海山磁性之反演

本文提出一种计算海山磁异常的新方法.直接将海山表面剖分成许多三角单元,然后用高斯数值积分计算这些单元产生的磁异常并叠加.选择适当的磁性参数,使计算异常与实测异常在最小二乘意义下最佳拟合.本方法的优点是,计算模型与实际海山的拟合程度较高,且公式推导和程序设计简单.本文对Watkins海山磁异常进行反演,计算磁异常与实测磁异常的拟合程度稍高于前人的方法.     

基于浅剖数据的海底底质分类研究与应用

海底浅部沉积物声学研究是海洋地质、水下工程地质、海底矿产资源、军事地质等领域重要的研究内容,海底底质的识别与分类是海洋科学研究的热点问题。相比多波束探测仪,浅地层剖面仪的声源发射频率更低,具有穿透底质能力强的特点,这一特性更有利于进行准确和可靠的海底底质分类。通过浅剖数据进行底质分类技术研究,有望实现目标研究区面向全海域的海底底质分类推广应用。本文在浅剖数据振幅校正处理的基础上,消除了不同采集时间及采集参数对浅剖数据振幅一致性的影响,在层位约束下提取均方根振幅属性,进行研究区海底底质类型识别。初步的取样结果表明：研究区有2类不同的底质类型,分别为黏土和粉砂质黏土。本文对浅剖数据的底质分类结果分区明显且自然,在不同类型底质区的取样处对应不同的均方根振幅强度,黏土取样区的浅剖振幅属性为强振幅,粉砂质黏土取样区的浅剖振幅属性为弱振幅,底质分类结果与地质取样匹配良好。利用本文的浅剖处理与属性提取方法能够有效地实现海洋底质分类。     

波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法——自由项和柯西主值积分的直接数值计算

采用直接数值计算方法计算了势流问题高阶边界元方法中的自由项系数和柯西主值积分,建立了波浪与结构物作用的一种高阶边界元方法.通过算例研究了物体表面上固角系数的计算精度和不同网格剖分、不同阶高斯积分点对柯西主值积分的影响.对截断圆柱上的波浪作用力与解析解做了对比,发现本方法具有很高的计算精度,随网格的加密迅速收敛于解析解.     

一种新的波浪变形三维数值模式──0-1混合型边界元

为提高边界元法模拟三维波场波浪变形的数值计算精度,借鉴常数元和线性元剖分方式、波势函数及波势函数法向导数对单元节点设定的各自适应性,提出了一种新的单元剖分模式──0-1混合型边界元,以控制和减缓由于计算误差累计而造成的波浪数值计算上的“横向振动”,借此结合边界元法的分区模式可实现较大范围的波场线性波浪变形计算,并为时域内的波浪非线性变形计算提供时间步长的数值保证.     

三角剖分有限元法在声呐图像重构中的应用

侧扫声呐原始数据经几何校正后会造成采样点分布不规则的现象,需要通过重采样获得规则网格数据,以满足海底地貌全覆盖显示的需求。重采样间隔与插值算法对重采样图像的质量具有直接影响。本文分析了侧扫声呐数据采样点的分布特点,在此基础上提出了基于扭曲网格三角剖分有限元插值技术的侧扫声呐图像重构方法。与多种插值方法重采样结果的对比实验表明,该方法不仅提高了计算效率,而且能很好地保留原始数据的信息。     

跨海高程传递三角高程数据处理及质量分析

对跨河水准测量和跨海高程传递三角高程测量的观测方法和数据处理进行了比较.简单介绍了4处跨海高程传递测区的概况,并提出一种针对“光段差互差”的评估方法.对4处跨海点三角高程实测数据进行质量分析和平差计算,结果表明:除实验区外,跨海三角高程测量的偶然中误差可以达到二等水准测量的精度;数据质量分析结果表明,满足二等水准限差的外业观测数据的有效率为50％左右;满足三等水准限差的数据有效率为90％左右.     

网格剖分积分法计算富钴结壳资源量

在矿区地质模型建立及边界条件限定的基础上,提出了基于网格剖分积分计算富钴结壳资源量的评估计算方法,推导了相应的计算公式,设计了相应的模块界面,并在"海底地形地貌自动成图系统"中实现了这种计算方法.这种资源量计算方法可应用于富钴结壳资源研究和评价计算.     

