基于最小二乘法与RBF神经网络的溶解氧检测系统设计

为克服温度对溶解氧传感器的影响,对极谱型溶解氧检测系统的溶解氧电极激励源、高精度信号采样、软件标定和温度补偿等方面进行研究。通过对极谱型溶解氧传感器工作原理进行分析,设计了极谱型溶解氧传感器检测电路;根据溶解氧电极的温度特性,设计了基于NTC（负温度系数）热敏电阻的硬件温度补偿电路,并利用最小二乘法及RBF神经网络构建了软件温度补偿模型。利用饱和蒸馏水进行温度补偿实验,结果表明：经温度补偿后,该溶解氧检测系统的相对误差及采样波动均在1%以内,大大减小了传感器的非线性误差,测量精度和稳定性均可满足应用要求。     

船舶气象仪

船舶气象仪可自动测量船只所在海区的风速、风向、温度、湿度气象要素，船舶气象仪由计算机程序控制，对传感器信号进行采样、计算，再用数字显示风速、风向、温度、湿度的计算结果，为船舶的航行安全提供重要参考信息。     

海洋上层高分辨率温度链观测系统设计

为满足海洋上层温度数据高分辨率实时观测需求,本文设计出一种成本低、体积小、精度高的温度链观测系统,可搭载于调查船、浮标等多种海洋观测平台,具备高分辨海表温度数据实时观测功能。本文介绍了温度链系统架构的整体设计,阐述了温度传感器的高精度测量原理与方法,采用RS-485通信方式并设计出一套适用于温度链的软件通信协议,通过标定、均一性测试、稳定性测试验证了传感器的测量性能,研制出总长200 m的温度链观测设备,设备带有10个测温节点,传感器节点初始测量精度优于±0.005℃,温度链采样间隔最短可达2.7 s。本温度链在我国南海进行了拖曳功能测试,试验结果表明：温度链海上作业通信稳定可靠,数据测量准确,满足海洋现场观测对数据高时效、高精度、低误码率的传输要求。     

低成本复杂环境下高精度单波束测深系统的设计与实现

长江江苏段过江通道、跨江电缆、码头等设施日益增多,建设规模趋于大型化,附近水域测量时GNSS信号遮挡严重,常造成定位信号丢失干扰。本文研究中将低成本中等精度惯性导航系统接入,使用内插和姿态融合算法,辅助精准定位。测量时船舶动态吃水难以得到,文中提出了在换能器附近安装压力式水位计,可实时获取船舶动态吃水。通过两种传感器的结合,组成一套低成本复杂环境下的高精度单波束测深系统,经测试符合精度要求,具有一定推广性。     

基于Newton法优化ARMA模型参数的船舶升沉运动预测研究

为解决波浪补偿系统中时延现象导致的控制性能下降问题,通过建立Newton-ARMA模型提前预测船舶升沉运动来消除时延现象。首先设计卡尔曼滤波器对船舶升沉运动加速度信号进行降噪滤波处理;然后使用加速度二次积分模块将加速度信号转换为位移信号;最后建立自回归滑动平均(ARMA)模型,并使用牛顿(Newton)法对模型参数进行优化,得到船舶升沉运动的Newton-ARMA预测模型。仿真结果表明,Newton-ARMA模型对船舶升沉运动的预测时间可达10 s,预测误差随着预测时间的增加而增大; Newton-ARMA模型对二级海况、三级海况和四级海况下的船舶升沉运动平均预测精度分别达到89.43%、88.53%以及87.78%,远高于ARMA模型对船舶升沉运动预测的精度,说明采用Newton法优化ARMA模型参数可以显著提高船舶升沉运动的预测精度,也即Newton-ARMA模型对控制波浪补偿系统时延具有较好的补偿效果。     

非接触式海洋模拟平台测量技术研究

针对海洋模拟平台接触式测量方法精度低的问题,提出了适用于"海洋移动式平台"水池模型试验的非接触式测量方法并详细阐述了实时异步触发同步抓取图像功能的实现及两步法标定过程.该方法基于机器视觉原理使用双 CCD 进行平台的运动监测,利用标定内外参数来重构物体空间坐标,并由此分解浮体六自由度运动的信息.最后给出了测试结果.结果表明:所提算法在分析精度方面有了较大的提高.     

