本發(fā)明涉及波浪觀測(cè)，具體涉及一種浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

1、波浪觀測(cè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂诒O(jiān)測(cè)和分析海洋表面的波浪動(dòng)態(tài)，通過結(jié)合物理海洋學(xué)、氣象學(xué)、水文學(xué)以及現(xiàn)代傳感技術(shù)，可以用于獲取海洋波浪的關(guān)鍵參數(shù)，如波高、周期、波向等。進(jìn)一步，利用浮標(biāo)、雷達(dá)、衛(wèi)星和傳感設(shè)備，波浪觀測(cè)技術(shù)能夠提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持海洋航行安全、海岸線管理、氣候變化研究和海洋能源開發(fā)，也在災(zāi)害預(yù)防和應(yīng)急響應(yīng)中扮演著關(guān)鍵角色，如通過分析波浪數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)暴潮和海嘯的潛在影響。

2、但是，現(xiàn)有的波浪觀測(cè)技術(shù)主要依賴于浮標(biāo)、雷達(dá)、衛(wèi)星和傳感設(shè)備，設(shè)備雖然可以提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持海洋航行安全、海岸線管理、氣候變化研究和海洋能源開發(fā)，但在數(shù)據(jù)的精度和全面性方面存在不足。浮標(biāo)和雷達(dá)等設(shè)備只能監(jiān)測(cè)特定位置的波浪數(shù)據(jù)，缺乏對(duì)大范圍海洋表面的全面監(jiān)測(cè)能力。衛(wèi)星雖然覆蓋范圍廣，但受限于分辨率和觀測(cè)頻率，難以捕捉到海面波浪的細(xì)微變化和短期波動(dòng)。傳感設(shè)備在應(yīng)對(duì)復(fù)雜海況時(shí)，會(huì)受到干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性降低?，F(xiàn)有技術(shù)在數(shù)據(jù)處理方面較為單一，未能充分利用現(xiàn)代圖像識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，導(dǎo)致對(duì)波浪形狀和表面紋理的分析不足，缺乏對(duì)波浪行為的全面分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力，在應(yīng)對(duì)突發(fā)海洋災(zāi)害時(shí)的預(yù)警能力有限，導(dǎo)致對(duì)風(fēng)暴潮和海嘯等災(zāi)害的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確，增加海洋作業(yè)和沿岸居民的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，以解決現(xiàn)有的波浪觀測(cè)技術(shù)存在的缺乏對(duì)大范圍海洋表面的全面監(jiān)測(cè)能力、難以捕捉到海面波浪的細(xì)微變化和短期波動(dòng)、缺乏對(duì)大范圍海洋表面的全面監(jiān)測(cè)能力等問題。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，浮標(biāo)上部平臺(tái)的底部設(shè)置有攝像頭，浮標(biāo)上部平臺(tái)位于浮標(biāo)平臺(tái)的上方，該裝置包括：圖像捕獲模塊、資源調(diào)整模塊、波高計(jì)算模塊、形態(tài)建模模塊、特征分析模塊和形態(tài)分析模塊；

3、圖像捕獲模塊，用于控制攝像頭圍繞浮標(biāo)平臺(tái)全方位旋轉(zhuǎn)并獲取目標(biāo)海面圖像集，以及將目標(biāo)海面圖像集分別發(fā)送至資源調(diào)整模塊、波高計(jì)算模塊和特征分析模塊；資源調(diào)整模塊，用于基于目標(biāo)海面圖像集，經(jīng)過優(yōu)先級(jí)處理方法和資源分配方法處理，得到優(yōu)化資源配置結(jié)果以及將優(yōu)化資源配置結(jié)果發(fā)送至波高計(jì)算模塊，優(yōu)化資源配置結(jié)果用于反映圖像處理任務(wù)優(yōu)化后的響應(yīng)速度和處理效率；波高計(jì)算模塊，用于基于優(yōu)化資源配置結(jié)果，利用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)目標(biāo)海面圖像集進(jìn)行識(shí)別處理，得到波高周期數(shù)據(jù)，以及將波高周期數(shù)據(jù)發(fā)送至形態(tài)建模模塊；形態(tài)建模模塊，用于基于波高周期數(shù)據(jù)，利用黎曼幾何方法對(duì)波浪要素的形態(tài)進(jìn)行建模，得到波浪幾何模型，以及將波浪幾何模型發(fā)送至特征分析模塊；特征分析模塊，用于利用波浪幾何模型，對(duì)目標(biāo)海面圖像集中波浪要素的波峰和波谷進(jìn)行識(shí)別，得到波浪特征數(shù)據(jù)，以及將波浪特征數(shù)據(jù)發(fā)送至形態(tài)分析模塊；形態(tài)分析模塊，用于基于波浪特征數(shù)據(jù)，利用預(yù)設(shè)預(yù)測(cè)模型對(duì)波浪行為的規(guī)律性和變化趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別評(píng)估，得到波浪行為分析結(jié)果。