基于剖分的中尺度海洋温度场三维显示技术

针对网格化和数据量庞大的中尺度海洋标量场数据在其三维可视化中表现出来的构造效率较低和表达连续性效果较差的问题,以剖分重构为核心思想,采用三线性插值算法对数据进行加密处理,基于不同角度平面对温度场进行剖分和色彩映射,最后采用OpenSceneGraph图像渲染引擎的颜色、光照、透明度和回调等渲染技术展现更为真实的、科学的动态三维温度场,提供一种简洁、高效、科学的中尺度海洋温度场表达方法。     

具有潮滩移动边界的浅海环流有限元模型

本文基于二维化浅水动力学方程组,运用伽辽金加权余量法导出计算浅水环流的有限元公式.对计算区域采用三角单元剖分,用线性插值函数逼近流速及水位,使用集中质量法以代替求解大型代数方程组的过程.通过建立陆水边界位置与瞬时水位的相关关系,解决了陆水边界线移动的数学处理问题.对于运动方程中的底摩擦项和科氏力项采用隐式格式,从而改善了模型的数值稳定性.对皮口沿岸潮流场的数值分析,较好地再现了该海区的实际流况,从而证明了本文所建立的环流模型具有良好的重现性.皮口港扩建工程流场预测应用实例说明了本模型可以用来解决小尺度潮滩海区的流场预测问题,在海洋开发活动中具有广泛的应用前景.     

大规模多岛屿海域潮流场的数值模拟

本文提出了一种系统地分析大规模多岛屿海域潮流场的数值模拟方法,以及只有有限代表点位的计算区域内的潮汐和潮流资料的分析方法。建立了适用于复杂的多岛屿海域上平面二维潮波数值计算模型的选择及网格自动剖分方法。通过对长海县长山群岛海域潮流场的模拟,验证了此方法在计算规模大而又要求局部分辨率高的潮流场时,该方法效率高,经济合理,灵活方便。     

基于改进反距离加权算法的海底DEM建模方法

为了实现海底地形三维可视化,首先需要对海量多波束离散水深数据进行DEM建模处理。其中,基于反距离加权网格化的内插法原理简单、效率较高,生成的DEM模型较为贴近海底实际底面,适用于海底地形数字建模。但本文在实际建模过程中发现传统反距离加权算法在理论上存在缺陷,因此本文引入圆形窗口和夹角权因子对插值算法进行进一步改进。实例表明,改进反距离加权算法可以有效提高海底DEM的建模效率与精度。     

基于BP神经网络的海底地形复杂度自动分类方法研究

针对海底地形复杂程度分类问题,在考虑传统水深均值的基础上引入坡度和起伏度两个地形因子作为表征海底地形复杂程度的分类指标并进行量化,对水深数据空间分辨率进行统一,建立包含18种典型海底特征的海底地形复杂度分类库,利用BP神经网络对建立的分类库进行训练学习。为验证该方法的有效性和适用性,选取地形复杂度不同的4块实验区分别采用统计学方法和BP神经网络算法进行海底地形复杂度进行分类,对比发现该方法可以实现海区海底平坦、一般、复杂三种地形的自动识别与分类,并保留实验区海底地形复杂度细节信息。     

海底地形数据组织与可视化选取技术

海洋测绘数据信息化是构建智慧海洋的基础, 而海底地形数据是海洋测绘数据中的重要内容。为更加便捷和高效地 管理与利用地形数据, 本文结合工程实际需求, 研发了海底地形数据管理平台。首先, 基于海底地形数据的特点, 提出多分 辨率海底地形组织模型, 对不规则区域的海底地形进行多分辨率模型构建, 实现了对多波束实测数据的组织管理; 在此基础 上, 提出了多尺度海底地形分级渲染优化算法与海底地形数据空间截取算法, 利用分级渲染与数据裁剪算法实现对海底地形 数据的可视化表达预览和选取服务; 最后, 以典型的多波束测深数据为例, 基于研发平台完成了数据从存储 、组织管理到可 视化预览选取的一体化管理与服务, 验证了本文算法的可靠性与实用性, 同时可为海底地形数据管理服务提供一定参考。     

