旅游者对海洋环境影响的建模与仿真

我国沿海地区海洋旅游快速发展,被开发进行海洋旅游活动的海岸带及周边的海岛和海域都面临着海洋生态环境问题。为了更为深入地探究旅游给海洋生态环境带来的影响,在梳理了现有的海洋旅游环境的相关文献后,以复杂适应系统理论为基础,利用多Agent系统建模方法构建了一种有旅游者参与的海洋环境系统。该模型力求保留海洋环境系统的一般特性,再现海洋生态环境在受到旅游行为影响后发生的变迁。再利用StarLogo仿真平台对此模型进行仿真,通过调整各类参数模仿不同的旅游行为,对仿真结果进行了分析,还对进一步的研究提出了建议。     

深海机器人视景仿真系统研究

以载人深潜器的各种水动力参数和实际尺寸为基础,根据几何空间坐标方程建立了其运动学模型,采用MultiGen公司的Creator建模工具和Vega视景环境完成了在深海虚拟环境下的系统仿真。该系统可以实现深海机器人的可视化,更加直观、生动和实时的反映其位姿状态和水面、水下巡航过程。该系统实际应用在中国科学技术馆深海机器人展馆项目上,一方面展示载人深潜器的水下工作过程,同时也使得观众有机会亲身体验潜水器的操纵与驾驶。实际运行结果表明,该系统逼真地演示了载人深潜器水面备航、无动力下潜以及近海底巡航等仿真过程,能够满足系统仿真的实时性要求。该系统还可以应用到深海环境模拟研究、水下机器人运动仿真、控制系统调试以及操纵驾驶训练等中。     

单点系泊潜标系统动力学建模与姿态分析

通过对单点系泊潜标进行动力学分析,利用集中质量法建立系统的动力学模型,编制Matlab仿真程序,通过数值模拟获取不同海流条件下,分析潜标系统的姿态。文中将一个典型潜标系统的浮球、锚链、重力锚等部件,利用集中质量法简化为节点,通过模拟真实环境中的海流流速在垂直方向的分布,设计1～5 m/s的流速剖面分布。将节点的物理参数和海流参数代入仿真程序中,得到各节点的姿态、节点间张力以及重力锚与海底摩擦力等数据。分析仿真结果,海流流速与节点的偏降、节点间的张力以及重力锚与海底的摩擦力成正比,仿真结果与实际情况相符。文中设计的建模方法和仿真程序可以为单点系泊潜标的总体设计、姿态估算、锚系配置提供工程参考。     

我国海洋资源环境经济复合系统演化研究 ——基于Logistic模型的实证分析

随着我国各项海洋事业和活动有序推进,实现海洋资源、环境、经济协调可持续,对海洋高质量发展具有重要意义。从资源、环境和经济3个层面构建我国海洋复合系统,运用熵权TOPSIS方法进行测算,通过建立Logistic模型,对我国海洋资源环境经济复合系统演化过程进行拟合分析和趋势预测。得到相关研究结论：海洋资源环境经济复合系统是基于海洋资源、环境、经济相互作用、相互制约而形成的,其系统演化过程受到经济增长机制和生态平衡机制的影响;海洋资源环境经济复合系统及其子系统的演化规律符合Logistic法则,海洋资源子系统最大演化度高于海洋环境、经济子系统;海洋资源环境经济复合系统及海洋资源、经济子系统演化度的增长率较大,正处于成熟阶段,而海洋环境子系统演化度达到饱和状态,正处于衰退阶段。基于上述研究结论,提出有效措施建议。     

新型水平轴定桨距永磁直驱潮流能发电系统设计及应用

双向潮流适应性和运行可靠性是水平轴潮流能发电系统需要解决的两个关键问题。文中研究的新型潮流能发电系统由自适应双向流水平轴定桨距潮流能透平、直驱永磁发电机、功率变换器、蓄电池储能系统以及卸荷负载组成。根据我国潮流能特点和直驱永磁发电系统的运行特性,采用翼型尾翼完成透平的双向潮流对流功能。针对离网型潮流能发电系统的功率控制,设计了基于三相不可控整流桥和双管BUCK-BOOST变换器的功率变换电路。基于Matlab/Simulink软件对20 k W潮流能发电系统各部分进行了建模与仿真分析。在实海况环境进行了现场试验。研究表明,设计的离网型水平轴潮流能发电系统能够有效地利用双向潮流能,而且在结构设计方面所采取的措施提高了系统的可靠性。     

地形环境的数字景观图仿真涉及的几个问题

在计算机仿真训练系统中，为了显示逼真的地形环境，必须建立地形数据库来记录地形数据，以便仿真出具有真实感的数字景观图。根据数字海图侧重于表达海上目标、地形图侧重于表达陆上目标的现状，讨论了综合利用海图和地形图的要素信息，以仿真出更加真实的数字景观图的方法。     

