基于无人机自组网的空海一体化组网观测技术

本文在分析海面无线通信信道特性与多径衰落参数的基础上,综述了海面观测组网通信与无人机观测等海洋监测方法,以及无线传感器网络与无线自组织网络协同作业观测技术。然后,分析了无线Mesh网络协议架构与自组织网络路由协议,以及适合于海上通信的AODV协议与OLSR协议,为空海一体化机动组网观测应用设计提供参考。     

一种双链路海洋观测数据传输系统研究

快速获取可靠的海洋信息对海洋发展具有十分重要的意义。目前海洋观测数据传输业务主要通过地面网通信方式进行,地面网是海洋观测数据传输的重要通信方式,具有传输稳定、丢包率小和全双工等优势,但其故障时会严重影响数据传输的稳定性和时效性,因此添加合适的备用链路就显得尤为重要。本文介绍了海洋观测数据传输现状,对比了不同无线通信方式的特点,开展地面网和无线网相互备份和接续传输的技术研究,提出了无线网和地面网相结合的双链路通信方式,即日常状态下采用地面网通信,地面网故障时自动切换至无线链路,以提高数据传输的到报率,进而提高数据传输的稳定性和时效性。     

基于LoRa的海洋多功能信标组网及特性研究

针对目前海洋观测网络通信距离、功耗、复杂度、抗干扰能力、成本之间的矛盾,提出了一种基于LoRa(long range)的海洋多功能信标组网观测系统。通过运用新型的LoRa调制技术,采用星型链路网络对多功能信标进行组网设计,并结合北斗通信,构建了一套覆盖范围广、功耗低,组网简单,抗干扰性强的海洋监测网络系统,能够有效实现近海和远海的全范围覆盖,同时降低了组网的成本。通过对多功能信标的低功耗设计,可有效降低信标功耗,延长了工作周期。通过室内和室外的模拟实验,验证了组网通信的有效性,以及远距离传输数据特性,为信标的升级设计和海洋组网观测打下了基础。     

海洋观测通信组网安全及其硬件加速研究

从我国海洋信息观测需求入手,分析海上临时无线组网安全通信基本需要,提出一种基于AES和RSA算法与消息认证码(MAC)组合的一次性双向口令认证协议,并对RSA算法硬件加速评估,优化算法设计,减少资源消耗,解决海上信息采集临时组网通信安全问题。     

基于双冗余以太网通信的气象实时观测数据采集网络传输系统的设计与实现

随着以太网技术应用的日趋成熟,在海洋和大气观测领域,人们希望对传统不具备网络通讯能力的观测仪器进行智能化和网络节点化改造。设计和实现了一套气象实时观测数据采集与网络传输系统。该系统采用基于ARM的嵌入式系统集成设计方案,实现了对外部传感器实时观测数据的采集和以太网通信。作为多级网络系统中的一个网络节点,该采集传输系统采用双冗余以太网通信接口设计,使系统中的双路以太网在一路局部故障或线路受损时可以自动冗余切换。这一设计特点大幅提高了作为网络节点的数据采集传输系统在与外部其他设备通信时数据传输的可靠性。通过在以太网条件下,网络闭环控制运行试验等测试,证明所开发的气象实时观测数据采集网络传输系统运行稳定可靠,双冗余以太网接口切换正常,数据采集传输及时准确,可完全满足实际应用的需要。     

无人机技术在海洋监视监测中的应用研究

随着无人机技术的发展,无人机遥感越来越多的应用于国民生产的各个领域,文章主要研究利用无人机技术进行海洋监视监测,发挥无人机在海洋监测中的优势,发展无人机在海洋中的业务应用,为海洋管理与执法提供决策支持。     

基于无人机MiniSAR和正射影像的海岸带开发利用信息提取对比研究

近年来,海洋在沿海国家的战略地位空前提升,海洋遥感技术也被广泛应用。海洋遥感利用电磁波与大气和海洋的相互作用原理,从卫星平台观测和研究海洋海岸带的各种现象,从而获取海岸带信息,分析海岸带变化。文章基于GIS和遥感技术,利用无人机搭载微型合成孔径雷达(MiniSAR)获取高分辨率SAR影像并与无人机光学正射影像进行对比研究,获取了海岸带开发利用信息分布状况,分析了两种手段获取结果的差异性原因,为深入开展无人机遥感监测在海洋管理中的应用奠定了基础。利用无人机机动灵活的特点,宏观、快速、高效地获取海岸带信息,并实时监测海岸带动态变化,将为海洋综合管理、海洋经济发展、海洋环境保护提供基础数据和技术支撑。     

