊;施剑;潘军;王建强
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波浪能行业市场现状及发展方向分析一、波浪能行业概况波浪能是海水在吸收太阳辐射之后，温暖的地表海水与深海海水之间形成温差，造成海水的流动。

又由于风吹过海洋时产生风波，风能以自然储存于水中的方式进行能量转移，因此波浪能也可以说是太阳能的另一种浓缩形态。

二、全球海洋能发电装机容量目前，研究开发绿色清洁的可再生能源已成为世界各国的能源发展战略和技术方向。

据统计，截至到2018年全球海洋能发电累计装机容量为532MW，同比增长6.4%。

三、波浪能技术及专利情况分析在波浪能发电全球专利申请中，技术F03B（液力机械或液力发动机）占绝大部分，为39.7%，是主要技术；次之是H02K（电机）、F03D（风力发电机）、H02J（装置或系统）、B63B（船用设备）、E02B（水利工程），占比均在3.4%～4.2%之间。

此外，研发还涉及F03G（发动机）、H02N（新型电机）、H02P（系统控制与调节）、C02F（污水处理）等方面的技术。

从全球专利申请排名前10位地区来看，我国在各项技术的布局均走在前列，前5项技术（即F03B、H02K、F03D、H02J及H02J）尤甚，各项布局数量比其他9个国家(地区)或机构的总和还多。

美、韩、日、德等国重点布局F03B技术，其他技术均有所涉及，而德国在H02P 技术出现空白；英、俄及中国台湾地区在F03B技术略为弱些，虽也有涉及其他技术，但都存在不同程度的技术空白。

其中，俄罗斯和中国台湾空白技术多至两到三方面。

从国内专利情况来看，据统计，2019年中国波浪能技术公开专利量为549件，2019年中国波浪能申请专利量为455件。

在专利申请人申请量排名中，浙江海洋大学的表现最为突出，共申请专利108件，大连理工大学排名第二，共申请专利107件，哈尔滨工程大学排名第三，共申请专利99件。

四、中国波浪能发电主要技术分类及发展路线波浪能发电技术最早的发明专利是1985年由湖南长沙的陈家山申请的CN85100366A专利，同时这也是我国最早开展的振荡浮子式技术研究；此后，外国公司很快到我国进行相关专利布局，1987年日本株式会社的空气轮机专利CN85108806A在我国公开，带动了我国振荡水柱式技术研究。

描述海浪内部能量相对于频率和方向的分布。

为研究海浪的重要概念。

通常假定海浪由许多随机的正弧波叠加而成。

不同频率的组成波具有不同的振幅，从而具有不同的能量。

设有圆频率ω的函数S（ω），在ω至(ω＋ω)的间隔内,海浪各组成波的能量与S(ω)ω成比例,则S(ω)表示这些组成波的能量大小，它代表能量对频率的分布,故称为海浪的频谱或能谱。

同样,设有一个包含组成波的圆频率ω和波向θ的函数S(ω,θ)，且在ω至(ω＋ω)和θ至(θ＋ω)的间隔内，各组成波的能量和S(ω,θ)ωθ成比例，则S(ω,θ)代表能量对ω和θ的分布，称为海浪的方向谱。

