水下固定点压强波动分析及其绝对高程测量新方法研究

摘要

沿岸工程施工经常遇到水下构筑物高程精确测量和控制的问题。传统的测量方法是使用水准仪或GPS配合尺杆将绝对高程值由陆域高程控制点传递到水下待测点。受水准仪视距限制(通常不超过100m)，需要按一定间距设置水上测量平台用于架设仪器进行高程传递。当工程位置距岸较远时，多测站高程传递测量的工作时间大大延长；同时水上测量平台的搭建成本将显著增加，水准仪测量方法已明显不再适用。另外，随着待测点水深的增大，尺杆的挠曲造成的测量误差显著增大，无论是用水准仪还是GPS都存在这一问题。为此需要寻求新的测量方法，特别是结合水下施工机械的研制，这一需求更显迫切。 利用水下固定点处压强同它所处深度的简单函数关系进行高程传递，测量方法和所需设备都很简便，但需要排除表面波浪等因素造成的水下待测点处压强的波动。为此需对水下固定点压强波动规律和振幅和频率的量值的计算方法进行研究。 本文从现有波浪理论出发，对水下固定点压强波动振幅同表面波高及固定点水深的函数关系进行了推导，得出了利用参考点和被测点压强波动振幅实测值计算被测点水深的数值方法，并通过编程计算对有关公式进行了验证；运用随机过程统计特征理论公式，对上述方法适用于实际工程环境的合理性进行了论述；将波浪谱分析的方法运用于水下固定点压强波动实测数值序列的谐波成分分解和能量显著成份波的振幅计算，并通过对离散序列快速傅立叶变换算法的分析，对能量谱密度估计误差对成份波振幅计算结果所造成误差的量值范围进行了计算，找出了利用现有数学软件克服实测压强波动序列振幅计算误差的方法；对下一步工作的方向提出了设想。

目录

文摘

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第一章水下固定点水压波动及高程测量研究的意义

1.1工程背景及水下高程测量技术最新发展

1.2课题研究的理论和技术背景

1.3本文的主要工作

第二章水下固定点水压强波动分析的波浪理论方法

2.1水下固定点绝对高程的传递

2.2水压强波动影响因素分析及物理量特征描述

2.2.1水体表面波浪的影响

2.2.2潮位变化的影响

2.2.3水流、水密度、大气压变化及其他因素的影响

2.3理想水体稳定二元波作用下水下某固定点压强

2.3.1水下固定点压强函数的理论推导

2.3.2水下固定点压强函数推导的电算实现及结果

2.3.3水下固定点压强波动规律分析

第三章利用波动幅度计算水下固定点水深的方法及分析

3.1利用波动幅度计算水下固定点水深的方法及可行性分析

3.1.1水下固定点压强波动振幅函数特性分析

3.1.2利用波动幅度计算水下固定点水深的方法

3.1.3利用波动幅度计算水下固定点水深的方法的可行性分析和工程意义

3.2利用波动幅度计算水下固定点水深方法的实现

第四章水下固定点水压强波动谱分析方法

4.1海浪的谱函数表达

4.2海浪的波谱分析

4.2.1傅立叶变换和谱密度函数

4.2.2应用傅立叶变换估计实测波动数值序列的谱密度

4.2.3能量密度谱数值同振幅的关系

4.2.4快速傅立叶变换

4.2.5傅立叶分析能量谱密度的单位时间的量值问题

第五章实测水压强波动数值谱分析及振幅计算

5.1能量谱密度估计算法

5.1.1能量谱密度估计方法概述

5.1.2周期图能量谱密度估计公式的对比分析

5.2能量谱密度估计算法的精度问题

5.2.1波能量谱密度值计算误差对本课题的影响

5.2.2采样频率取值对给定波能量谱密度值计算结果的影响

5.3采样频率的调整方法

5.3.1采样频率转换及重采样函数

5.3.2重采样函数参数p、q的取值所应遵照的规则

5.3.3准确振幅和波动频率确定方法

5.3.4频率搜索步距及指数n的确定方法

5.3.5 p、q取值方法的验证

5.3.6振幅和波动频率准确值确定方法的验证

5.4实测数据能量显著成份波振幅、频率计算

5.5被测点静水位计算的遗留问题

5.5.1程序优化问题

5.5.2波浪理论模型选择问题

5.5.3综合误差分析问题

5.6结论

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

附录

致谢