4、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，通過控制設(shè)置在浮標(biāo)上部平臺(tái)的底部的攝像頭圍繞浮標(biāo)平臺(tái)全方位旋轉(zhuǎn)，可以實(shí)時(shí)捕捉海面波浪要素的實(shí)時(shí)變化，查驗(yàn)波浪要素的圖像完整性并得到對(duì)應(yīng)的目標(biāo)海面圖像集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大范圍海洋表面的全面監(jiān)測(cè)。進(jìn)一步，通過優(yōu)先級(jí)處理方法和資源分配方法，可以確保圖像數(shù)據(jù)處理的效率。進(jìn)一步，在波高計(jì)算模塊中通過圖像識(shí)別技術(shù)確定波高周期數(shù)據(jù)，不僅提高了測(cè)量精度，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)波浪變化。進(jìn)一步，在形態(tài)建模模塊中通過黎曼幾何方法進(jìn)行波浪要素形態(tài)建模，并在特征分析模塊中利用建模得到的波浪幾何模型識(shí)別波浪要素的波峰和波谷并得到波浪特征數(shù)據(jù)，最后，在形態(tài)分析模塊中結(jié)合預(yù)設(shè)預(yù)測(cè)模型對(duì)波浪行為的規(guī)律性和變化趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別評(píng)估，可以得到波浪行為的規(guī)律性和變化趨勢(shì)，為海洋環(huán)境變化監(jiān)測(cè)、海上作業(yè)安全、海洋能源設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行、氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性提升等方面提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。因此，通過實(shí)施本發(fā)明，可以充分利用圖像識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，提高了對(duì)波浪形狀和表面紋理的分析能力，進(jìn)而提高了對(duì)波浪行為的全面分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力。

5、在一種可選的實(shí)施方式中，圖像捕獲模塊包括：角度調(diào)整子模塊、捕獲子模塊和圖像審核子模塊；

6、角度調(diào)整子模塊，用于調(diào)整攝像頭的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)并獲取攝像頭的位置調(diào)整數(shù)據(jù)集，以及將位置調(diào)整數(shù)據(jù)集發(fā)送至捕獲子模塊；捕獲子模塊，用于基于位置調(diào)整數(shù)據(jù)集，控制攝像頭旋轉(zhuǎn)獲取初始海綿圖像集，并對(duì)初始海綿圖像集進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記得到時(shí)間標(biāo)記表，以及將時(shí)間標(biāo)記表發(fā)送至圖像審核子模塊；圖像審核子模塊，用于對(duì)時(shí)間標(biāo)記表進(jìn)行分析處理，得到目標(biāo)海面圖像集。

7、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，首先通過角度調(diào)整子模塊可以調(diào)整攝像頭的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)而可以使得攝像頭圍繞浮標(biāo)平臺(tái)全方位旋轉(zhuǎn)。其次，在得到的攝像頭的位置調(diào)整數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，可以通過捕獲子模塊控制攝像頭旋轉(zhuǎn)并獲取對(duì)應(yīng)的初始海綿圖像集，保證了像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和連續(xù)性。進(jìn)一步，對(duì)初始海綿圖像集進(jìn)行時(shí)間戳標(biāo)記，可以實(shí)時(shí)反映圖像捕捉的具體時(shí)刻。最后，利用圖像審核子模塊對(duì)得到的時(shí)間標(biāo)記表進(jìn)行分析處理，可以得到最終的目標(biāo)海面圖像集，提高了圖像的準(zhǔn)確度。因此，通過實(shí)施本發(fā)明，以實(shí)時(shí)捕捉海面波浪要素的實(shí)時(shí)變化，查驗(yàn)波浪要素的圖像完整性并得到對(duì)應(yīng)的目標(biāo)海面圖像集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大范圍海洋表面的全面監(jiān)測(cè)。