海洋观测预报业务多源异构数据与信息集成分析

海洋观测预报数据信息是地方经济建设和社会发展重要基础数据之一,由于其数据源与信息源分布于多个不同网络中,且存储与展示形式各异,一直难以被统一集成和很好地应用。从分析海洋观测预报业务数据源与信息源入手,应用目前成熟的网络技术和数据库技术,对海洋观测预报数据信息集成中的若干问题进行深入研究,从而提出并实践了从网络集成、数据集成、知识集成到应用集成的一整套海洋观测预报数据集成的技术框架和方法体系,继而开展基于多源异构数据与信息集成的海洋观测预报服务系统研究,为海洋观测预报数据信息集成的实践过程提供方法支持。     

海洋观测方法之研究

本文讨论了海洋观测技术的定义,厘清了其与海洋探测技术和海洋监测技术的关系,并在认识海洋观测数据本质的基础上,从技术性、实时性、经济性和适用性等4个方面,来讨论海洋观测方法。本文研究表明,抓着观测数据的本质保障观测数据的质量;观测手段特别是平台技术决定观测技术的实时性;实时性反映海洋观测任务的需要及观测技术的水平;经济性决定观测技术的选用;适用性进一步决定海洋观测技术的最佳形式,甚至衍生出新的观测技术。     

海洋技术信息库的研究与实现

在海洋观测系统研究和业务化运行过程中,在获取海洋观测数据的同时,产生了大量的相关技术信息,这些信息包括：海洋观测体系技术信息、海洋观测技术类数据以及海洋观测技术发展动态信息等。文章首先解释了海洋技术信息的内涵及信息来源,进而简要地描述了海洋技术信息库的总体构架和组成,介绍了海洋技术信息库现阶段的工作进展,重点说明了４类技术信息数据库以及两个应用系统的建设情况,最后总结并指出未来的工作方向。     

基于GIS的无人机地面监控系统的设计与实现

在分析无人机领域飞行数据特征的基础上,设计实现了一套功能较为完善的无人机地面监控系统。该系统主要完成了无人机飞行状态实时显示、航线规划和航线回放等功能模块。系统借助于G IS技术,导入矢量形式的电子地图,利用丰富的地理信息来辅助实现无人机的地面监控,在V isual C 6.0开发环境下利用基于异步方式和事件驱动方式的串口通信实现了系统与地面控制站的通信,利用地图控制文件实现了地图数据的调度,利用显示缓存实现了视图实时刷新。经过实际联调,系统运行良好,实用性较好。     

一种基于工作流逻辑偶的海域无人机监视监测业务流程建模方法

通过构建海域无人机监视监测业务流程形式化模型,为海域无人机监控与管理系统能够自适应可变的业务流程奠定基础。首先对比了各种业务流程建模方法的技术特点和适用场景,然后对海域无人机监视监测业务流程进行分析,提出了一种UML活动图转化为基于Petri网的工作流逻辑偶的方法,最后基于此方法对海域无人机监视监测业务流程进行建模。建模结果表明,该方法能有效地将海域无人机监视监测业务流程的分支、分叉以及汇合等流程逻辑转化为工作流逻辑偶,并且转化的结果满足良序性、良构性以及畅通性。     

海域无人机带状网络接力测控系统研究

为解决目前海域无人机单点作业模式难以满足海域大范围监测和无人机系统规模化运行需求的问题,提出了无人机接力测控方案。结合现有的通信测控技术,提出了4种切实可行的接力测控方案:双通道接力测控、基于FDMA的接力测控、基于CDMA的接力测控、基于TDMA的接力测控。通过对比各方案之间的优缺点,结合目前现有条件,在保证方案安全性和可实施性的情况下,最终提出了一套多种技术结合的过渡型接力测控实施方案。     