港口工程建设中的环境工程地质问题分析

近年来,我国相继扩建和新建了一些深水港,许多新的港址和新的深水泊位正在勘察设计中,但在筑港工程中也存在着日益严重的环境工程地质问题。本文分析了我国港工建设中引起或遇到的环境工程地质问题主要类型,并提出了其管理与防治的建议。     

深海微生物培养模拟平台温度控制技术研究

针对深海微生物培养系统对温度条件的苛刻要求,在分析系统构成及建模的基础上,介绍了一种对系统的两级滞后环节采用了PI控制和双Smith预估反馈的方法,通过内环和外环Smith预估控制,精确的消除了温度控制系统中滞后延迟环节的影响,提高了PI控制强度,减少了超调,提高了系统动态响应和稳态精度。在系统Matlab仿真和实际实验中得到了良好的效果,满足系统的精度要求。     

海面环境下舰船目标的RCS测试建模分析

在分析国内外海面环境下舰船目标电磁散射特性测试建模技术研究现状和海面环境下舰船目标电磁散射特点的基础上,提出了一种“半确定性”的海面环境下舰船目标的电磁散射特性建模仿真计算方法。 该方法可以在不具备外场全尺寸测试或造浪条件下电磁缩比试验条件时,以一定的置信度获取海面舰船的耦合电磁散射特性,为研究海面舰船雷达隐身设计验证提供支撑。     

基于电子海图的智能潜水器路径规划研究

随着地理信息系统技术的发展,电子海图作为一种专门的电子地图也越来越成熟。电子海图中提供了详细而准确的海洋环境信息。利用电子海图的环境建模和考虑海流因素的遗传搜索策略为解决大范围海洋环境下智能潜水器全局路径规划提供了一个新的方法。利用电子海图中的信息对智能潜水器的工作环境进行环境建模,以遗传多目标优化算法为搜索策略进行全局路径规划,并考虑海流因素对潜水器的影响,使潜水器在航行时可充分利用海流的能量。通过仿真试验对环境建模和路径规划进行了验证。该方法具有很好的实用性。     

董家口海域水动力环境分析

根据2008年12月董家口港附近海域4个站位的实测海流资料,初步分析了研究海域的潮流场特征,同时采用数值模拟的方法对整个海区的水动力环境进行了分析,对进一步了解该海域的水动力环境具有积极的意义,为董家口港近岸海域的环境保护提供了科学依据.     

基于VOF模型的浮式消波海流机性能优化

针对浮式消波海流机样机测试时出现的问题,对其吃水深度线和叶片安装角度进行优化。根据装置结构特点,用Gambit建立了装置横截面的二维网格模型。根据浮式消波海流机实际工作环境,利用Fluent流体仿真软件,使用VOF(volume of fluid)两相流模型,分配空气相与液态水相在流域中的不同比例,来确定不同的吃水深度线。并且结合k-epsilon紊流模型建立模拟仿真环境。先对3种水线进行仿真分析,然后进行实验验证。通过分析对比装置的3种不同吃水深度线的模拟与实验结果,得到装置的最优吃水深度线为1/3水线。基于最优吃水深度线,分别对叶片的4种安装角度在相同的仿真环境中进行模拟仿真。利用仿真得到的扭矩数据,计算扭矩系数、功率系数,分析对比仿真数据以及仿真过程中扭矩趋势图得出4种叶片安装角度的最优角度是90°。吃水深度线决定了装置的消波能力,并且为叶片获能提供条件,叶片安装角度直接影响着装置的获能效率,所以最优的吃水深度线和叶片安装角度对海流机的消波能力和获能效率具有重要意义。     

A heuristic examination of cohesive sediment bed exchange in turbulent flows

Prediction of the concentration of suspended cohesive sediment in the marine environment is constrained by difficulties in interpreting experimental evidence on bed exchange, i.e. erosion and deposition of particles, which remains sparse in mechanistic details. In this paper, conditions under which bed exchange in turbulent flows collectively determines the concentration of suspended matter have been examined in the heuristic sense based on selective experimental data. It is argued that interpretation of such data can be significantly facilitated when multi-class representation of particle size, collisional interaction between suspended particles and probabilistic representations of the bed shear stress along with variables describing particle behavior (critical shear stress for deposition, bed floc shear strength) are taken into account. Aggregation—floc growth and breakup kinetics—brings about shifts in the suspended particle size distribution; bed exchange is accordingly modulated and this in turn determines concentration dynamics. Probabilistic representation of the governing variables broadens the suspended sediment size spectrum by increasing the possibilities of inter-particle interactions relative to the mean-value representation. Simple models of bed exchange, which essentially rely on single-size assumption and mean-value representation of variables, overlook the mechanistic basis underpinning particle dynamics.     

