一种水母伤人风险的估算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及海岸管理领域，具体设及近岸水母模拟预警技术。
【背景技术】
[0002] 近年来水母在世界范围海域内大量繁殖，对近岸游客的生命安全构成了巨大威 胁，有关水母伤人的报道屡见不鲜。而当前近岸浴场尚无有效预警机制，关于水母预警模型 的研究极为匿乏。而一个合理的水母预警模型恰恰是浴场预警必不可少的一部分，对合理 管理近岸浴场并减少人员伤亡，具有十分重要的现实意义。
【发明内容】
[0003] 根据上述不足之处，本发明提供了一种水母伤人风险的估算方法，通过此方法可 W模拟水母伤人的概率，对水母伤人风险作出评估，从而合理管理浴场。
[0004] 为实现上述目的，本发明的技术方案在于；一种水母伤人风险的估算方法，它包括 如下步骤：
[0005] (1)根据研究区域的位置资料，将研究区域离散化为二维方形网格，网格分辨率为 研究区域水母的平均直径diameter,游客位置为游客的中屯、位置所在网格，其余被游客占 据的网格按照局部规则处理，用状态矩阵hp存储游客的空间位置，游客的中屯、位置（i，j) 处，hp(i,j) = 1，其余位置为hp= 0 ;
[0006] (2)根据研究区域内水母的丰度油um化及研究区域的水平面积S计算研究区域内 的水母预期数量为油umXS;
[0007] (3)根据预期的水母数量，将水母的空间分布按照二维均匀分布离散化，用状态矩 阵巧存储水母的空间位置，水母出现的网格（i，j)，则巧（i，j) = 1 ;水母不出现的网格（i， j)，则fp(i，j) = 0 ;
[000引 （4)定义局部半径为1米，局部规则定义为；若游客1米的范围内有水母出现，游 客被蜜伤，反之则游客安全。因此在每次状态矩阵被更新后，捜索游客的局部半径内是否有 水母；
[0009] (5)确定研究区域水流和风速方向为指向岸边；
[0010] (6)确定游客活动区域为观测区域H，确定离岸方向游客活动范围W外的区域为 水母可能游入观测区域的区域L2,观测区域H和水母可能游入观测区域的区域L2外围的区 域为水母可能随着水流进入观测区域的区域L1，则；
[0011] L2 =tsum?vflow [001引L1 =tsum?vjelly [001 引H=tsum?vpeo
[0014] 其中，tsum为观测时间，vflow为风速和流速的最大值，vjelly为水母浮游速度， vpeo为游客游动速度；
[0015] (7)确定更新时间：水母运动方向平行于流向和风向的更新时间为dl，水母运动 方向垂直于流向和风向的更新时间为K2,人的更新时间为K3,研究区域水母的平均直径diameter，贝Ij;
[0016]rtl=diameter/vflow
[0017]rt2 =diameter/vjelly
[0018] ;rt3 =diameter/vpeo;
[0019] (8)确定异步更新；
[0020] a.水母运动方向垂直于流向和风向的运动达到更新时间时，产生一个区间[0, 1] 的服从均匀分布的随机数rand,更新如下：
[0023] b水母运动方向平行于流向和风向的运动达到更新时间时，更新如下；
[0024] j_i)二巧t(i,如
[002引 fptQ, j)二0
[0026]C.游客的状态矩阵达到更新时间时，产生一个区间[0, 1]的服从均匀分布的随机 数rand,更新如下；
[003U (9)基于MTLAB或化dran实现（1)-(7)中的算法，重复模拟计算水母伤人的频 率，当重复实验次数足够大时，水母伤人频率趋近于水母伤人的概率；
[0032] (10)将水母伤人的概率作为水母伤人风险的评估标准，并根据预警标准给予浴场 预警指示。
[0033] 优选的是；将矩阵巧和hp转为稀疏矩阵W提高运算效率。
[0034] 优选的是；所述的预警标准分为立级，具体如下：
[0035] ①5%《prob油ility《10%，浴场达到警告标准，警告浴场内的所有游客；