无人机航测系统的海岛礁测绘应用研究

介绍了三型基于无人飞行器为平台的航测系统,分析了影响海岛区域无人机影像数据处理精度的因素,无人机航测系统在海岛区应用的技术特点。以该三型系统在我国某海岛区域进行了摄影作业,对实验数据质量、空中三角测量精度、正射影像精度等进行分析。实验结果表明,无人机低空航测系统在海岛区域大比例尺地形测绘或海图修测等领域具有良好的应用前景。     

基于GEBCO的海底热液区地形复杂度分析方法研究

海底热液区地形复杂度是热液活动场的重要指标数据,获取地形复杂度指标数据,为系统研究全球海底热液区分布特征具有重要意义。阐述了地形复杂度和GEBCO数据的基本应用情况,介绍了基于数字地形模型数据进行地形复杂度计算的基本方法,提出了海底热液区地形复杂度计算的窗口序列分析法和基本步骤,实例分析了伊豆—小笠原海底热液活动亚带的地形复杂度情况。     

低空遥感系统在海域监视监测方面的应用初探

针对低空遥感系统在海域使用动态监视监测中的应用初步探索,我们尝试在山东海阳核电厂利用无人机低空遥感系统获取高分辨率遥感影像。通过对遥感影像进行分析处理,提取研究区域填海信息并进行研究,为海域使用监视监测提供数据支持。结果表明,无人机低空遥感系统具有机动灵活、响应迅速、分辨率高等优点,且能够到达载人飞行器无法到达的复杂或危险地区空域,在海域使用监视监测中的应用具有很高的可行性,今后可进一步搭载光谱仪等专业设备进行监测相关信息采集与分析,对海域监管有目标有选择地重点跟踪监测和保护,更好地辅助海域监管等保障工作。     

基于Pix4Dmapper的无人机数据自动化处理技术探讨

无人机遥感由于具有机动灵活性高、时效性强、分辨率高、成本低等优点,广泛应用于各个领域。但由于无人机本身的特性和传统数据处理技术的局限性,使得无人机数据处理成为无人机应用的最大难题,作者结合Pix4Dmapper软件就无人机数据自动化处理技术方法进行探讨,开展无人机遥感数据的空三计算、平差计算与正射校正和镶嵌自动处理技术研究,实现无人机数据快速拼接与校准,制作正射影像图,为无人机数据的快速自动化处理提供技术支持。     

无人机及三维激光扫描仪技术在沙滩剖面动态监测中的应用及测量精度分析

沙滩剖面动态监测是沙滩整治修复工程效果评价的基础性工作,同时也是工程实践中及时发现问题并提出解决方案的关键步骤。由于常规测量手段存在工作效率低、周期长、难以全面覆盖测区等局限性,新型技术在沙滩剖面动态监测中的应用研究显得尤为重要。本研究以厦门天泉湾沙滩养护工程为案例,通过无人机航拍技术和三维激光扫描仪获取沙滩数字正射影像和高程数据,与人工测量结果进行比对和统计分析,研究两种技术的应用价值。研究结果表明,无人机平面坐标精度较高,但高程精度有所偏离;三维激光扫描仪测量数据满足沙滩剖面地形测量精度要求,但易受视场角限制,结果存在扫描噪点和盲区。因此,采用无人机及三维激光扫描仪技术,结合传统测量手段进行沙滩剖面动态监测,在我国广泛分布的沙滩养护工程实践中,具有良好的应用价值。     

面向海上目标搜索任务的多无人机协同航路优化

提出了一种面向多无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)协同搜索海上目标任务的航路优化方法。首先,分析多无人机协同航路优化问题的基本要素模型。然后,在对各UAV独立维护的目标概率图信息进行探测更新的基础上,采用状态预测一致性算法实现目标概率图信息的快速融合。最后,同时考虑局部搜索收益与未来搜索收益,采用分布式模型预测控制(distributed model predictive control,DMPC)方法优化各UAV的搜索航路。仿真结果表明,本研究提出的方法具有较高的搜索效率,可有效应用于海上目标的快速搜索任务,具有重要的应用价值。