一种基于数据分析的验潮井环境监测方法与流程

本发明属于海洋水文监测，涉及一种基于数据分析的验潮井环境监测方法。

背景技术：

1、验潮井是海洋水文观测体系中的关键基础设施，通过井体结构对海面水位进行滤波与稳流，使内部传感器获取稳定的潮位记录。验潮井的运行状态直接关系到观测数据的质量，若井体出现淤积、堵塞或结构破损，将引起观测失真。

2、目前，针对验潮井运行状态的监测主要依赖人工定期巡检与固定阈值报警相结合的方式。人工巡检以固定周期对井体外观及连通管道进行物理检查；自动化监测系统则多对井内水位是否超出合理范围进行阈值判定，或通过将单站观测值与天文预报进行简单比对来发现明显偏差。

3、随着海洋观测数据量的积累，现有监测方式在数据深度挖掘与多维度融合分析方面呈现出一定的局限性，具体表现在：第一，验潮井对海面水位信号的传递特性会随井内淤积程度及连通状态的变化而逐渐演变。现有监测方式多依赖静态阈值或单一时刻的数据比对，对长时序观测数据中蕴含的井体水动力传递规律演变过程的挖掘深度有限，导致对早期性能退化的感知存在滞后性。

4、第二，井体结构对海面短周期波动具有天然的滤波作用，该滤波效果与井体过流能力密切相关。现有监测体系多聚焦于宏观潮位数据的准确性，对高频扰动成分在井内外传递过程中的能量衰减规律的数据提取与量化分析维度较为单一，使得过流能力下降的早期数据表征不够充分。

5、第三，单站观测数据易受局地气象与海况干扰。现有数据分析多局限于目标井自身历史数据的纵向对比，导致在复杂海况下的状态评估结论易受局部噪声干扰，数据诊断的鲁棒性有待提升。

6、第四，在发现数据异常后，现有系统通常直接输出告警，对于异常成因的数据鉴别逻辑较为粗放，后续故障确认机制的数据支撑维度有待丰富，增加了人工复核的成本。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于数据分析的验潮井环境监测方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，包括：s1、采集目标验潮井正常运行状态下的外部气压时序数据、井内水位时序数据与井外水位时序数据，预处理后构建气压-水位动态基准响应模型，解算得到基准增益、基准滞后时间与基准高频波动能量比。

3、s2、实时采集同类型时序数据，基于动态基准响应模型滑动计算实时增益与实时滞后时间，将实测潮位与天文潮预报值相减得残差序列并统计分析，提取实时高频波动能量比，生成单井诊断结果。

4、s3、调用目标验潮井实测潮位数据并采集周边参考潮位站同期潮位数据，分潮分解获取核心分潮振幅与相位，计算目标验潮井与参考潮位站振幅比与相位差并构建变化曲线进行趋势判别，生成多站诊断结果。

5、s4、两诊断结果均为异常时，若实时滞后时间超出基准滞后时间且实时高频波动能量比低于基准高频波动能量比，输出确认故障信号，否则输出返工排查信号.

6、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：（1）本发明通过构建气压-水位动态基准响应模型，以滑动窗口方式持续解算实时增益与实时滞后时间，对井体水动力传递参数进行时序跟踪，解决了现有监测以固定阈值或单点数据比对为主、无法跟踪传递特性连续演变的问题，使监测能够跟随井内淤积及连通状态变化所引起的增益与滞后时间的逐步漂移，缩短了对早期性能退化的发现周期。

7、（2）本发明通过对井内外水位数据分潮分解并将实测潮位与天文潮预报值相减提取高频波动分量，以井内高频波动分量能量与井外高频波动分量能量的比值作为高频波动能量比，解决了现有监测聚焦宏观潮位而缺乏对高频扰动井内外传递能量衰减量化手段的问题，使过流能力下降引起的井内外高频能量传递比变化能够被量化表征，为过流能力退化提供早期数据依据。

8、（3）本发明通过采集周边参考潮位站同期潮位数据，对目标验潮井与参考潮位站分别进行分潮分解，计算核心分潮的振幅比与相位差并构建变化曲线进行趋势判别，解决了现有监测局限于目标井自身历史数据纵向对比、易受局地气象与海况噪声干扰的问题，引入多站横向比对降低局部噪声对诊断结论的影响，提升复杂海况下状态评估的鲁棒性。

1.一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述气压-水位动态基准响应模型的构建包括：

3.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述基准增益、基准滞后时间与基准高频波动能量比的获取包括：

4.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述实时增益与实时滞后时间的计算包括：

5.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述单井诊断结果的生成包括：

6.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述目标验潮井与参考潮位站振幅比与相位差的计算包括：

7.如权利要求6所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述核心分潮为半日分潮m2、半日分潮s2、全日分潮k1与全日分潮o1。

8.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述多站诊断结果的生成包括：

9.如权利要求1所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述步骤s4，具体包括：

10.如权利要求9所述的一种基于数据分析的验潮井环境监测方法，其特征在于，所述步骤s4，还包括：