基于小波变换与神经网络的海洋平台结构损伤识别与定位研究

基于小渡变换的时频局域化特性和人工神经网络的非线性映射特性,将两者优点结舍发展了一种适用于海洋平台结构损伤识别与定位的新方法.以一典型海洋平台模型数值模拟结构损伤识别效果,结果表明将小渡变换和神经网络方法联合应用于海洋平台结构损伤识别与定位是切实可行的.     

基于模型修正的海洋平台结构损伤识别试验研究

损伤识别是海洋平台结构健康监测的核心问题,对于保障结构的安全服役具有重要的意义。文中将交叉模型交叉模态(CMCM)有限元模型修正方法应用到了导管架式海洋平台结构的损伤识别中。针对实测模态含噪声条件下该方法遇到的"病态"求解难题,引入了截断奇异值分解正则化方法,提出了基于正则化模型修正的损伤识别过程。为验证该过程的有效性,制做了某导管架平台的钢质缩尺简化模型,并在两个典型构件处设置了损伤;利用冲击激励对结构进行了振动测试;根据模态识别结果,采用正则化模型修正过程对各损伤工况进行了损伤识别。结果表明,利用有限的低阶含噪声模态,借助正则化求解技术,该模型修正方法可有效地识别导管架平台结构的损伤。     

海洋平台结构模态参数识别的仿真研究

将特征系统实现法(ERA)与CBSI算法相结合识别海洋平台结构的模态参数(固有频率,阻尼比,振型),利用有限的加速度信号进行结构模态参数识别。海洋平台结构数值模型模拟的动力响应信号用于参数识别。所识别出的海洋平台模态参数与有限元ANSYS分析所得的结果相比较,表明运用本文所提出的方法进行模态参数识别是有效的。     

基于多源卫星遥感的渤海海上油气平台识别

针对海上油气平台信息不足的问题,开展多源卫星遥感的油气平台识别方法研究。基于Landsat-8光学遥感影像(2018—2021年)应用阈值分割法、K-means分类法和最大似然分类法分别识别出渤海海域油气平台136座、166座和113座;基于Sentinel-1 SAR影像(2018—2021年)应用阈值分割法识别出油气平台338座;对上述结果进行决策级融合,识别出渤海油气平台428座。利用ZY-3高分辨率影像对融合方法的识别结果进行验证,结果显示识别油气平台的正确率达到85.2%,错判率、漏判率分别为10.9%和3.9%;油气平台位置与相关文献和公开资料一致。研究结果表明,决策级融合方法能够实现海上油气平台的有效判别,具有推广、应用价值。     

海洋平台随机冰力谱的识别

将海冰对结构的作用看作是随机激励,利用海洋平台原型结构冰激振动的实测响应数据,用逆虚拟激励法(1PEM)识别了平台的冰载荷谱,结果表明逆虚拟激励法识别效果满足工程实际的需要,有较好的应用前景。     

一种新型浅地层剖面仪试验平台的设计与应用

为探讨浅地层剖面声学影像形成原理,探索不同类型沉积物声学影像特征,厘清不同沉积物厚度的识别算法,采用模块化设计理念研发一套新型浅地层剖面仪室内试验平台。综合室内定位技术、浅剖试验平台尺寸合理性分析技术、直线轨道与换能器之间的固定连接技术和海底声学参数反演技术,形成一个试验高效的新型平台。通过铺设沉积物和布设障碍物,利用浅地层剖面仪进行走航测试,精确识别了沉积物的厚度和障碍物的位置。该平台可为开展理想环境下沉积物厚度和障碍物识别提供较好的测试环境,为声学海洋设备性能检测提供测试平台,也为高校学生和技术人员提供设备使用培训场所。     

考虑腐蚀和冲刷的海洋平台损伤识别

以某导管架平台为模型,对分别存在腐蚀和桩基冲刷影响的结构进行模态分析,表明在腐蚀和桩基冲刷的影响下海洋平台的模态参数有明显的时变效应。基于频率变化和神经网络算法的损伤识别方法有较好的记忆能力和泛化能力,可准确识别结构损伤程度。忽略腐蚀和桩基冲刷的影响,基于神经网络算法的损伤识别结果产生较大误差,难以对损伤程度实现有效识别。考虑腐蚀和桩基冲刷影响,提出基于神经网络算法的海洋平台损伤识别方法的改进方案。数值研究表明,改进方法识别误差很小,可对损伤程度实现有效识别。     