将组成波的圆频率换为波数，可得到波数谱；将ω换为2π（频率为周期的倒），得到以表示的频谱S()数。

以上各种谱统称为海浪谱。

海浪谱不仅表明海浪内部由哪些组成波构成，还能给出海浪的外部特征。

比如，理论上可由谱计算各种特征波高和平均周期，利用这些特征量连同波高与周期的概率密度分布，可推算海浪外观上由哪些高低长短不同的波所构成。

若已知海浪的谱，海浪的内外结构都可得到描述，因此谱是非常有用的概念。

事实上，海浪的研究（包括许多应用问题），大多和谱有关。

频谱在海浪谱中,风浪频谱得到最广泛的研究,因为它的应用最广，也最易于得到。

但尚无基于严格理论的风浪频谱。

已提出的经验的或半经验的频谱很多，大多数用[245-1]的乘积来表达。

通常p为5～7，q为2～4,在正量A和B之内。

除了数值常数外，还包含风要素（如风速、风时和风区）或浪要素（如特征波高和周期）作为参量，故谱的形状随风的状态或对应的浪的状态而变化。

上述两项的乘积代表的谱，在ω=0处为0，在0附近的值很小，ω增加时，它骤然增大至一个峰值，然后随频率的增大而迅速减小,在ω→∞ 时趋于0。

这表明谱的频率范围在理论上虽为0～∞,但其显著部分却集中在谱峰附近。

海面上存在的许多波，其显著部分的周期范围很小,恰和理论结果相对应。

随着风速的增大,谱曲线下面的面积（从而风浪的总能量或波高）增大，峰沿低频率方向推移，表明风浪显著部分的周期增大。

QF207浮标的海浪要素计算探讨卢小鹏;吕翠兰;王薇;沈光【摘要】文章主要从目前已有的一些计算海浪要素的半理论半经验的公式出发,结合QF207的部分实测资料进行比较,寻找一种适合计算QF207风浪特征的计算公式.【期刊名称】《海洋开发与管理》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】4页(P56-58,71)【关键词】QF207浮标;海浪;计算方法【作者】卢小鹏;吕翠兰;王薇;沈光【作者单位】宁波市海洋与渔业局宁波315012【正文语种】中文海浪是一个非常复杂的物理现象，到目前为止，人们对它的认识还不是非常清楚。

虽然，大家都知道，风吹过海面就会形成波浪，但实际上，我们在海洋上遇到的通常是不同来源地波系叠加起来的混合浪。

当风浪和涌浪在浅海传播时，由于地形的影响，在海岸和岛屿附近还常出现折射、绕射、反射、卷倒等现象，同时其在传播过程中其波向、波速、波形以及其他性质也都在不断发生变化。

海浪也是一种具有巨大能量的自然现象，蕴藏着大量的可再生动力能源，现在也有人提出运用海浪能进行发电。

但是海浪也给人们的生产生活、海洋工程等带来很多不利因素。

因此，我们需要对海浪特征充分地了解，才能正确地利用它，又能减少它带来的不良后果。

海上的实测风浪资料是非常宝贵的资源，本文选择浮标QF207作为分析的对象，该浮标位于东海外部，29.5°N、124.0°E，其所在海域水深大约为60～70m，周边开阔，无岛屿阻挡，能很好地代表东海海域的风浪。

该浮标于2009年12月由东海技术中心负责安放投入使用，其风浪要素分别为美国公司的测风仪和山东省科学院海洋仪器研究所的测浪仪获取。

本文以其获取的重大天气系统影响期间的实测风、浪要素进行分析，期望从中总结一些规律，为今后的风浪预报提供一些借鉴。

3.1 风浪要素计算理论风浪的形成源于风-水间相互作用，通过风与水界面进行动量、能量和其他物理量的交换。

风浪的成长和消衰取决于能量的输入和消耗，当波面上的压力不对称导致风浪的能量输入大于水体由于摩擦消耗的能量时，决定了风浪的不断发展；当能量输入等于能量消耗时，风浪不再发展，趋于稳定；当能量的输入小于波能消耗时，风浪将不断减弱，并趋于消亡。

面向海浪遥感卫星标定的漂流波浪浮标关键技术研究
温琦;李洋;马昕;李俊漾;王暖升
【期刊名称】《航天器工程》
【年(卷),期】2024(33)1
【摘要】在精细化海洋观测领域,遥感卫星海浪方向谱的获取存在精度低、累积误差大等问题,设计了一种基于Transformer神经网络的海浪方向谱估计方法,通过引入稀疏自注意力机制以及物理引导模块等,实现海浪方向谱的高精度表达;海上试验测试结果表明,新提出的海浪方向谱估计方法与传统海浪方向谱估计方法相比,文章提出的模型估计方向谱更符合理论谱形,伪峰较少,平滑性和一致性方面表现较好,并且对数据噪声的容忍度更高。

同时,设计了一种基于人工智能芯片的漂流波浪浮标系统,通过AI软硬件系统对不同任务进行动态调度分配,实现浮标低功耗运行,有效提升了波浪测量性能及海上工作时间,是遥感卫星高精度获取大范围、长时序全球性海洋观测数据的一种有效补充。

【总页数】7页(P146-152)
【作者】温琦;李洋;马昕;李俊漾;王暖升
【作者单位】中国海洋大学信息科学与工程学部;中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室;中国海洋大学海洋与大气学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP751
【相关文献】
1.基于浮标数据的卫星雷达高度计海浪波高数据评价与校正
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5.GNSS漂流浮标实时在线波浪测量技术及其软件实现
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多功能波浪浮标的研制1概述在进行波浪自动测量时波浪的传播方向是一个重要和难以测量的参数。

