一种近海区域盐雾预测修正及准确度评估方法与流程

1.本发明涉及一种近海区域盐雾预测修正及准确度评估方法。


背景技术：

2.盐雾是由在大气中悬浮的气溶液状的氯化钠所构成的一种弥散系统。盐雾主要是由于海水作用而形成的。在海水运动中，海水剧烈涌动、海浪拍打海岸等活动使得海水产生了大量的气泡和泡沫，这些气泡在破碎的时候就会产生一些微小的液滴，其中大部分的液滴会因为地球重力的作用而落到地面；另一部分则会分布在海面上，随着气流运动进入到空气中，经过裂变、蒸发等一系列过程形成了弥散系统，并形成了大气盐核，最终形成盐雾。
3.在温度、相对湿度、降雨量、盐雾浓度、盐雾沉积率等环境条件的影响下，沿海区域的工程装备金属部件非常容易发生腐蚀，包括风力发电机组、光伏系统、电力设施、高速铁路等。盐雾极大地加速了沿海工程装备的腐蚀老化速率，有必要在设计及运维阶段准确掌握不同沿海区域不同时间段的盐雾含量，进而针对性地开展防盐雾防腐蚀设计和维护。
4.盐雾含量可通过现场监测获取，但监测时间长、监测结果受环境波动性影响大，基于环境数据进行盐雾预测可有效评估环境的长期盐雾含量，但其预测准确度是工程技术人员合理运用盐雾预测结果的关键条件。因此，本发明提出近海区域盐雾预测修正及准确度评估方法，可有效修正盐雾预测结果，并准确评估盐雾预测结果的准确度，提升盐雾预测结果对新能源等多个行业应用的指导价值。


技术实现要素：

5.本发明首先提供一种近海区域盐雾预测修正方法，目的在于提升盐雾预测结果的准确度，为沿海区域风电、光伏、电力、高铁等设施设备的设计和运维提供更加准确全面的盐雾数据。另外，本发明还提供一种上述预测修正结果的准确度评估方法，为工程技术人员运用盐雾预测结果提供了可信度依据。
6.一种近海区域盐雾预测修正方法，包括以下步骤：
7.1)对预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率进行预测计算；
8.2)查找预测点附近10km范围内的历史实测盐雾数据，基于历史实测盐雾数据对盐雾预测结果进行修正，修正公式为：
[0009][0010]
式(1)中：s
修正
为预测点的盐雾修正结果；s
预测
为预测点的盐雾预测结果；l为常系数，1≤l≤5；s
′
实测
为实测点的历史实测盐雾数据；s
′
预测
为实测点的盐雾预测数据；l为预测点与实测点的距离，1≤l≤10，单位km。
[0011]
所述准确度评估方法还进一步包括如下步骤：
[0012]
3)构建盐雾预测准确度影响指标体系，基于层次分析法确定盐雾预测准确度影响指标的权重值；
[0013]
其中，构建的指标体系的层次架构模型如下：
[0014]
将盐雾预测准确度影响指标体系分为一级指标，包括地理地形信息、气象数据、海洋环境数据，其中，地理地形信息包括离岸距离、海岸地貌类型、海拔高度3个二级指标，气象数据包括风速、风向、温度、湿度4个二级指标，海洋环境数据包括周期、浪高、海水盐度、海水温度4个二级指标；
[0015]
4)制定盐雾预测准确度评价指标状态的评分值，评估盐雾预测准确度；
[0016]
盐雾预测准确度评估公式为：
[0017][0018]
式中：p为盐雾预测准确度，单位为％；αi为第i个指标的综合权重；pi为第i个指标的评分值。
[0019]
步骤3)中基于层次分析法确定盐雾预测准确度影响指标的权重值包括如下步骤：
[0020]
a)构建各层级指标的判断矩阵
[0021]
根据各级指标的重要程度对比，采用成对比较法和九级标度法为判断矩阵x的要素赋值，判断矩阵x如下所示:
[0022][0023]
式中:元素a
ik
为第i个指标和第k个指标的相对重要性标度，a
ik
＞0，a
ii
＝1且a
ik
＝1/a
ki
；y为一级指标数量或者某个一级指标下的二级指标数量；
[0024]
b)判断矩阵的一致性校验
[0025]
判断矩阵的一致性指标ci和一致性比率cr的计算式分别为:
[0026]ci
＝(λ
max-y)/(y-1)
[0027]cr
＝ci/ri[0028]
式中：λ
max
为判断矩阵的最大特征值；ri为平均随机一致性指标；
[0029]