8、在一種可選的實(shí)施方式中，資源調(diào)整模塊，包括：性能評(píng)估子模塊、優(yōu)先級(jí)配置子模塊和資源分配子模塊；

9、性能評(píng)估子模塊，用于對(duì)目標(biāo)海面圖像集進(jìn)行處理和分析，得到性能參數(shù)集，以及將性能參數(shù)集發(fā)送至優(yōu)先級(jí)配置子模塊，性能參數(shù)集用于反映目標(biāo)海面圖像的處理速度和存儲(chǔ)容量；優(yōu)先級(jí)配置子模塊，用于基于性能參數(shù)集對(duì)目標(biāo)海面圖像集的圖像處理優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)圖像處理優(yōu)先級(jí)，以及將目標(biāo)圖像處理優(yōu)先級(jí)發(fā)送至資源分配子模塊；資源分配子模塊，用于利用目標(biāo)圖像處理優(yōu)先級(jí)，對(duì)資源分配進(jìn)行優(yōu)化，得到優(yōu)化資源配置結(jié)果。

10、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，首先通過性能評(píng)估子模塊確定用于反映目標(biāo)海面圖像的處理速度和存儲(chǔ)容量的性能參數(shù)集。其次，利用優(yōu)先級(jí)配置子模塊對(duì)圖像處理優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)整，可以確保圖像數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。最后，在調(diào)整后的目標(biāo)圖像處理優(yōu)先級(jí)的基礎(chǔ)上，利用資源分配子模塊對(duì)資源分配進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)提高對(duì)波浪行為的全面分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力提供了支持。

11、在一種可選的實(shí)施方式中，優(yōu)先級(jí)配置子模塊，包括：確定單元和配置單元；

12、確定單元，用于基于性能參數(shù)集確定圖像處理需求，以及將圖像處理需求發(fā)送至配置單元；配置單元，用于利用圖像處理需求對(duì)目標(biāo)海面圖像集的圖像處理優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)整，得到目標(biāo)圖像處理優(yōu)先級(jí)。

13、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，通過結(jié)合圖像處理需求對(duì)圖像處理優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)整，可以更精準(zhǔn)地確保圖像數(shù)據(jù)處理的效率和準(zhǔn)確性。

14、在一種可選的實(shí)施方式中，資源分配子模塊，包括：計(jì)算單元和分配單元；

15、計(jì)算單元，用于利用目標(biāo)圖像處理優(yōu)先級(jí)，計(jì)算第一資源需求量和第二資源需求量，以及將第一資源需求量和第二資源需求量發(fā)送至分配單元，第一資源需求量用于反映圖像處理任務(wù)的資源需求，第二資源需求量用于反映圖像存儲(chǔ)任務(wù)的資源需求；分配單元，用于基于第一資源需求量和第二資源需求量，經(jīng)過資源分配算法處理，得到優(yōu)化資源配置結(jié)果。

16、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，通過結(jié)合反映圖像處理任務(wù)和圖像存儲(chǔ)任務(wù)的資源需求進(jìn)行資源分配優(yōu)化，提高了優(yōu)化資源配置結(jié)果的準(zhǔn)確性。

17、在一種可選的實(shí)施方式中，波高計(jì)算模塊，包括：要素測(cè)量子模塊、圖像處理子模塊和波高分析子模塊；

18、要素測(cè)量子模塊，用于基于優(yōu)化資源配置結(jié)果，利用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)目標(biāo)海面圖像集進(jìn)行加載和分析并生成波浪要素?cái)?shù)據(jù)，以及將波浪要素?cái)?shù)據(jù)發(fā)送至圖像處理子模塊；圖像處理子模塊，用于利用波浪要素?cái)?shù)據(jù)對(duì)目標(biāo)海面圖像集進(jìn)行優(yōu)化處理并識(shí)別波浪要素變化的關(guān)鍵特征，生成波浪輪廓數(shù)據(jù)，以及將波浪輪廓數(shù)據(jù)發(fā)送至波高分析子模塊；波高分析子模塊，用于利用波浪輪廓數(shù)據(jù)對(duì)波浪的高度和周期性特征進(jìn)行評(píng)估，得到波高周期數(shù)據(jù)。

19、在一種可選的實(shí)施方式中，形態(tài)建模模塊，包括：數(shù)據(jù)分析子模塊、曲面測(cè)量子模塊和建模子模塊；

20、數(shù)據(jù)分析子模塊，用于基于波高周期數(shù)據(jù)，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)分析方法處理，得到波高周期性分析結(jié)果，以及將波高周期性分析結(jié)果發(fā)送至曲面測(cè)量子模塊；曲面測(cè)量子模塊，用于利用波高周期性分析結(jié)果對(duì)波浪物理屬性進(jìn)行解析，得到波浪曲面特征數(shù)據(jù)，以及將波浪曲面特征數(shù)據(jù)發(fā)送至建模子模塊；建模子模塊，用于基于波浪曲面特征數(shù)據(jù)，利用黎曼幾何方法對(duì)波浪要素的形態(tài)進(jìn)行建模，得到波浪幾何模型。