[0036] ②10% <prob油ility《15%，浴场达到危险标准，警告浴场内的所有游客并采取 防护措施；
[0037] @91~〇13油11^7〉15%，浴场达到疏散标准，应立刻疏散游客并关闭浴场；
[003引其中，prob油ility表示浴场水母伤人概率。
[0039] 本发明的有益效果在于；通过本发明方法可W模拟水母伤人的概率，对水母伤人 风险作出评估，并根据预警标准给予浴场预警指示，从而合理管理浴场，大大降低了水母伤 人的概率。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的步骤示意图。
[0041] 图2为所研究区域的位置关系图。
[0042] 图3为本发明所制作的GUI界面图。 具体实施例
[0043] 一种水母伤人风险的估算方法，如图1所示，它包括如下步骤：
[0044] (1)根据研究区域的位置资料，将研究区域离散化为二维方形网格，网格分辨率为 研究区域水母的平均直径diameter,游客位置为游客的中屯、位置所在网格，其余被游客占 据的网格按照局部规则处理，用状态矩阵hp存储游客的空间位置，游客的中屯、位置（i，j) 处，hp(i,j) = 1，其余位置为hp= 0 ;
[0045] 似根据研究区域内水母的丰度abum(单位；ind/m2)W及研究区域的水平面积 S(单位；m2)计算研究区域内的水母预期数量为油umXS(单位；ind);
[0046] (3)根据预期的水母数量，将水母的空间分布按照二维均匀分布离散化，用状态矩 阵巧存储水母的空间位置，水母出现的网格（i，j)，则巧（i，j) = 1 ;水母不出现的网格（i， j)，则巧(i，j) = 0 ;将矩阵巧和hp转为稀疏矩阵W提高运算效率；
[0047] (4)定义局部半径为1米，局部规则定义为；若游客1米的范围内有水母出现，游 客被蜜伤，反之则游客安全。因此在每次状态矩阵被更新后，捜索游客的局部半径内是否有 水母；
[0048] (5)确定研究区域水流和风速方向为指向岸边，在该种情况下水母伤人概率最大， W达到预警的目的；
[0049] (6)确定游客活动区域为观测区域H，确定离岸方向游客活动范围W外的区域为 水母可能游入观测区域的区域L2,观测区域H和水母可能游入观测区域的区域L2外围的区 域为水母可能随着水流进入观测区域的区域L1，则；
[0050] L2 =tsum?vflow
[0化1] L1 =tsum?vjelly
[005引 H=tsum?vpeo
[0化引其中，tsum(单位；s)为观测时间，vflow(单位；m/s)为风速和流速的最大值，vjelly(单位；m/s)为水母浮游速度，vpeo(单位；m/s)为游客游动速度；
[0化4] (7)确定更新时间：水母运动方向平行于流向和风向的更新时间为dl，水母运动 方向垂直于流向和风向的更新时间为K2,人的更新时间为K3，则：
[0055]rtl=diameter/vflow
[0056]rt2 =diameter/vjelly
[0057]rt3 =diameter/vpeo；
[0化引 （8)确定异步更新；
[0化9]a.水母运动方向垂直于流向和风向的运动达到更新时间时，产生一个区间[0, 1] 的服从均匀分布的随机数rand,更新如下：
[0062] b水母运动方向平行于流向和风向的运动达到更新时间时，更新如下；
[006引 fp"i Q, j-i)二fptQ,如
[0064] fptQ, j)二0
[00化]C.游客的状态矩阵达到更新时间时，产生一个区间[0, 1]的服从均匀分布的随机 数rand,更新如下；
[0070] (9)基于MTLAB或化dran实现（1)-(7)中的算法，重复模拟计算水母伤人的频 率，当重复实验次数足够大时，水母伤人频率趋近于水母伤人的概率；
[0071] (10)将水
母伤人的概率作为水母伤人风险的评估标准，并根据预警标准给予浴场 预警指示。
[0072] 其中，预警标准分为S级，具体如下：