当cr＜0.1时，则可认为判断矩阵满足一致性要求，否则要对各指标相互的重要程度进行调整直至通过一致性检验；
[0030]
c)确定指标权重
[0031]
判断矩阵通过一致性检验后，求取判断矩阵最大特征值λ
max
对应的特征向量d，如下式所示：
[0032][0033]
对特征向量d做标准化处理，即可得到各指标的权重，如下式所示：
[0034][0035]
式中：ei为第i个指标在其层级指标中所占的权重。
[0036]
步骤1)中预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率根据中国发明专利申请202111416555.0，《一种海洋盐雾近海空间分布预测方法》中的方法计算得到。
[0037]
步骤4)中制定的评价指标状态与评分值如表2所示。
[0038]
所述l具体根据历史实测数据测试时间与预测时间间隔的年数取值，2年内l取值为5；3-4年取值为4,；5-6年取值为3；7-8年取值为2；8年以上取值为1。
[0039]
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0040]
1)本发明基于预测点附近的实测盐雾数据对盐雾预测结果进行修正，提升了盐雾预测结果的准确性和可信度；
[0041]
2)本发明有效评估了盐雾预测结果的准确度，提升了盐雾预测结果的完整性，为工程技术人员有效应用盐雾预测结果提供了重要的可信度依据。
附图说明
[0042]
图1为2020年至2022年期间的温度、相对湿度、风速、风向的逐小时气象数据；
[0043]
图2预测点2020年～2022年盐雾预测数据。
具体实施方式
[0044]
以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明。
[0045]
图1反映了一种近海区域盐雾预测、修正及准确度评估方法的具体流程。近海区域盐雾预测、修正及准确度评估方法包括：
[0046]
1)获取盐雾预测所需的基础数据，包括地理地形信息、气象数据、海洋环境数据等。所述的地理地形信息包括离岸距离、海岸地貌类型、海拔高度，其中离岸距离是指预测点到海岸线的最小距离，海岸地貌类型包括岩礁、滩涂、人工海岸3种类型；所述的气象数据包括风速、风向、温度、湿度，气象数据的地理范围包括预测点以及预测点到海岸线的沿海区域；所述的海洋环境数据包括周期、浪高、海水盐度、海水温度，海洋环境数据的地理范围为预测点附近的近海区域。
[0047]
2)对基础数据进行处理：根据预测点的经纬度坐标及预测点的风向确定预测时段内风的类型，若为陆风，则预测时段内盐雾浓度为0、预测时段内盐雾沉降量为0；若为海风，则根据预测点及风向确定风向路径上的海岸，并从海岸类型库中搜索该海岸的海岸类型、从海洋环境数据库中搜索该海岸附近海域的周期、浪高、海水盐度、海水温度；盐雾的传播距离为预测点沿着风向路径到海岸线的距离，进而对预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率进行预测计算。
[0048]
3)查找预测点附近10km范围内的历史实测盐雾数据，基于历史实测盐雾数据对盐雾预测结果进行修正，修正公式为：
[0049][0050]
式(1)中：s
修正
为预测点的盐雾修正结果；s
预测
为预测点的盐雾预测结果；l为常系数，1≤l≤5；s
′
实测
为实测点的历史实测盐雾数据；s
′
预测
为实测点的盐雾预测数据；l为预测点与实测点的距离，1≤l≤10，单位km。
[0051]
4)构建盐雾预测准确度影响指标体系，基于层次分析法确定盐雾预测准确度影响指标的权重值，具体步骤包括：
[0052]
a)构建指标体系的层次架构模型。将盐雾预测准确度影响指标体系分为一级指标(地理地形信息、气象数据、海洋环境数据)，地理地形信息包括离岸距离、海岸地貌类型、海拔高度3个二级指标，气象数据包括风速、风向、温度、湿度4个二级指标，海洋环境数据包括周期、浪高、海水盐度、海水温度4个二级指标。
[0053]
b)构建各层级指标的判断矩阵。根据各级指标的重要程度对比，采用成对比较法和九级标度法为判断矩阵的要素赋值，判断矩阵x如下所示:
[0054][0055]
式中:元素a
ik
为第i个指标和第k个指标的相对重要性标度，a
ik
＞0，a
ii
＝1(表示i＝k时，a
ik
＝1)且a
ik
＝1/a
ki
；y为一级指标数量或者某个一级指标下的二级指标数量。
[0056]
c)判断矩阵的一致性校验。由于判断矩阵是对主观判断的数值体现，与指标的客观数值的重要程度存在一定的差异，为此需对判断矩阵进行一致性校验。判断矩阵的一致性指标ci和一致性比率cr的计算式分别为:
[0057]ci
＝(λ
max-y)/(y-1)
[0058]cr
＝ci/ri[0059]
式中：λ
max
为判断矩阵的最大特征值；ri为平均随机一致性指标，ri只与y有关，其取值见表1。
[0060]
表1平均随机一致性指标的取值
[0061][0062]ci
的值越大，表明判断矩阵的一致性越差。当cr＜0.1时，则可认为判断矩阵满足一致性要求，否则要对各指标相互的重要程度进行调整直至通过一致性检验。
[0063]
d)确定指标权重。判断矩阵通过一致性检验后，求取判断矩阵最大特征值λ
max
对应的特征向量d，如下式所示：
[0064][0065]
对特征向量d做标准化处理，即可得到各指标的权重，如下式所示：
[0066][0067]
式中：ei为第i个指标在该层级指标中所占的权重。
[0068]
5)制定盐雾预测准确度评价指标状态的评分值，评估盐雾预测准确度。盐雾预测准确度评价指标状态的评分值为：
[0069]
表2
[0070]
[0071][0072]
盐雾预测准确度评估公式为：
[0073][0074]
式中：p为盐雾预测准确度；αi为第i个指标的综合权重；pi为第i个指标的评分值。
[0075]
以下是本发明方法的一个实际算例，以我国东部沿海某一岛屿为例开展盐雾预测的修正结果及准确度评估计算，预测点坐标为122
°
06'00"e、29
°
46'58"n，预测点沿海为典型人工海岸地貌。本次预测点紧靠东海，环境中盐雾浓度主要受季风影响。预测点2020年至2022年期间的温度、相对湿度、风速、风向的逐小时气象数据如下图1所示。
[0076]
将基础数据代入盐雾预测模型得到预测点1m高度处2020年至2022年期间平均盐雾浓度为0.076mg
·
m-3
，盐雾沉降率为37.348mg
·
m-2
·
d-1
，140m高度处平均盐雾浓度为0.049mg
·
m-3
，盐雾沉降率为25.982mg
·
m-2
·
d-1
，1m高度和140m高度不同季节的盐雾预测结果见图2。具体预测方法可参见中国发明专利申请202111416555.0，《一种海洋盐雾近海空间分布预测方法》。
[0077]
修正计算实例如下：
[0078]
盐雾历史实测数据库中有一实测点距预测点5.6km，2020年实测盐雾数据为平均盐雾浓度为0.058mg
·
m-3
，盐雾沉降率为28.241mg
·
m-2
·
d-1
。基于实测数据和公式1进行修正，l取为5，修正后的平均盐雾浓度为0.070mg
·
m-3
，盐雾沉降率为35.552mg
·
m-2
·
d-1
(该位置的实测数据见本说明书倒数第2段)。
[0079]
上述l具体根据历史实测数据测试时间与预测时间间隔的年数取值，2年内l取值为5；3-4年取值为4,；5-6年取值为3；7-8年取值为2；8年以上取值为1。
[0080]
盐雾实测一般参照国家标准《gb/t 10593.2电工电子产品环境参数测量方法第2部分盐雾》，一般认为盐雾实测结果是准确的。因此，采用准确的盐雾实测数据来修正盐雾预测数据是可行的。
[0081]
如：山东潍坊昌邑县某沿海约4km、10m高度的位置，2019年预测盐雾浓度为0.033mg
·
m-3
，基于2012年预测点附近7.2km位置的历史实测数据修正后盐雾浓度为0.0353mg
·
m-3
(l取值为2)，2019年预测点实测盐雾浓度为0.037mg
·
m-3
。可见，修正后的盐雾预测结果相比修正前更接近实际测量结果。
[0082]
又如辽宁营口某项目(预测点位置为：北纬40
°
34'13.97"、东经122
°
