三维可视化技术在海底环境探测中的应用

探讨了多波束测量和三维可视化技术在海洋中的应用。多波束测量系统产生的海量探测数据，为数据可视化和数据分析技术的发展创造了机会。通过可视化技术可以在不降低原始数据质量的情况下，进行多源数据的融合显示。对DTM数据进行光照、明暗和三维处理，可以创造一种直观、易于理解的可视化效果。将反映物质属性的信息作为假彩色纹理，叠加到地形之上，在交互式分析工具的支持下，可以使三维可视化技术在海洋地质、海洋环境、海洋渔业和海洋工程中得到广泛的应用。     

天地一体北斗导航态势表达系统的设计与实现

针对北斗导航卫星运行状态及北斗用户实时定位信息可视化表达的需求,设计并实现了可服务于海洋活动的天地一体北斗导航态势表达系统,系统采用态势数据获取层、处理层、表达层与应用层的4层体系结构,集态势信息接入、集成融合、可视化表达、标绘、辅助分析与推演、信息共享与发布等于一体,采用天地一体的多维信息要素的可视化场景组织方法与基于GPU的海量定位用户数据表达技术,实现了多源数据的有机融合与海量定位数据的动态表达,可为渔业管理、海事救援等海洋活动提供有效支持,具有重要应用价值。     

多源异构海量海洋数据综合管理平台构建研究

为满足海洋应用对数据管理的需求, 针对海洋数据的特点, 采用分层的思想提出了一个海洋数据综合管理平台的体系结构, 并对海洋数据的共享, 构建海洋元数据和海洋数据安全性管理等关键问题分别给出解决方案。通过一个基于B/S 的多源异构海量海洋数据综合管理平台的实现表明本文的方法是可行且有效的。     

数据融合在矢量水听器目标定向估计中的应用

结合多传感器数据融合技术和矢量水听器的目标定向原理,提出了一种水下目标定向估计的改进算法.该算法仍然具有声压阵速联合信息处理所具有的抗各向同性非相干干扰的能力.针对传统平均声强器采用算术平均方法估计被测目标声强的缺点,充分利用被测样本数据,采用基于方差的加权优化数据融合方法估计声强.仿真实验说明,定向融合算法在目标方向0～3600范围和噪声0～15 dB的情况下,比传统的平均声强器具有更高的定向精度.对水下目标检测工程有重要的应用意义.     

国外海洋观测系统对我国的启示

本文基于国内外海洋观测网现状及其优缺点,从目标融合、技术创新、科学管理、发展趋势的角度,提出国外海洋观测网对我国海洋观测网的启示与建议。在目标融合上,建议寻求多部委、多单位的目标融合,实现海洋观测系统与观测参与者、仪器供应商、信息产品应用方、科研工作者、公众等用户之间的有效沟通;实现中央决策、海洋防灾减灾、海洋预警预报、海洋管理治理、海洋生态保护与修复、海洋科学研究、海洋公益服务等多样化需求的融合。在科学管理上,建议实现海洋观测站点与设施的分类、共享与长期维持,迎接高难区域的挑战,实现信息的整合与服务,促进国际化合作与推广。在技术创新上,建议加大海洋观测技术的创新与投入,促进传感器技术、卫星技术及其他相关观测技术的创新与发展;建议加强新仪器、新技术的试用、评价,加快新仪器的业务化使用;建议加强海洋观测系统模块化、智能化研发。未来海洋观测仪器将是低成本化、模块化、自动化和智能化的天下,海洋观测会逐步向着立体化、精细化、智能化转化。本文可为未来海洋观测网的设计与规划、管理与融合提供一定的参考,并为我国海洋观测系统的规划与发展提供借鉴。     

基于数字海洋框架的海洋资料整合与共享服务管理模式浅析

文章根据目前我国海洋资料整合处理技术与资料共享服务工作实际情况,提出构建基于数字海洋的资料整合与共享应用服务新模式,通过建立规范统一的海洋资料整合处理技术,开发海洋资料整合,并制作满足不同用户的海洋环境信息产品。在此基础上,利用并行、虚拟技术,建立基于数字海洋的共享应用服务系统,有效实现海量数据管理与共享。根据山东省海洋与渔业厅海洋综合管理业务需求,开展海洋环境与基础地理信息示范应用。     