智能船用自动气象仪

本文所介绍的CZ-1型智能型船用自动气象仪是一种对视风速、视风向传感器具有软件自适应能力的多功能全新型气象仪表。它不仅具有对硬件系统故障的自诊断能力,还能根据用户需要随时选择固定工作方式或自动循环检测显示工作方式,也可带多路异步分显示器远传显示或与系统外主机数据通讯;它不但能高精度地实时检测显示气压、温度、湿度、航速、航向、视风速、视风向等七路模拟量或脉冲量输入信号,还能显示实时真风     

基于二元LSTM神经网络的船动积分位移预测算法研究

摘要：在海况环境下,进行船舶运动预测时。由于惯性传感器采集系统本身的电学特性,会产生偏移误差,严重影响一般预测方法的准确性。针对这一问题,在常规LSTM神经网络的基础上,设计改良了一种二元的LSTM网络架构。在船舶运动仿真平台上进行模拟船舶升沉运动实验,并通过惯性传感系统测量仿真平台实时积分位移进行计算验证。验证统计该网络预测结果峰差值均方差0.64%,均值均方差0.42%,峰值均方差0.57%,证实该网络较常规LSTM在船舶运动预测领域具有更好的针对性和适应性,更准确的还原预测实际的船舶运动轨迹。     

基于二元LSTM神经网络的船舶运动预测算法研究

在海况环境下,进行船舶运动预测时。由于惯性传感器采集系统本身的电学特性,会产生误差偏移,影响预测的准确性。针对这一问题,在常规长短期记忆网络（LSTM）的基础上,设计改良了一种二元的LSTM网络架构。在船舶运动仿真平台上进行模拟船舶升沉运动实验,并通过惯性传感系统测量仿真平台实时积分位移进行计算验证。验证统计该网络预测结果峰差值均方差0.64%,均值均方差0.42%,峰值均方差0.57%,证实该网络较常规LSTM在船舶运动预测领域具有更好的针对性和适应性,更准确的对船舶运动进行预测。     

姿态传感器在水深测量中的应用

姿态传感器作为高精度动态海洋测量仪器,已被广泛地与船载海洋测量设备配套使用。姿态传感器能够改正或消除船载仪器由于船体的垂荡、横摇和纵摇引起的测量误差,大大提高测量精度。举例介绍了姿态传感器在单波束和多波束水深测量中的应用,并对姿态传感器的动态补偿特性进行了探讨和分析。     

船载风控大容量气溶胶采集系统的开发和应用

在"我国近海环境综合调查与评价"的海洋气溶胶调查研究中,开发研制了新型船载风控大容量气溶胶采集系统。该系统由风向风速控制器、大容量采样器、自动控制器和抗风防雨防腐蚀箱体等组成。经过海上2 a 4个季度的海洋环境作业,表明该系统具有的大容量采集海洋空气体积,满足海洋气溶胶的微量组分的检出要求;具有的风速风向控制系统,能有效避免所采集的大气气溶胶样品受到船上发动机排出烟尘污染的影响。该系统还具防海水降雨、防腐蚀、结构牢固、流量稳定及抗风能力强等优点。系统采用单片机控制信号的采集、处理和显示,配有温度和压力补偿编程设定以及断电保护、自动修复等功能。海洋现场使用表明,该系统设计合理、数据可靠、灵敏度高,可满足海上大容量气溶胶采样要求。     

适用于水下滑翔器的CTD传感器设计

为满足水下滑翔器连续获取海洋剖面水文动力高质量数据的应用需求,利用自主研制的电磁感应式电导率传感器,集成快速响应的热敏电阻与压力传感器,以PIC18F2520单片机为电路系统的核心控制器,设计出一种适用于水下滑翔器搭载的微型化、低功耗、重量轻的SZQ1-1新型CTD传感器。该CTD测量仪经实验室多次标定,数据质量达到海试要求。2016年10月,该CTD传感器与海鸟SBE19 Plus在青岛胶州湾进行了海试比测。海试结果证明,该CTD传感器与SBE19 Plus测量结果相近,实时获取的温、盐、深剖面数据精度满足水下滑翔器的搭载要求。     

基于GNSS浮标的波浪反演技术研究

波浪观测在海洋环境预报、海洋工程建设、海洋资源调查、航海安全等领域具有重要作用。基于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）浮标进行波浪观测的方法具有全天候、实时、准确度高、价格低等诸多优点,同时还可以在浮标上集成其他海洋环境测量仪器,因此越来越受到世界各国研究者的重视。本文提出一种基于GNSS浮标的波浪参数反演方法,并成功应用于浙江温州海域,在海试过程中,同公认的波浪骑士浮标对比,平均波高相关系数达到0.95,标准差为4.06 cm,平均波周期相关系数为0.92,标准差为0.24 s,完全符合国家标准。本文所用浮标系统还可以搭载多种海洋环境要素观测传感器,可将数据实时传输至接收终端,具有较高的应用价值。     