11'9.09"、高度40m)，2021年10月至2022年10月预测盐雾浓度为0.047mg
·
m-3
，基于2018年预测点附近3.5km位置的历史实测数据(l取值为4)修正后盐雾浓度为0.0541mg
·
m-3
，2022年预测点实测盐雾浓度为0.0605mg
·
m-3
。修正后的盐雾预测结果相比修正前更接近实际测量结果。
[0083]
准确度评估计算实例如下：
[0084]
构建各层级指标的判断矩阵。
[0085]
地理地形信息中的二级指标的重要程度赋值如下表所示。指标的赋值与评分是根据多位行业专家评估并求平均值得到。
[0086]
表3地理地形信息判断矩阵
[0087] 离岸距离海岸地貌类型海拔高度离岸距离135海岸地貌类型1/312海拔高度0.20.51
[0088]
气象数据中的二级指标的重要程度赋值如下表所示。
[0089]
表4气象数据判断矩阵
[0090][0091][0092]
海洋环境数据中的二级指标的重要程度赋值如下表所示。
[0093]
表5海洋环境数据判断矩阵
[0094] 周期浪高海水盐度海水温度周期1246浪高1/2123海水盐度1/41/212海水温度1/61/31/21
[0095]
一级指标的重要程度赋值如下表所示。
[0096]
表6一级指标判断矩阵
[0097] 气象地理地形海洋气象125地理地形1/213海洋1/51/31
[0098]
判断矩阵通过一致性检验后，求取其最大特征向量并做标准化处理，即可得到各指标的权重。
[0099]
表7指标权重
[0100]
指标权重指标权重离岸距离20％温度2.9％海岸地貌类型7.1％周期5.7％海拔高度3.8％浪高2.8％
风速25.3％海水盐度1.5％风向25.3％海水温度0.9％湿度4.7％
ꢀꢀ
[0101]
对盐雾预测准确度评价指标状态进行评分。
[0102]
表8评价指标状态评分
[0103]
指标状态评分离岸距离离岸距离≤1km100海岸地貌类型有100海拔高度有100风速逐日平均风速90风向逐日平均风向90湿度逐小时平均湿度100温度逐小时平均温度100海水盐度年平均数据90浪高年平均数据90海水温度年平均数据90周期年平均数据90
[0104]
根据指标权重、评分值等代入公式(5)，计算得到盐雾预测的准确度评估结果为87.10％。
[0105]
2022年对预测位置(122
°
06'00"e、29
°
46'58"n)进行现场测试，测试参照国家标准《gb/t 10593.2电工电子产品环境参数测量方法第2部分盐雾》，盐雾浓度采用大气采样法取样后，在实验室基于分光光度法进行分析测定，测得盐雾浓度为0.067mg
·
m-3
，与预测修正结果偏差为4.48％。盐雾沉降量采用挂膜采样分析法，采样后取下滤膜用蒸馏水溶解下表面沉积的盐，作为测试溶液，使用氯离子浓度测试仪分析测试溶液中的氯离子含量，再根据标准公式计算出盐雾沉降量为32.046mg
·
m-2
·
d-1
，与预测修正结果偏差为10.94％。可以看出，盐雾浓度与盐雾沉降量的偏差范围都在准确度评估结果对应的偏差范围12.9％之内。
[0106]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的修改、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种近海区域盐雾预测修正方法，其特征在于，所述盐雾预测修正方法包括以下步骤：1)对预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率进行预测计算；2)查找预测点附近10km范围内的历史实测盐雾数据，基于历史实测盐雾数据对盐雾预测结果进行修正，修正公式为：式(1)中：s
修正
为预测点的盐雾修正结果；s
预测
为预测点的盐雾预测结果；l为常系数，1≤l≤5；s
′
实测
为实测点的历史实测盐雾数据；s
′
预测
