的 風(fēng)-浪-流禪合場和潮位的觀測數(shù)據(jù)。
[0051] 風(fēng)-浪-流禪合場數(shù)值分析系統(tǒng)利用=維風(fēng)場數(shù)值模擬模塊、SWAN波浪場數(shù)值模 擬模塊、風(fēng)暴潮數(shù)值模擬模塊，建立了考慮地形影響的橋位區(qū)域的風(fēng)-浪-流禪合場數(shù)值 模擬模型，利用空間多點相關(guān)、時間同步和連續(xù)的風(fēng)-浪-流禪合場和潮位的觀測數(shù)據(jù)，對 風(fēng)-浪-流禪合場數(shù)值模擬模型進(jìn)行數(shù)值模擬、驗證和校準(zhǔn)后，最后結(jié)合歷史觀測數(shù)據(jù)，分 析得到作用在橋梁上各關(guān)鍵位置的空間相關(guān)、時間同步和連續(xù)的風(fēng)-浪-流禪合場特征參 數(shù)。
[0052] 本發(fā)明提供的跨海橋梁風(fēng)-浪-流禪合場觀測和模擬系統(tǒng)，實施和維護方便，經(jīng)濟 性好，適用范圍廣。
[0053] W上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括風(fēng)觀測系 統(tǒng)（1)、波流觀測系統(tǒng)（2)、潮位觀測系統(tǒng)（3)、數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)⑷和風(fēng)-浪-流耦合場 數(shù)值分析系統(tǒng)（5)，其中： 風(fēng)觀測系統(tǒng)（1)包括N個用以進(jìn)行多站同步沿高度的梯度風(fēng)觀測的風(fēng)觀測站（6)，這N個風(fēng)觀測站（6)設(shè)于橋位兩岸陸地開闊地帶（9)，N為大于或等于2的自然數(shù)； 波流觀測系統(tǒng)（2)包括M個用以進(jìn)行水深大于50m深海海域的多站同步的波面和分層 流速觀測的波流觀測站（10)，這M個波流觀測站（10)設(shè)于橋位附近水域（8)，坐落在橋位 附近海底（11)，M為大于或等于2的自然數(shù)； 潮位觀測系統(tǒng)（3)包括K個用以進(jìn)行多站同步潮位觀測的潮位觀測站（12)，這K個湖 位觀測站（12)設(shè)于橋位附近臨岸水域，K為大于或等于2的自然數(shù)； 數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)，通過有線或無線方式連接于風(fēng)觀測系統(tǒng)（1)、波流觀測系統(tǒng) (2)和潮位觀測系統(tǒng)（3)，實時或不定期采集并保存風(fēng)觀測系統(tǒng)（1)、波流觀測系統(tǒng)（2)和潮 位觀測系統(tǒng)（3)對風(fēng)、波浪、海流和潮位的觀測數(shù)據(jù)； 風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)（5)，連接于數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)，利用數(shù)據(jù)采集存 儲系統(tǒng)（4)采集的風(fēng)觀測數(shù)據(jù)得到橋位（7)區(qū)域的三維風(fēng)場，并利用數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4) 采集的波浪、海流、潮位觀測數(shù)據(jù)得到橋梁風(fēng)荷載作用關(guān)鍵點位置（14)、波浪和水流荷載作 用關(guān)鍵點位置（15)的空間相關(guān)、時間同步的風(fēng)-浪-流耦合場特征參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于， 所述風(fēng)觀測站（6)包括測風(fēng)塔（16)、風(fēng)速傳感器（17)和風(fēng)速采集設(shè)備（18)，其中，測風(fēng)塔 (16) 安裝在兩岸陸地開闊地帶（9)上；沿測風(fēng)塔（16)不同高度位置布置多層風(fēng)速傳感器 (17) ;在測風(fēng)塔（16)的下部安裝風(fēng)速采集設(shè)備（18)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于， 所述風(fēng)速傳感器（17)采用超聲風(fēng)速傳感器，采樣頻率fl多4Hz;風(fēng)速傳感器（17)進(jìn)行連 續(xù)的梯度風(fēng)觀測，獲得的風(fēng)觀測數(shù)據(jù)保存在風(fēng)速采集設(shè)備（18)中，同時風(fēng)速采集設(shè)備（18) 將風(fēng)觀測數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于， 所述波流觀測站（10)包括觀測底座（19)、波流觀測儀（20)、浮子（21)、釋放器（22)、重力 塊（23)和纜繩（24)，其中：波流觀測儀（20)固定在放置于橋位附近海底（11)的觀測底 座（19)上，觀測底座（19)與浮子（21)通過纜繩（24)相連；浮子（21)、釋放器（22)、重力 塊（23)自上而下依次通過纜繩（24)相連，浮子（21)位于橋位附近海面（25)下方，重力塊 (23)放置在橋位附近海底（11)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于， 所述波流觀測儀（20)同時進(jìn)行波浪和海流的連續(xù)觀測，采樣頻率f2多1Hz，獲得連續(xù)的波 浪和海流觀測數(shù)據(jù)，保存在波流觀測儀（20)的存儲卡中，觀測一段時間后打撈波流觀測儀 (20)將數(shù)據(jù)取出并傳送給數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于，所 述風(fēng)觀測系統(tǒng)（1)、波流觀測系統(tǒng)（2)和潮位觀測系統(tǒng)（3)用以實現(xiàn)臺風(fēng)期和非臺風(fēng)期風(fēng)、 波浪、海流和潮位的多點空間相關(guān)、時間同步和連續(xù)觀測，獲得風(fēng)場參數(shù)、波浪場參數(shù)、流場 參數(shù)和潮位的觀測數(shù)據(jù)，并實時或不定期傳送并保存在數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)，其中風(fēng)場參 數(shù)至少包括風(fēng)速和風(fēng)向，波浪場參數(shù)至少包括波高、波周期和波向，流場參數(shù)至少包括分層 流速和流向。