[0073] ①5%《prob油ility《10%，浴场达到警告标准，警告浴场内的所有游客；
[0074] ②10% <prob油ility《15%，浴场达到危险标准，警告浴场内的所有游客并采取 防护措施；
[0075] @91'〇6油11^7〉15%，浴场达到疏散标准，应立刻疏散游客并关闭浴场；
[0076] 其中，prob油ility表示浴场水母伤人概率。
[0077] 如图2所示，在编写的GUI界面输入各个参数即可进行运算或生成动画，图2所示 各参数均为默认取值。参数包括游客游动速度（单位；m/s)，水母丰度（单位；lind/ha= l(T4ind/m2)，水母浮游速度（单位；m/s)，总观测时间（单位；S)，流速或风速最大取值（单 位；m/s)，水母平均直径（单位；m)。
[0078] 实施例1 ;
[0079] 在图 2 所示取值下，即Swimmervelocity= 0. 3,Abundance= 10，Jellyfish velocity= 0. 075,Observationtime= 180,Flowvelocity= 0. 7,Diameter= 0. 35 时， 模型计算得到水母伤人的概率为30. 8%，达到疏散标准，因此浴场应疏散游客并立即关闭， 禁止游客进入。
[0080] 实施例2
[0081]取值为；Swimmervelocity=0.3,Abundance= 1，Jell}ffishvelocity=0. 075， Observationtime二 180，Flowvelocity二 0? 3，Diameter二 0? 35 时，水母伤人概率为 0. 6 %，未达到预警标准，浴场可臥正常运营。
[0082] 实施例3 :
[008引 取值为；Swimmervelocity二 0? 3,Abundance二 5,Jell^^fishvelocity二 0? 075， Observationtime二 180，Flowvelocity二 0? 3，Diameter二 0? 35 时，水母伤人概率为 6. 8%，达到警告标准。
[0084] 实施例4 :
[008引 取值为；Swimmervelocity二 0? 3,Abundance二 5,Jell^^fishvelocity二 0? 075， Observationtime二 180，Flowvelocity二 0? 6，Diameter二 0? 35 时，水母伤人概率为 10. 8%，达到危险标准。
【主权项】
1. 一种水母伤人风险的估算方法，其特征在于：它包括如下步骤： (1) 根据研宄区域的位置资料，将研宄区域离散化为二维方形网格，网格分辨率为研宄 区域水母的平均直径diameter，游客位置为游客的中心位置所在网格，其余被游客占据的 网格按照局部规则处理，用状态矩阵hp存储游客的空间位置，游客的中心位置（i，j)处， hp (i, j) = 1，其余位置为hp = O ; (2) 根据研宄区域内水母的丰度abum以及研宄区域的水平面积S计算研宄区域内的水 母预期数量为abumXS ; (3) 根据预期的水母数量，将水母的空间分布按照二维均匀分布离散化，用状态矩阵 fp存储水母的空间位置，水母出现的网格（i，j)，则fp(i，j) = 1 ;水母不出现的网格（i， j)，则 fp(i，j) = 〇 ; (4) 定义局部半径为1米，局部规则定义为：若游客1米的范围内有水母出现，游客被 蜇伤，反之则游客安全。因此在每次状态矩阵被更新后，搜索游客的局部半径内是否有水 母； (5) 确定研宄区域水流和风速方向为指向岸边； (6) 确定游客活动区域为观测区域H，确定离岸方向游客活动范围外水母可能随着水 流进入观测区域的区域L2,观测区域H和观测区域L2外围的区域为水母可能游入观测区域 H的区域L1，则： L2 = tsum · vflow LI = tsum · vjelly H = tsum · vpeo 其中，tsum为观测时间，vflow为风速和流速的最大值，vjelly为水母浮游速度，vpeo 为游客游动速度； (7) 确定更新时间：水母运动方向平行于流向和风向的更新时间为rtl，水母运动方向 垂直于流向和风向的更新时间为rt2,人的更新时间为rt3,水母的平均直径diameter，则 : rtl = diameter/vflow rt2 = diameter/vjelly rt3 = diameter/vpeo ； (8) 确定异步更新： a. 