海洋油田平台水下安防系统航迹融合与报警技术

多传感器信息融合技术是对各个传感器的观测数据进行综合处理的过程，是多学科、多领域的高层次共性关键技术。以多源信息融合技术为基础，对 AIS、雷达与声呐多源探测信息融合算法进行了较为深入地研究，提出适应水下安防系统的多源信息融合与报警技术的工程化应用方案，对实际应用情况做了简要总结，经验证该技术能够较好应用于水下安防系统的数据分析和分级报警中。     

无人水下智能海洋测绘装备的机遇与挑战

针对海洋测绘面临的问题,分析了无人时代海洋测绘技术的发展机遇,提出了无人水下智能海洋测绘的新模式,讨论了无人水下智能海洋测绘的技术体系和无人水下智能海洋测绘装备的关键技术,以及无人水下智能海洋测绘的装备产业链,展望了无人水下智能海洋测绘装备的发展趋势及应用前景。     

水下光学无线通信的海水信道特性研究

提出了将具有比声学高达几倍的数据通信速率,良好的安全性和隐蔽性的光学无线通信技术应用于海军、海洋科学研究和水下工程等领域,实现高速率的水下无线通信技术实现海量数据的信息交换.基于生物光学特性的水下光学信道模型,建立了水下光学通信系统性能分析方法.并对基于发光二极管(LED)的水下光学无线通信系统进行了仿真,其结果表明所建立的方法可以进行各种海域水质环境的模拟,便于时水下光学无线通信系统性能进行预测评估,为水下光学无线通信系统的设计方案的评估提供了依据.     

基于Solr的海洋空间资源搜索应用研究

为促进海洋数据的应用和共享,有力支撑海洋空间资源管理,文章通过构建海洋综合数据库和数据分类,采用Solr技术实现对海洋空间资源的多源、异构和海量数据搜索。研究结果表明：Solr是专业、高效和开源的搜索引擎,基于海洋综合数据库平台,可实现对海洋空间资源的基础搜索、业务数据搜索、搜索定制和搜索展现,具有搜索字段更加丰富、搜索速度更快、搜索结果更加准确和搜索结果展现形式更加多样等优点。     

Survey of underwater robot positioning navigation

Underwater robot positioning and navigation achieve autonomous underwater robot movement based on the premise that positioning obtains the coordinates of the relative position of the underwater robot using a sensor, and navigation yields a known location to the destination path planning. Due to the location of an underwater robot and the complex and changing environment in which it operates, it is difficult to achieve precise positioning using the traditional positioning method. This paper systematically analyzes and summarizes several typical localization and navigation methods of underwater robots, such as multisensor information fusion technology, underwater acoustic localization and navigation methods, GPS buoy, underwater vision, SLAM and coordinate localization and navigation of multiple underwater robots. Multisensory information fusion technology integrates the advantages of the above methods, enhances the system stability and robustness, overcomes the disadvantages of traditional positioning and navigation, and enables the autonomous navigation and positioning of underwater robots. Underwater acoustics enable flexible and convenient positioning, whereas GPS can achieve high-precision and high-positioning navigation information, and visual positioning effectively overcomes the problem of error accumulation. Multirobot cooperative positioning resolves the problem of positioning failure caused by the collapse of a single system and completes complex tasks that cannot be completed by a single robot, thus enhancing the stability and robustness of the system. This paper systematically describes the realization of these methods, presents an actual analysis of their respective advantages and problems, and discusses the development of the field of research prospects and application prospects.     

基于GPS的水下导航算法误差仿真研究

首先介绍了水下导航算法,采用GPS和水下参量测算相结合的方案,即当运行器在水下运行时,利用电子罗盘测量运行器的相对航向,水流传感器测算运行器的相对速度大小,利用学习阶段计算出海水流速,在水下运行器潜行时进行船位推算导航,用GPS精准的定位信号进行导航误差的校正。此算法精度的高低很大程度上取决于用来进行水下参量测算的传感器和用来方位校准的GPS。文中从各个传感器的误差着手,通过模拟仿真详细分析了电子罗盘、水流传感器和GPS的误差对导航精度的影响,对工程应用具有实际的指导意义。     

长基线声学定位系统发展现状及其应用

声学定位技术是各类水下潜器的必备技术之一。重点介绍了水下长基线声学系统的组成、工作原理及国内外发展现状,分析了该技术的应用方向,为我国长基线声学定位技术的发展和应用提供参考。     