八十年代后期国家海洋局曾投资支持研制波向测量浮标但是未见该仪器推广应用。

在国外具有波向测量功能的浮标可分为两大类：表面测量浮标和水下测量浮标。

前者有美国的1156型波浪跟踪浮标、荷兰的方向浮标等，它们是遥测型波浪浮标，可获得实时测量信息。

美国的弘电磁海流和波浪方向浮标是目前最具代表性的一种水下多功能测量浮标。

它用浮标内的存贮器记存测量信息，但不能提供实时测量信息。

在我国沿海分布着近60个海洋站。

其海洋环境监测的总体技术水平不高其中尤以测波技术最为落后。

光学测波仪仍是“当家”的主要仪器设备。

在近海进行波浪测量特别是由外商委托的工程项目必定要使用从国外进口的测量设备。

海洋监测技术主题（818）为提高我国海洋环境自动监测技术水平改变测试设备的落后局面，创造了极好的机会。

作为海洋环境自动监测技术课题（3180101）的一个组成部分，多功能波浪浮标将为洋站及近海波、表层海水温度、盐度等水文要素的自动化测量提供一种实用的测量设备。

2制工作基础YZ-3型遥测波浪仪在1985年研制成功，1998年获中国科学院技术进步三等奖。

该仪器是利用重力原理测量波高。

其技术特点是在垂直加速度计的平衡系统中采用了万向节式的结构设计和浮标的系留结构设计。

1987年在中国船舶工业总公司第七研究院第707研究所（具备环境试验资格单位）对波浪传感器进行了碰撞试验、摇摆试验、倾斜试验及高低温存贮试验并出具试验证书。

在YZ-3型遥测波浪仪结构设计的基础上，1991年研制SZF-1型数字式波温仪。

1993年由国家海洋局在北海分局组织鉴定。

1994年该仪器被编人《海滨台站观测仪器手册》。

波温仪可测量波浪和表层海水温度两项水文要素。

其技术特点是采用了单片机技术、数字电路及通讯技术。

实现了仪器的智能化和自动化设计。

但上述两种仪器都不具备波向参数测量功能。

1995年开始波浪表观方向测量浮标系统的预研工作。

第9卷 第1期 新 能 源 进 展Vol. 9 No. 12021年2月ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGYFeb. 2021* 收稿日期：2020-07-12 修订日期：2021-01-14基金项目：南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项项目（GML2019ZD0107）；中国科学院战略性先导科技专项（A 类）项目（XDA13040200）；国家海洋可再生能源专项资金项目（GHME2017YY02）；广东省海洋经济发展专项资金项目（粤自然资合[2020]022号）† 通信作者：盛松伟，E-mail ：***************文章编号：2095-560X （2021）01-0042-06海洋波浪能浮标发展现状及前景*吴明东1,2,3,4,5，盛松伟1,2,3,4†，张亚群1,2,3,4，吝红军1,2,3,4，姜家强1,2,3,4（1. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广州 510640；3. 中国科学院可再生能源重点实验室，广州 510640；4. 南方海洋科学与工程广东省实验室，广州 510640；5. 中国科学院大学，北京 100049）摘 要：海洋浮标是开展海上观测活动的有力工具。

波浪能发电可在原位为浮标持续提供电力，大幅降低更换电池和维护成本。

发展波浪能原位供电浮标对解决海上大功率观测仪器长周期运行意义重大。

本文对浮标进行了分类，分析了波浪能供电浮标的应用现状，总结了波浪能供电浮标的发展趋势和应用前景。

关键词：浮标；能源保障；波浪能 中图分类号：TK79；U644.8+8；TM612 文献标志码：A DOI ：10.3969/j.issn.2095-560X.2021.01.006Development Status and Prospect of Ocean Wave Energy BuoyWU Ming-dong 1,2,3,4,5, SHENG Song-wei 1,2,3,4, ZHANG Ya-qun 1,2,3,4,LIN Hong-jun 1,2,3,4, JIANG Jia-qiang 1,2,3,4(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;2. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China;3. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China;4 . South China Sea Institute of Oceanology Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;5. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)Abstract: Large buoys are efficient tools for maritime observation. Wave energy conversion technology can provide the buoy with continuous power in situ, which greatly reduces the cost of battery replacement and maintenance. The development of wave power in situ power supply buoy is of great significance to solve the long-term operation of high-power observation instruments at sea. In this paper, the buoys were classified, the application status of wave energy-powered buoys was analyzed, the development trend and application prospect of large wave-powered buoys were also summarized. Key words: buoys; energy security; wave energy0 引 言自20世纪20年代起，浮标作为一种助航标志开始搭载环境监测仪器，在全球防灾减灾、经济开发、科学研究、维护主权等方面起到不可或缺的作用，称为资料浮标、多功能浮标或智能浮标。

