近日，我所海氣中心白龍浮標(biāo)研發(fā)團(tuán)隊(duì)在海洋浮標(biāo)姿態(tài)預(yù)測研究方面取得了重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)基于前期收集的浮標(biāo)姿態(tài)數(shù)據(jù)，深入研究浮標(biāo)姿態(tài)變化趨勢，實(shí)現(xiàn)了對浮標(biāo)姿態(tài)的預(yù)測。

海洋浮標(biāo)作為觀測海洋要素的主要工具，其運(yùn)動(dòng)主要受到海洋動(dòng)力環(huán)境的影響。動(dòng)力環(huán)境的變化會(huì)對浮標(biāo)平臺(tái)及其搭載儀器的可靠性產(chǎn)生直接影響，從而導(dǎo)致測量誤差，進(jìn)而影響海洋觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量和浮標(biāo)工作的安全性。此外，浮標(biāo)的運(yùn)輸、布放和維護(hù)成本也會(huì)有所增加。因此，對浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行精確預(yù)測顯得尤為重要。

然而，短時(shí)浮標(biāo)姿態(tài)具有高頻性、非平穩(wěn)性和波動(dòng)性等特征，這些隨機(jī)性和波動(dòng)性給姿態(tài)預(yù)測帶來了很大挑戰(zhàn)。為了攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種基于多模態(tài)分解的浮標(biāo)姿態(tài)預(yù)測方法。該方法采用變分模態(tài)分解（VMD）技術(shù)，將浮標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信號分解成多個(gè)頻率尺度，從而有效減小非線性信號對預(yù)測的影響。在每個(gè)頻率尺度中，研究團(tuán)隊(duì)引入了雙向門控循環(huán)單元（BiGRU）模型，以捕捉浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律，增強(qiáng)數(shù)據(jù)特征提取能力，從而提高預(yù)測的精度和魯棒性。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還對不同模型在浮標(biāo)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)上的預(yù)測誤差進(jìn)行了詳細(xì)分析。結(jié)果顯示，VMD-BiGRU模型在預(yù)測精度上具有顯著優(yōu)勢，并且在處理大振幅特征數(shù)據(jù)時(shí)同樣表現(xiàn)出強(qiáng)大的預(yù)測能力，進(jìn)一步驗(yàn)證了其在不同條件下的可靠性。

這項(xiàng)研究為浮標(biāo)平臺(tái)的短期運(yùn)動(dòng)預(yù)測提供了新的方法和思路，有望在海洋工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)研究成果已發(fā)表于知名期刊《Ocean Engineering》，第一作者為我所海氣中心碩士研究生劉英杰，通訊作者為海氣中心正高級工程師寧春林。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.119237

圖1、VMD-BiGRU模型結(jié)構(gòu)示意圖

圖2、 Dataset1中VMD-BiGRU與BiGRU在Step1實(shí)際預(yù)測效果對比