21、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，利用數(shù)據(jù)分析子模塊對(duì)波高周期數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，并根據(jù)得到的波高周期性分析結(jié)果，利用曲面測(cè)量子模塊解析波浪物理屬性，最后，在建模子模塊中根據(jù)解析得到的波浪曲面特征數(shù)據(jù)，采用黎曼幾何方法進(jìn)行波浪要素形態(tài)建模，提高了模型的魯棒性，為后續(xù)提高對(duì)波浪行為的全面分析和趨勢(shì)預(yù)測(cè)能力提供了支持。

22、在一種可選的實(shí)施方式中，數(shù)據(jù)分析子模塊，包括：數(shù)據(jù)處理單元和分析單元；

23、數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)波高周期數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選并將篩選后的波高周期數(shù)據(jù)發(fā)送至分析單元；分析單元，用于利用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)篩選后的波高周期數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別，得到波高周期性分析結(jié)果。

24、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，通過數(shù)據(jù)處理單元對(duì)波高周期數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

25、在一種可選的實(shí)施方式中，特征分析模塊，包括：模型應(yīng)用子模塊、定位計(jì)算子模塊和波動(dòng)趨勢(shì)分析子模塊；

26、模型應(yīng)用子模塊，用于對(duì)波浪幾何模型的模型數(shù)據(jù)進(jìn)行加載解析，得到幾何模型解析結(jié)果，以及將幾何模型解析結(jié)果發(fā)送至定位計(jì)算子模塊；定位計(jì)算子模塊，用于利用幾何模型解析結(jié)果，對(duì)目標(biāo)海面圖像集中波浪要素中的波峰和波谷進(jìn)行識(shí)別并生成波峰波谷定位數(shù)據(jù)，以及將波峰波谷定位數(shù)據(jù)發(fā)送至波動(dòng)趨勢(shì)分析子模塊；波動(dòng)趨勢(shì)分析子模塊，用于基于波峰波谷定位數(shù)據(jù)，對(duì)波浪的波動(dòng)趨勢(shì)和幅度變化進(jìn)行分析并生成波浪特征數(shù)據(jù)。

27、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，通過對(duì)波浪幾何模型的模型解析結(jié)果可以識(shí)別并定位波浪要素中的波峰和波谷，進(jìn)一步，通過波峰波谷定位數(shù)據(jù)可以對(duì)波浪的波動(dòng)趨勢(shì)和幅度變化進(jìn)行分析并生成波浪特征數(shù)據(jù)，提高了波浪特征數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

28、在一種可選的實(shí)施方式中，形態(tài)分析模塊，包括：數(shù)據(jù)處理子模塊、行為模式比較子模塊和行為評(píng)估子模塊；

29、數(shù)據(jù)處理子模塊，用于利用波浪特征數(shù)據(jù)進(jìn)行波浪形態(tài)識(shí)別，得到波浪形態(tài)數(shù)據(jù)，以及將波浪形態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送至行為模式比較子模塊；行為模式比較子模塊，用于基于波浪形態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)波浪行為的一致性和差異性進(jìn)行分析，生成波浪模式差異分析結(jié)果，以及將波浪模式差異分析結(jié)果發(fā)送至行為評(píng)估子模塊；行為評(píng)估子模塊，用于基于波浪模式差異分析結(jié)果，利用預(yù)設(shè)預(yù)測(cè)模型對(duì)波浪行為的規(guī)律性和變化趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別評(píng)估，得到波浪行為分析結(jié)果。

30、本發(fā)明提供的浮標(biāo)平臺(tái)波浪要素觀測(cè)裝置，通過波浪特征數(shù)據(jù)進(jìn)行波浪形態(tài)識(shí)別并利用得到的波浪形態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)波浪行為的一致性和差異性進(jìn)行分析后利用預(yù)設(shè)預(yù)測(cè)模型對(duì)波浪行為的規(guī)律性和變化趨勢(shì)進(jìn)行識(shí)別評(píng)估，提高了波浪行為分析結(jié)果的精準(zhǔn)度，為海洋環(huán)境變化監(jiān)測(cè)、海上作業(yè)安全、海洋能源設(shè)施優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行、氣象預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性提升等方面提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持。