面向地形匹配的多波束测深数据抽稀方法研究

基于多波束测深的地形定位是水下潜器导航技术研究和发展的重点,多波束测深数据的高精度快速重采样是水下地形匹配定位的前提。传统的实时抽稀方法因对多波束测深数据模型的过分简化而效果欠佳。参考Douglas-Peucker算法和点云数据抽稀方法,采用角度-弦高联合准则对多波束每ping数据进行抽稀处理,参考导航地形图对抽稀后的多ping数据基于点云离散度进行二次抽稀处理,从而实现多波束测深数据的高精度快速抽稀处理。典型的数学仿真地形和实测多波束条带数据实验表明:文中提出的抽稀方法数据抽稀率仿真地形在85%以上,实测地形在90%以上,数据抽稀前后点云构成的曲面DEM误差在3%以内,并且算法实时性较好。     

多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现

以潮汐、潮流和海浪数值的计算技术和数字海底地形模型的构造方法为基础,应用层次细节模型和三维渲染技术,完成了近岸海洋环境保障的多种数字海洋地理环境信息的融合与可视化的局部实现,为今后此领域的研究提供了理论和经验基础。     

Delaunay三角网增点生长构造法研究

论述了一种由计算机自动生成Delaunay三角网的增点生长构造法。该方法属于不规则三角网的动态构网法，它借鉴了静态构网法中递归生长算法的部分思想，并利用Lawson提出的最大最小(MAX—MIN)角度法则对三角网进行即时的局部优化，从而达到了快速、有效地构建Delaunay三角网的目的。该方法对快速生成海底DEM数据，进行海底仿真具有重要的作用。     

深海采矿转臂机构采矿姿态优化研究

针对海底地形不平坦特性,提出了一种变幅机构来自适应海底地形采矿姿态的采矿机构。综合考虑采矿机构采掘头距海底高度对采矿率影响,利用关键点法建立了节臂上的点到海底地形距离的数学模型。在此基础上,建立了以采矿率最高为目标的最优采矿姿态数学模型。以某实际地形为例,采用模拟退火遗传算法优化求解最优采矿姿态。根据其优化后结果可知,其最优采矿姿态与海底地形坡度变化一致,从而证明了采矿姿态模型的正确性。     

多波束勘测的特殊地形处理

海底特殊地形在多波束勘测后处理时经常遇到但又极易被忽视,导致具有重要地学和工程意义的特殊地形未能被反映在成果图上。通过分析后处理中的常见问题,提出了利用水深残差法搜索定位多波束海量数据中存在的局部特殊地形,进而提取特殊地形的水深浅点和深点的处理方法。该方法在国家海洋勘测专项中取得了很好的应用效果。     

基于图像分层搜索的地形轮廓匹配算法设计

应用图像分层搜索序贯判决算法，进行海底地形轮廓匹配（TERCOM）算法设计。建立了上下两层同时匹配的比较控制逻辑，既提高了匹配速度，又减少了误匹配，增强了地形二维匹配的健壮性。应用实际海图原始数据进行仿真。结果表明，该算法在保持匹配速度的同时具有较高的匹配精度和抗差特性。     

稀疏LS-SVM算法在海底趋势面模型构建中的应用

利用最小二乘向量机(LS-SVM)算法构造海底趋势面的过程中,由于算法解缺乏稀疏性,使得异常测深训练样本对最终构造的函数模型也产生影响。为了解决该问题,在对留一样本交叉检核法研究的基础上提出了LS-SVM稀疏算法,由于留一样本交叉检核法求解的残差序列可以有效地表示函数预测值偏离实际水深的程度,因此利用该原则重新修剪后的样本数据不仅使算法具有稀疏特性,而且构造的函数模型更合理。为了检验算法的有效性,选取实测的多波束测深数据进行验证,计算结果表明留一样本交叉检核法能够合理地筛选出对函数模型构造贡献程度大的测深训练样本,使得构造的函数模型更合理。