水母运动方向垂直于流向和风向的运动达到更新时间时，产生一个区间[0，1]的服 从均勾分布的随机数rand，更新如下： ① 〇 .、n ，如果 rand e [〇, 〇· 5) fp 0,i) = 〇 & fpl+l (? - I f) = fp1 (i, j) 田 j 厂 Γη「1? ② ~.η ，如果 rand e [〇· 5, 1] fp Ov/) = 〇 b. 水母运动方向平行于流向和风向的运动达到更新时间时，更新如下： fpt+1(i，j-1) = fpt(i，j) fpt(i， j) = 〇 c. 游客的状态矩阵达到更新时间时，产生一个区间[〇，l]的服从均匀分布的随机数 rand，更新如下： hp'^ (/. 7 -1) = hp' (i, j) j 厂 γα a 〇厂、 ① ，n ，如果 rand e [〇, 〇· 25) hp {hj) = 〇 hp^1 (i,j + 1) = hp' {i, j) 「 、 ② 7 …n ，如果 rand e [〇· 25, 0· 5) ③ ?'·7) = -。'·7)，如果 rand e [〇· 5, 0· 75) hp 0,7) = 0 ④ ，Λ ，如果 rand e [〇· 75, 1] hp (/,;) = 0 (9) 基于MATLAB或Fortran实现（1)-(8)中的算法，重复模拟计算水母伤人的频率，当 重复实验次数足够大时，水母伤人频率趋近于水母伤人的概率； (10) 将水母伤人的概率作为水母伤人风险的评估标准，并根据预警标准给予浴场预警 指示。2. 根据权利要求1所述的水母伤人风险的估算方法，其特征在于：所述矩阵fp和hp转 为稀疏矩阵以提高运算效率。3. 根据权利要求1所述的水母伤人风险的估算方法，其特征在于：所述的预警标准分 为三级，具体如下： ① 5%< probability < 10%，浴场达到警告标准，警告浴场内的所有游客； ② 10%〈probability^； 15%，浴场达到危险标准，警告浴场内的所有游客并采取防护 措施； ③ probability>15%，浴场达到疏散标准，应立刻疏散游客并关闭浴场； 其中，probability表示浴场水母伤人概率。
【专利摘要】本发明涉及一种水母伤人风险的估算方法，它包括：(1)用状态矩阵hp存储游客的空间位置，游客的中心位置(i,j)处，hp(i,j)＝1，其余位置为hp＝0(2)计算研究区域内的水母预期数量；(3)用状态矩阵fp存储水母的空间位置，水母出现的网格(i,j)，则fp(i,j)＝1；水母不出现的网格(i,j)，则fp(i,j)＝0；(4)确定局部规则；(5)确定研究区域水流和风速方向为指向岸边；(6)确定游客活动区域为观测区域H；(7)确定更新时间；(8)确定异步更新；(9)基于MATLAB或Fortran实现(1)-(8)中的算法，水母伤人频率趋近于水母伤人的概率；(10)根据预警标准给予浴场预警指示。通过本发明方法可以模拟水母伤人的概率，对水母伤人风险作出评估，并根据预警标准给予浴场预警指示，从而合理管理浴场，大大降低了水母伤人的概率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104881545
【申请号】CN201510289474
【发明人】石洪华, 刘永志, 郭振, 池源, 张学雷
【申请人】国家海洋局第一海洋研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月29日