浅海导管架平台结构损伤诊断试验研究

基于模型试验研究了浅海导管架平台的结构损伤诊断,采用标量型ARMA模型识别出结构的三阶模态参数,分别采用遗传算法和模态应变能法对试验模型不同模拟损伤工况进行了损伤诊断。基于遗传算法,提出了采用不同自由度一阶模态参数的损伤诊断方法。研究表明,由于海洋平台的前三阶模态分别为不同自由度的一阶模态,采用两阶或三阶模态识别损伤时,损伤杆件影响较小的自由度方向的模态参数对结构的损伤诊断将产生不利的影响,成为识别噪声。因此,可分别采用不同自由度的一阶模态进行结构损伤诊断。     

基于深度学习的水下目标声学识别与定位技术研究

为实现自主水下潜器(Autonomous Underwater Vehicle,简称 AUV)的自主目标探测识别与定位任务,以侧扫声呐数据为依据,考虑到扫描式声呐成像的特点,针对金属球类目标,基于 Darknet 框架设计了一种轻量化深度学习目标识别模型,并结合人工特征进行目标特性分析。同时对声呐图像设计了有效的图像增强方法。实验表明：上述目标识别方法在保证目标识别准确率的同时,具有较高的目标识别速率,适于低功耗嵌入式平台部署。     

基于微服务的海上目标综合业务管理平台的设计与实现

为提升我国管辖海域的监视监测技术能力,有力支撑海洋强国建设,文章介绍微服务架构的优势,重点分析海上目标综合业务管理平台的系统架构、功能设计和应用实现。研究结果表明：海上目标综合业务管理平台的业务需求复杂,涉及的监视监测设备类型多样,对数据分析的深度和广度要求较高;采用微服务的体系架构,根据综合业务管理平台的业务需求和功能边界,将平台划分为多个独立运行的微服务,可实现海上目标预警、识别、跟踪和综合研判等功能,为我国管辖海域海上目标识别与监视监测业务的全面开展提供支撑平台,具有较高的应用价值。     

遥感溢油识别的电子海图设计与功能实现

针对遥感溢油识别的电子海图显示应用系统的开发,进行功能需求分析并提出系统设计方案。在分析了几种常见的电子海图显示平台开发模式的基础上,基于MapObjects组件开发实现了电子海图显示应用平台,具备海图显示、数据叠加、海图分析、添加标注、地图输出等功能。     

海洋平台结构损伤识别与定位新方法及试验验证

基于小波变换的时频局域化特性和BP神经网络的非线性映射特性,结合两者优点提出了基于小波包分析和神经网络方法的海洋平台三步法损伤定位方法。对海洋平台结构加速度响应信号进行小波包分析,提取小波包特征向量,将小波包结点能量变化量指标作为BP网络的输入向量,逐步确定损伤位置。设计一典型导管架式海洋平台试验模型,分别进行岸上脉冲激励及水池中波浪激励下平台结构损伤识别与定位模型试验,对该方法的可行性和适用性进行了验证。     

一种模态参数识别的虚假模态剔除技术

针对背景噪声下结构的模态参数识别结果存在虚假模态的情况,分析虚假模态产生的原因,通过理论推导提出辨别虚假模态的判断条件,根据判断条件剔除识别模态参数中包含的虚假模态。以比例阻尼海洋平台结构数值模型为例,在模拟噪声水平5%的工况下,获得结构脉冲响应信号,对基于奇异值分解定阶消噪后的信号用复指数法进行模态参数识别,对识别的模态频率和阻尼比进行虚假模态剔除。结果表明:根据判断条件可有效剔除所识别参数中的虚假模态。     

基于小波变换的固定式海洋平台结构损伤识别方法研究

小波变换在分析非平稳信号方面较傅立叶变换更有效,为了检测出海洋平台结构中裂缝或因刚度降低引起的损伤,对海洋平台的响应信号进行离散小波变换,通过分析变换后的信号是否有突变现象判断结构是否出现损伤,并结合模态应变能法实现了对结构损伤的定位,探讨了传感器位置对识别效果的影响。     