海洋生态在线监测技术研究进展

在人类活动和气候变化的双重压力下,当前我国各类生态灾害多发、典型生态系统普遍退化、海洋生物资源持续衰退,海洋生态安全形势不容乐观,海洋生态监测工作面临迫切需求。现有的传统监测技术和手段频率低、数据量小、趋势分析难,难以满足当前生态监测的需求。海洋生态在线监测技术具有实时性、连续性的特点,可以实现全时段、全天候、不间断地获取海洋环境监测数据,及时准确掌握环境质量的变化,具有传统监测手段无法比拟的优势。本文从综合性在线观监测系统、监测平台手段、在线监测传感器/分析仪器不同层次,深入分析了国内外生态在线监测技术发展现状,探讨了我国在海洋生态监测领域存在的问题,并提出了相应的发展建议,推进我国生态监测业务化工作的开展。     

一个中国边缘海的风-浪-流预报系统

海洋预报是进行海上活动的安全保障,海洋预报系统技术已经成为现代海洋气象业务的技术支撑。海洋观测、数据同化、数值模拟和高性能计算机等技术的进步极大地推动着海洋业务化预报的发展。采用大气数值模式（WRF）、海洋数值模式（CROCO）和海浪数值模式（SWAN）的多模式高分辨率离线耦合方式,添加南京信息工程大学“海洋数值模拟与观测实验室”团队自主研发的一系列海洋模式参数化方案,包括浪致混合参数化方案、亚中尺度参数化方案、海山诱导混合参数化方案以及涡旋诱导的沿等密度面和跨等密度面混合参数化方案,并通过同化技术和最新的人工智能技术与观测资料相结合,构建一种面向中国边缘海的风浪流多参数耦合预报系统,用于海上风电功率的预报和其他海洋灾害预警。实际观测资料的验证表明,该预报系统能较准确地模拟海上风场、海流、海温、波浪、潮汐等海洋气象要素。同时实现了按需实时可视化全景展示。     

海洋电场采集电极极差自动补偿方法设计

针对海洋电磁勘探的低频、微弱电场信号采集中电极与放大采集电路的耦合问题,提出了一种支持直流耦合的电极极差自动补偿放大采集电路设计方法,给出了系统设计实现,详细介绍了电极极差自动补偿放大采集电路和自动补偿控制算法.测试结果表明,所设计的电极极差自动补偿方法可将0.1～0.7 mV的电极极差自动补偿至0.043～0.074 mV,均控制在0.1 mV以内,满足了海洋电场采集直流耦合的需求,降低了电场采集电路对不极化Ag/AgC1电极的极差设计要求,可有效应用于海洋低频电场信号采集.     

MODIS卫星海雾检测技术研究

以MODIS/TERRA卫星为数据源,以2006~2009年黄渤海区域五个台站的实况资料和部分海测资料为依据,选取了23幅有雾天气卫星云图为样本,对卫星36个通道进行了相关性分析实验,通过该实验实现了海雾特征通道的选择。对特征值与日地关系因子进行了相关性分析实验,讨论了日地关系因子对海雾特征值的影响,提出了特征通道特征值的订正方法。在此基础上,运用阈值法进行了海雾检测,取得了理想的海雾正检率。     

光纤温深传感器在物理海洋的应用

光纤传感器技术已经在土木工程、航空航天、石油石化等方面得到应用,其温度、压力、流速传感日趋成熟,且具有本征绝缘、易于复用、远距离传输等优势,在物理海洋领域有较大的潜在应用。在先导专项的支持下,课题组完成了光纤温深传感器及其系统在海洋牧场遥测方面的实践应用,是光纤温度链在海洋养殖方面的应用创新,为现代海洋牧场的研制提供了技术支撑作用;课题组研制了船载拖曳温深链系统,并在北黄海和南海海域进行了温度跃层的快速高效海试应用,实时、连续、原位获取了水下温度剖面情况,该领域温度测量的首次试验应用,为物理海洋的科学研究提供了一种全新的快速、高时空密度的测量手段,将会推动物理海洋的科学研究和海洋仪器设备研发水平,具有一定的先导作用。     

基于YOLOv3深度学习的海雾气象条件下海上船只实时检测

海雾气象条件下船只高精度检测识别面临较大困难,传统的目标识别、定位方法效果差强人意。作者围绕海雾气象条件下不同类型船只的实时检测问题,提出一种基于YOLOv3深度学习的实时海上船只检测新思路。首先构建清晰图片和模糊图片（海雾、雨）的判别方法,实现图片清晰度分类处理;其次为提高海雾气象条件下海上船只的实时检测精度,消除海雾遮挡对目标识别的影响,运用暗通道先验去雾方法对含有海雾的图像实行去雾;最后基于YOLOv3深度学习算法对精细处理后的图像进行船只实时检测。实验结果表明该方法能够在海雾气象条件下高效、准确地检测到船只,对海上复杂环境条件下的船只实时检测研究具有一定的理论指导意义。