交互式VR-Ocean虚拟海洋环境与生命仿真

从底层研究和构建一个虚拟海洋场景快速编辑平台。对平台的整体组成结构、工作流程和用户交互功能进行了设计,使用水面水下分开渲染、以方向确定路线的海洋生命路径规划以及水下刻蚀动态纹理叠加等关键技术和方法,基于VC++、OpenGL和GPU对海洋环境中海上、海面及海下各种可见要素进行3D虚拟,重点在海洋生命行为模拟、行为仿真和海洋特效动态展示。平台的运行满足实时性和交互性的各项要求。最后,还对VR-Ocean平台应用和技术拓展进行了论述和展望。     

未来大规模海岸工程对渤海湾潮动力环境影响的模拟研究

利用FVCOM海洋数值模型,建立渤海湾,尤其针对天津近海的水动力和水交换模型,经潮汐和潮流实测资料验证,模拟结果可信。通过模拟,研究了海岸工程对渤海湾内潮动力环境和水交换能力的影响,模拟显示,未来海岸工程建设后,天津近海最大局部海域流速变化可达0.25 m/s,纳潮量减少3.2×10~8m~3。水体半交换周期延长10天,建议在未来的海岸工程建设时,事先考虑其对水动力环境和水体交换能力的影响,避免造成不可逆转的后果。     

基于HYCOM的海洋环流仿真建模研究

HYCOM海洋模式是垂向混合坐标模式的代表。基于HYCOM海洋模式,采用三层嵌套技术对东海南部海域的海洋环流进行仿真建模研究。通过对仿真结果的验证表明,HYCOM模式的垂向混合坐标方案能够很好的模拟地形复杂海域的环流。     

海洋环境中温湿度变化对混凝土氯离子传输研究

氯离子渗透到混凝土内部诱发钢筋锈蚀是海洋钢筋混凝土面临的耐久性关键问题。构建考虑骨料、浆体集料界面区的混凝土模型,建立了环境温度、湿度影响的氯离子传输模型,基于COMSOL数值模拟软件分析了材料、环境对混凝土氯离子传输的影响规律,并通过试验进行了验证。结果表明:模拟结果和试验数据具有较高的吻合度;随着温度的升高,氯离子扩散加快,而混凝土中氯离子的渗透深度随着内部湿度的增大而呈现减小趋势。混凝土中高致密骨料存在阻碍了氯离子传输,但界面区存在使得氯离子沿界面区传输并在骨料背后形成传输前锋。     

Marine Geodesy (1975–1979)— to the International Association of Geodesy,Section 1

Abstract

Geographic Information Systems (GIS) have been developed during the last decade. Their land‐based applications range from land information management, urban planning, and environmental research to engineering design and management in the utility and oil industries, geological subsurface analysis, and others. However, applications of GIS in the marine environment are still in the initial stages. This may be due to, among other things, the large marine data sets, the demands of 3D data processing, and the difficulty of ocean data acquisition.

This article presents the result of the development of an integrated Marine Geographic Information System (MGIS) for the exploration and development of the Exclusive Economic Zone (EEZ) in the U.S. Pacific Islands region by the Pacific Mapping Center, University of Hawaii. Features such as spatial marine data processing, integration of GIS and mapping systems, 3D data structures, and simulation and animation of marine operations are developed and applied in this system. Since MGIS applications in EEZ are related to many disciplines in marine sciences and engineering, an operational MGIS should be an integrated system in which both basic GIS and marine application systems are combined into a single geo‐referenced system, In addition to other applications, this MGIS has been used: (1) to select a potential deep‐water research site off the island of Hawaii for the State of Hawaii Department of Business, Economic, and Development (DBED); (2) to generate a three‐dimensional database and use it for the navigation and simulation of underwater operations of an underwater research vehicle; and (3) to produce two 2° × 2° mosaic sheets of sonar images, which meet the USGS standard for a sonar image atlas.     

南海及周边海域风浪流耦合同化精细化数值预报与信息服务系统简介

面向社会需求,建立覆盖南海及周边海域的高分辨率风-浪-流耦合同化数值预报与信息服务系统。系统包含耦合同化数值预报模式、海洋动力环境数据库与可视化平台两部分。其中,耦合同化数值预报模式由中尺度大气数值预报模式、海浪数值预报模式和区域海洋环流数值模式,在C-Coupler耦合器中进行耦合,引入集合调整Kalman滤波同化模块,在耦合预报前进行大气、海浪和海流的同化后报模拟,为耦合预报模式提供更为精确的初始场。预报结果经海洋动力环境数据库和可视化平台处理后,通过二维和三维可视化展示,向用户提供直观的南海及周边海域海洋环境预报产品。