为实测点的盐雾预测数据；l为预测点与实测点的距离，1≤l≤10，单位km。2.一种近海区域盐雾预测修正及准确度评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)对预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率进行预测计算；2)查找预测点附近10km范围内的历史实测盐雾数据，基于历史实测盐雾数据对盐雾预测结果进行修正，修正公式为：式(1)中：s
修正
为预测点的盐雾修正结果；s
预测
为预测点的盐雾预测结果；l为常系数，1≤l≤5；s
′
实测
为实测点的历史实测盐雾数据；s
′
预测
为实测点的盐雾预测数据；l为预测点与实测点的距离，1≤l≤10，单位km；3)构建盐雾预测准确度影响指标体系，基于层次分析法确定盐雾预测准确度影响指标的权重值；其中，构建的指标体系的层次架构模型如下：将盐雾预测准确度影响指标体系分为一级指标，包括地理地形信息、气象数据、海洋环境数据，其中，地理地形信息包括离岸距离、海岸地貌类型、海拔高度3个二级指标，气象数据包括风速、风向、温度、湿度4个二级指标，海洋环境数据包括周期、浪高、海水盐度、海水温度4个二级指标；4)制定盐雾预测准确度评价指标状态的评分值，评估盐雾预测准确度；盐雾预测准确度评估公式为：式中：p为盐雾预测准确度，单位为％；α
i
为第i个指标的综合权重；p
i
为第i个指标的评分值。3.根据权利要求2所述的盐雾预测修正及准确度评估方法，其特征在于，步骤3)中基于层次分析法确定盐雾预测准确度影响指标的权重值包括如下步骤：a)构建各层级指标的判断矩阵根据各级指标的重要程度对比，采用成对比较法和九级标度法为判断矩阵x的要素赋值，判断矩阵x如下所示:
式中:元素a
ik
为第i个指标和第k个指标的相对重要性标度，a
ik
＞0，a
ii
＝1且a
ik
＝1/a
ki
；y为一级指标数量或者某个一级指标下的二级指标数量；b)判断矩阵的一致性校验判断矩阵的一致性指标c
i
和一致性比率c
r
的计算式分别为:c
i
＝(a
max-y)/(y-1)c
r
＝c
i
/r
i
式中：λ
max
为判断矩阵的最大特征值；r
i
为平均随机一致性指标；当c
r
＜0.1时，则可认为判断矩阵满足一致性要求，否则要对各指标相互的重要程度进行调整直至通过一致性检验；c)确定指标权重判断矩阵通过一致性检验后，求取判断矩阵最大特征值λ
max
对应的特征向量d，如下式所示：对特征向量d做标准化处理，即可得到各指标的权重，如下式所示：式中：e
i
为第i个指标在其层级指标中所占的权重。4.根据权利要求2所述的盐雾预测修正及准确度评估方法，其特征在于，步骤1)中预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率根据中国发明专利申请202111416555.0，《一种海洋盐雾近海空间分布预测方法》中的方法计算得到。5.根据权利要求2所述的盐雾预测修正及准确度评估方法，其特征在于，步骤4)中制定的评价指标状态与评分值如说明书表2所示。6.根据权利要求1所述的盐雾预测修正及准确度评估方法，其特征在于，所述l具体根据历史实测数据测试时间与预测时间间隔的年数取值，2年内l取值为5；3-4年取值为4；5-6年取值为3；7-8年取值为2；8年以上取值为1。

技术总结
本发明提供一种近海区域盐雾预测修正及准确度评估方法，所述盐雾预测修正方法包括如下步骤：1)对预测点的盐雾浓度、盐雾沉积率进行预测计算；2)查找预测点附近10km范围内的历史实测盐雾数据，基于历史实测盐雾数据根据公式(1)对盐雾预测结果进行修正；所述盐雾预测修正及准确度评估方法还进一步包括：3)构建盐雾预测准确度影响指标体系，基于层次分析法确定盐雾预测准确度影响指标的权重值；4)制定盐雾预测准确度评价指标状态的评分值，评估盐雾预测准确度。本发明盐雾预测修正及准确度评估方法，能够基于实测数据对盐雾预测结果进行修正，提升预测准确性，并基于预测过程数据对预测准确度进行评估，提升盐雾预测结果对行业应用的指导价值。用的指导价值。用的指导价值。


技术研发人员：黄廷城 陈川 汪洋 朱宸 王俊 向利 揭敢新 赵雪茹
受保护的技术使用者：中国电器科学研究院股份有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/12