水声通信半物理仿真平台设计与应用

信道自身的复杂性和现场级试验的高投入、高风险限制了水声通信技术的发展。针对高效率水声通信技术研究的需求,提出1种水声通信半物理仿真平台水声通信半物理仿真平台(A Hardware-in-Loop Simulation Platform for Underwater Acoustic Communication)。水声通信半物理仿真平台以可配置水声Modem为核心,包括现场测试采集系统、算法仿真评估系统、算法实现装载系统、水声波形存储播放系统。基于建立的水声通信半物理仿真平台,进行水声直接序列扩频通信系统的半物理仿真研究,结果表明水声通信半物理仿真平台可有效提高水声通信技术的研究效率。     

Low-bit-rate coding of underwater video using wavelet-basedcompression algorithms

Recent advances in autonomous underwater vehicle (AUV) and underwater communication technology have promoted a surge of research activity within the area of signal and information processing. A new application is proposed herein for capturing and processing underwater video onboard an untethered AUV, then transmitting it to a remote platform using acoustic telemetry. Since video communication requires a considerably larger bandwidth than that provided by an underwater acoustic channel, the data must be massively compressed prior to transmission from the AUV. Past research has shown that the low contrast and low-detailed nature of underwater imagery allows for low-bit-rate coding of the data by wavelet-based image-coding algorithms. In this work, these findings have been extended to the design of a wavelet-based hybrid video encoder which employs entropy-constrained vector quantization (ECVQ) with overlapped block-based motion compensation. The ECVQ codebooks were designed from a statistical source model which describes the distribution of high subband wavelet coefficients in both intraframe and prediction error images. Results indicate that good visual quality can be achieved for very low bit-rate coding of underwater video with our algorithm     

Recovery of underwater visibility and structure by polarization analysis

Underwater imaging is important for scientific research and technology as well as for popular activities, yet it is plagued by poor visibility conditions. In this paper, we present a computer vision approach that removes degradation effects in underwater vision. We analyze the physical effects of visibility degradation. It is shown that the main degradation effects can be associated with partial polarization of light. Then, an algorithm is presented, which inverts the image formation process for recovering good visibility in images of scenes. The algorithm is based on a couple of images taken through a polarizer at different orientations. As a by-product, a distance map of the scene is also derived. In addition, this paper analyzes the noise sensitivity of the recovery. We successfully demonstrated our approach in experiments conducted in the sea. Great improvements of scene contrast and color correction were obtained, nearly doubling the underwater visibility range.     

基于牛顿力学积分的水下滑翔机群协同控制研究

水下滑翔机是开展海洋无人移动观测的重要平台,其实际航行轨迹往往与预设路径存在较大差异,多台水下滑翔机协同观测时,难以始终保持预设的组网阵列.本研究提出一种基于牛顿力学积分的水下滑翔机群协同控制算法,根据水下滑翔机群出、入水的异步性调节水下滑翔机入水前的运动参数.基于对水下滑翔机受力分析,利用牛顿力学积分还原水下滑翔机在...     

基于蚁群算法的水下传感网网络生存期延长策略研究

随着海洋强国战略的推进和实施,水下传感器网络广泛应用于海洋资源探测、污染监测、辅助导航和水下军事侦察等领域,具有十分重要的意义。由于水下传感器所携电池充电或更换困难,如何减小传输能耗、在传感器能量受限的情况下提升网络生存期是亟须解决的关键问题之一。据此,提出了一种动态蚁群路由算法,考虑了每次传输后的节点剩余能量,作为路径优化的条件之一,基于蚁群算法在每次传输中选择最优路径,并在每次传输完成后更新路由表,让更多的节点参与信息传输,以提高节点的利用率。仿真结果表明：动态蚁群路由算法同时兼顾了能耗平衡和最小传输能耗,大大提高了网络生存期。分析结果对水下传感器网络的路由协议设计有一定的参考意义。     

基于虚拟仪器的水下目标二维角估计

利用LabVIEW软件，通过8通道数据采集卡和均匀圆阵对水下目标的噪声进行采集和处理。结合一维直线阵波束形成理论，实现了对水下目标二维方向角估计实验研究和算法验证。实验证明利用虚拟仪器方便地实现了对水声信号的采集、处理，以及在方位估计时，为传感器布阵和算法的确定提供参考。