波浪的方向谱分析技术研究
魏建强;顾民;惠昌年;方钟圣
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2003(007)005
【摘要】本文利用数值模拟的三维不规则波浪和实验室实测的数据,分别采用扩展的最大似然法(EMLM)和扩展的最大熵法(EMEP),编制了相应的数值计算程序,通过数值计算对这两种三维不规则波浪的谱分析方法和不同的测试方法进行了对比分析.在数值模拟过程中采用了单叠加方法生成波浪的时域信号,并且加入了5%的正态噪声以使模拟的波浪特征量接近真实的测量值.结果表明:EMLM方法受测量误差的影响较大,给出的方向谱的估计值波动较大;而EMEP方法能够消除误差的影响,可以给出与真实的方向谱更为接近的估计值.
【总页数】10页(P11-20)
【作者】魏建强;顾民;惠昌年;方钟圣
【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082;中国船舶科学研究中心,江苏,无锡,214082
【正文语种】中文
【中图分类】U661.33+1
【相关文献】
1.印尼ADIPALA海域较长周期波浪谱分析 [J], 吴爱清;俞武华;夏艳军;柳淑学;张昊宸;李金宣
2.利用SWAN波浪模式研究北部湾海域台风浪场的波浪方向谱特征 [J], 周良明;王爱方;王智峰;郭佩芳;高劲松
3.多向随机波浪的方向谱分析 [J], 李本霞;俞聿修
4.分段式造波机生成波浪的方向谱分析 [J], 张宁川;俞聿修
5.波浪形态及方向分布对港域波浪传播的影响 [J], 范学平
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我国近海波浪浮标的历史、现状与发展
毛祖松
【期刊名称】《海洋技术》
【年(卷),期】2007(026)002
【摘要】回顾了我国波浪测量技术特别是近海波浪浮标技术的发展历程,提出了今后发展的若干建议.
【总页数】5页(P23-27)
【作者】毛祖松
【作者单位】海军司令部航海保证部,天津,300042
【正文语种】中文
【中图分类】P715.2
【相关文献】
1.华南近海两浮标点的波浪特征分析 [J], 赵中阔;刘春霞
2.近海遥测波浪浮标的概况及其应用 [J], 周俊德
3.我国近海波浪要素的长期分布 [J], 刘桂海;刘松
4.英国声呐浮标发展趋势:致力于近海水域 [J],
5.海洋波浪能浮标发展现状及前景 [J], 吴明东;盛松伟;张亚群;吝红军;姜家强
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我国海洋资料浮标观测技术的发展起步较晚，但经过长期的努力与积累，取得了丰硕成果。

在“十五”和“十一五”期间，我国的海洋资料浮标观测技术达到产品化阶段，并开始浮标网的建设。

一、我国海洋资料浮标观测技术的发展现状⒈我国总体技术水平与国际相当我国从1965年开始研制海洋资料浮标，经过近50年的发展，在国家863等计划和有关部门的支持下，取得了丰硕的成果，已经基本掌握了关键核心技术，总体已经达到国际先进水平。

我国研制的第一个海洋资料浮标诞生于1965年，为船型结构。

此后，在国家的支持下，浮标技术大力发展，目前，已经形成了直径从10m到3m的产品系列，完全能够满足我国近海长期业务化观测的需求，其中研制的3m直径小型浮标为2008年奥帆赛提供了大量有效数据，受到各界一致好评。

深远海观测浮标方面也开展了部分工作，研制了工程样机，取得了一定成果，布放海域最深达到3500m，最远至印度洋和格陵兰海海域。

我国的智慧海洋的海洋资料浮标研制虽然起步较晚，但在某些方面的水平已经达到国际领先水平。

观测参数种类多于国外产品；采用了多种数据通信手段，其中北斗通信方式是我国独有；数据传输间隔方面有多种传输间隔可供选择。

我国已经初步建立了包含约130个浮标的近海浮标观测网，浮标种类主要由图1中的浮标和波浪浮标组成，图2给出了由山东省科学院海洋仪器仪表研究所生产的浮标沿海分布图，该研究所生产的浮标占全国业务化浮标总数的90%以上。

⒉专用型浮标研究取得一定成果在通用型浮标研究成果的基础上，综合国外的研究成果，我国在专用型浮标研究方面也取得了一定的成果，研制了多种专用浮标。

⑴海洋剖面观测浮标“十五”期间，国家海洋技术中心研制了利用马达驱动的剖面观测系统，“十一五”期间中船重工710所研制了利用浮力控制的剖面观测浮标系统，中科院海洋所研制了波浪能驱动式的剖面观测浮标系统，3种系统均经过了海上测试，最大布放水深达4000m，能观测海水温度、盐度、深度和海流等参数。