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于，所 述風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)（5)包括考慮地形影響的三維風(fēng)場數(shù)值模擬模塊、SWAN 波浪場數(shù)值模擬模塊和風(fēng)暴潮數(shù)值模擬模塊，其中： 風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)（5)首先采用考慮橋位附近海峽兩岸地形（13)影響 的三維風(fēng)場數(shù)值模擬模塊，建立包含橋位附近海峽兩岸地形（13)的三維風(fēng)場模型，利用數(shù) 據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)采集的風(fēng)觀測數(shù)據(jù)對三維風(fēng)場模型進(jìn)行數(shù)值模擬、驗證和校準(zhǔn)后，分 析模擬得到橋位（7)區(qū)域的三維風(fēng)場； 然后，風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)（5)采用SWAN波浪場數(shù)值模擬模塊和風(fēng)暴潮 數(shù)值模擬模塊，建立橋位（7)區(qū)域的風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值模擬模型，利用分析模擬得到的 橋位（7)區(qū)域三維風(fēng)場和利用數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)（4)采集的波浪、海流、潮位觀測數(shù)據(jù)，對 風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值模擬模型進(jìn)行數(shù)值模擬、驗證和校準(zhǔn)后，最后結(jié)合歷史觀測數(shù)據(jù)，得 到橋梁風(fēng)荷載作用關(guān)鍵點位置（14)、波浪和水流荷載作用關(guān)鍵點位置（15)的空問相關(guān)、時 問同步的風(fēng)-浪-流耦合場特征參數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于， 所述風(fēng)_浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)（5)在得到橋梁風(fēng)荷載作用關(guān)鍵點位置（14)、波浪和 水流荷載作用關(guān)鍵點位置（15)的空間相關(guān)、時間同步的風(fēng)-浪-流耦合場特征參數(shù)的過程 中，風(fēng)-浪-流耦合場中風(fēng)速、波高和流速極值相關(guān)性的聯(lián)合概率分布選用M3Copula函數(shù)， 其函數(shù)表達(dá)式為：式中：Ul、ujPu3分別為風(fēng)速、波高和流速的邊緣分布函數(shù)，通過極值I型分布、威布爾 分布或?qū)?shù)正態(tài)分布擇優(yōu)擬合得到，^和9 2SM3Copula函數(shù)的參數(shù)，通過極大似然法、 適線法或矩法參數(shù)估計得到。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，其特征在于， 所述風(fēng)_浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)（5)在得到橋梁風(fēng)荷載作用關(guān)鍵點位置（14)、波浪和 水流荷載作用關(guān)鍵點位置（15)的空間相關(guān)、時間同步的風(fēng)-浪-流耦合場特征參數(shù)的過程 中，風(fēng)-浪-流耦合場中風(fēng)速、波高和流速極值選用復(fù)合極值模型，其概率分布函數(shù)為：式中^^和義3分別表示風(fēng)速、波高和流速，U^叫和U3為對應(yīng)的邊緣分布函數(shù)；C(Ui，u2，u3)為風(fēng)速、波高和周期聯(lián)合概率分布函數(shù)Chi，％，u3)的密度函數(shù)；A為Poisson分布 參數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種跨海橋梁風(fēng)-浪-流耦合場觀測和模擬系統(tǒng)，包括風(fēng)觀測系統(tǒng)、波流觀測系統(tǒng)、潮位觀測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)和風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)。風(fēng)觀測系統(tǒng)含多個風(fēng)觀測站，位于橋位兩岸陸地上，進(jìn)行梯度風(fēng)觀測。波流觀測系統(tǒng)含多個波流觀測站，位于橋位附近水域，進(jìn)行連續(xù)波面和分層流速觀測。潮位觀測系統(tǒng)含多個潮位觀測站，位于橋位附近臨岸水域。風(fēng)、波浪、海流、潮位的空間相關(guān)、時間同步和連續(xù)的觀測數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)?；谏鲜鲇^測數(shù)據(jù)，風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值分析系統(tǒng)建立風(fēng)-浪-流耦合場數(shù)值模擬模型，經(jīng)驗證和校準(zhǔn)后，結(jié)合歷史觀測數(shù)據(jù)，分析得到作用在橋梁上的空間相關(guān)、時間同步的風(fēng)-浪-流耦合場特征參數(shù)。
【IPC分類】G01P5/24, G01C13/00, G01P13/02
【公開號】CN105116165
【申請?zhí)枴緾N201510579241
【發(fā)明人】劉高, 張喜剛, 陳上有, 劉天成, 吳宏波, 程潛
【申請人】中交公路長大橋建設(shè)國家工程研究中心有限公司
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月11日