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自然资源部海洋一所科研团队在浮标姿态预测方面取得新进展！

学术   2024-11-15 21:43   天津  


近日，自然资源部海洋一所海气中心白龙浮标研发团队在海洋浮标姿态预测研究方面取得了重要进展。该团队基于前期收集的浮标姿态数据，深入研究浮标姿态变化趋势，实现了对浮标姿态的预测。

海洋浮标作为观测海洋要素的主要工具，其运动主要受到海洋动力环境的影响。动力环境的变化会对浮标平台及其搭载仪器的可靠性产生直接影响，从而导致测量误差，进而影响海洋观测数据的质量和浮标工作的安全性。此外，浮标的运输、布放和维护成本也会有所增加。因此，对浮标的运动姿态进行精确预测显得尤为重要。

然而，短时浮标姿态具有高频性、非平稳性和波动性等特征，这些随机性和波动性给姿态预测带来了很大挑战。为了攻克这一难题，研究团队创新性地提出了一种基于多模态分解的浮标姿态预测方法。该方法采用变分模态分解（VMD）技术，将浮标的运动信号分解成多个频率尺度，从而有效减小非线性信号对预测的影响。在每个频率尺度中，研究团队引入了双向门控循环单元（BiGRU）模型，以捕捉浮标运动的内在规律，增强数据特征提取能力，从而提高预测的精度和鲁棒性。

此外，研究团队还对不同模型在浮标运动数据上的预测误差进行了详细分析。结果显示，VMD-BiGRU模型在预测精度上具有显著优势，并且在处理大振幅特征数据时同样表现出强大的预测能力，进一步验证了其在不同条件下的可靠性。

这项研究为浮标平台的短期运动预测提供了新的方法和思路，有望在海洋工程领域得到广泛应用。相关研究成果已发表于知名期刊《Ocean Engineering》，第一作者为自然资源部海洋一所海气中心硕士研究生刘英杰，通讯作者为海气中心正高级工程师宁春林。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.119237


图一: VMD-BiGRU模型结构示意图

图二: Dataset1中VMD-BiGRU与BiGRU在Step1实际预测效果对比

  • 信息来源：自然资源部海洋一所。
    转载请注明信息来源及海洋知圈编排。

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