水面运动目标跟踪监控系统的设计与实现

本文围绕海上无人值守平台周界安防技术需求,以800 m范围内的快艇、渔船、客轮和商船为航行目标构建运动目标跟踪监控系统,并集成开发了基于水下被动声学检测和水上云台控制的光学视频系统为一体的声光一体化监控系统,设计了一套基于深度学习的目标检测算法,实现了对水面航行目标的跟踪检测与分类识别。本文在目前基于单一方法进行水面目标跟踪的基础上进行了突破,系统综合了水听器远距离目标监控跟踪和近距离的水面视频监控目标识别,当两者同时确认目标,由声警器发出警报驱离可疑目标,系统将水下声学监控和水面视频监控有效结合,极大地降低了平台的误报概率,同时实验测试结果表明该系统可有效实现对4类水面航行目标的跟踪检测和特征提取,且改进后的算法可有效提升目标检测效果与识别精度,具有较好的鲁棒性和有效性。     

基于差值信噪比法的船载地波雷达一阶谱识别

本文提出了适用于船载地波雷达展宽一阶谱识别的差值信噪比方法。通过结合仿真分析和实测试验数据,开展了船载地波雷达展宽一阶谱的频移和展宽特性分析,确定了一阶谱的最大展宽范围与平台运动速度之间的定量关系。通过分析一维多普勒频点间的差值数量关系,确定了边界预筛选准则。利用展宽一阶谱的区域连续特性,实现展宽一阶谱边界最终识别。采用船载地波雷达仿真和实测数据对所提方法的有效性进行了验证,所提方法相对于传统方法取得了较好的识别效果。     

新型海上无人平台登临装置研究

本文总结了国内外海上平台登临方式,并设计了一种新型海上无人平台登临装置。这一新装置具有结构简单、占用空间小、系统可靠等优点,本文详细描述了该装置的登临和离开工作流程及控制模式,并针对不同作业阶段设置了不同的控制模式,通过设计安全性仿真实验及实验参数,确保在6级风况下,装置臂展长度需大于1.42 m,以保障人员的安全。同时,本文探讨了该装置的关键技术,如人员姿态识别、船舶运动检测与预测等,这些技术的应用有望提高作业的安全性和效率。未来,新型海上无人平台登临装置的发展趋势将集中在人工智能技术的应用,以进一步提高作业人员的安全,并实现远程操控和设备维护。这一新型智能装备将具备识别、感知和实时监测功能,以应对不断变化的海上工作环境,同时注重信息反馈,以支持后勤维修工作。     

基于小波分析的海洋平台实时结构健康监测

由于海洋平台结构长期处于恶劣的海洋环境中,并受到各种载荷的交互作用,结构容易产生各种形式的损伤。因此,对海洋平台进行实时监测有着十分重要的现实意义。以单筒简易导管架平台为例,主要在结构损伤的判定和定位两方面对海洋平台的实时结构健康监测进行研究,结果表明通过对结构响应信号进行小波分析,小波变换系数和小波包能量分布可以很好地定义损伤识别指标。     

图像自动识别技术在海洋浮游生物分析中的应用

介绍了一种利用数学形态学特征和Gabor纹理特征,结合主成分分析与支持向量机对胶州湾沿岸7种浮游生物的活体图像进行自动识别的方法。实验结果表明,基于主成分分析的降维识别模式可以提高系统识别性能,其平均识别正确率达78.5%,通过对图像采集、图像处理、特征的选取等方面做进一步的改进和提高,基于计算机数字图像的海洋浮游生物自动识别方法将为海洋生态环境监测提供新的实时、快速、高效检测平台。     

基于小波变换的海洋平台损伤检测研究

当结构物产生损伤时,结构的动力特性会发生变化,从而引起结构振动响应产生相应的变化。小波变换是奇异性信号的良好检测工具,可以用于识别结构损伤的发生。建立了某海洋平台有限元模型,得到了随机海浪作用下不同损伤工况的结构振动响应。基于小波变换损伤检测,针对不同类型杆件损伤、不同位置杆件损伤、不同程度的噪声污染以及不同方向振动响应信号情况下,分别研究了海洋平台结构的损伤检测问题,得到了一些有用的结论。