2010~2019年北黄海海域长序列海量温盐数据分析与处理方法

保障长期连续的数据完整性和质量可靠性是进行浮标数据应用的首要问题。本文基于中国科学院近海观测研究网络黄海站位于北黄海长海县附近海域的五套浮标于2010~2019年连续10 a采集到的海洋表层温盐数据,进行数据分析与处理方法的研究。为了辨识原始温盐数据中的异常值,综合运用极值法、拉依达准则和箱型图法给出适合温盐的异常数据分析与处理方法,并基于2σ原则和箱型图法修正了温盐界限。为了解决温盐数据的缺失问题,提出SoftImpute与IterativeImpute相结合的插补方法,有效降低了温盐数据的标准差。研究结果表明,采用本文的方法可有效消除异常和插补缺失,修正数据中的异常点,得到连续、平滑、具有显著年际变化特征与趋势的温盐数据分析曲线,也可增加对该海域海洋温盐特征、变化规律和发展趋势等的深入理解,为海上现场观测数据处理提供借鉴,并为后续应用研究提供更高质量的数据。     

基于半参数回归的DDM内插方法

提出了一种基于半参数回归的数字水深模型(DDM)内插方法。将原始水深数据误差和内插函数的逼近误差分别视作数字水深模型的偶然误差和系统误差部分,构建DDM内插的半参数回归模型;基于距离法与L曲线法,分别确定正规化矩阵R与平滑因子α;采用按方位取点的加权平均法,估计内插函数在任意节点处的逼近误差。实验结果表明:所提方法提高了DDM的构建质量;海底地形复杂程度越大,所提方法对DDM构建质量的提高程度越大。     

顾及海底地形变化的狄洛尼三角网构建

数字水深模型是对海底表面形态的数字化表达,传统的网格数字水深模型存在不能根据海区水深变化情况自动调节内插水深间隔的不足,提出了以深度极限误差作为判断标准,顾及海底地形变化的补深补浅方法,并在此基础上构建了相应的狄洛尼三角网。 实验证明:与传统的最浅点抽稀规则格网方法相比,所提方法更能合理的反映出海底地形的实际变化情况,并明显改善 DDM 精度。     

大菱鲆（Scophthalmus maximus）不同生长阶段体重的遗传参数和育种值估计

采用非求导约束最大似然法（DFREML）进行了大菱鲆不同生长阶段体重的遗传参数和育种值研究,每一生长阶段分别对4种不同动物模型估计遗传参数的差异进了比较。不同模型中对全同胞家系效应和日龄协变量作了不同的考虑：模型A,不考虑全同胞家系效应和日龄协变量;模型AD,仅考虑日龄协变量;模型AF,仅考虑全同胞家系效应;模型AFD,同时考虑全同胞家系效应和日龄协变量。结果表明,6月龄利用模型AF,3月龄、9月龄、12月龄、15月龄利用模型AFD对遗传参数和育种值进行估计较为适合。利用育种值选择和表型值选择两种方法分别进行了家系选择和个体选择的效率比较,结果表明,在每一生长阶段依据育种值选择的效率均高于表型值选择的效率。利用不同生长阶段的家系育种值以及亲本育种值分别进行了家系选择比较和亲本选择比较,结果表明,在不同生长阶段,按家系、父本和母本的育种值分别排序,前50％的相同率和育种值的相关系数均为9-12月龄较6—9月龄的提高幅度比其它相邻阶段显著增加,推测家系提前筛选的时间以及父本和母本选择的时期均不低于9月龄。     

基于CSA-PLS算法的养殖水体水质快速高光谱预测反演模型研究

养殖水体水质的优劣直接影响养殖对象的成长,准确、快速、全面地掌控养殖水环境的水质参数变化情况具有重要意义。传统的水质指标监测方法都通过人工采样的方式,不仅耗费时间长,且只能体现局部水体情况。针对这些问题,提出了一种乌鸦搜索算法(CSA)结合偏最小二乘回归(PLSR)的高光谱特征波段筛选方法,快速构建回归模型,实现光谱数据的精准预测反演。以连片的养殖小区为研究对象,采集养殖水体样本并拍摄同时期的高光谱影像数据。首先对提取的采样点光谱数据利用多种数据变换方法分别预处理;其次利用这些数据,对水质指标总氮(TN)、氨氮(NH₄⁺-N)、总磷(TP)和化学需氧量(COD)分别构建全波段的SVR和AdaBoost回归模型,同时与提出的CSA-PLS自动筛选波段方法和传统的连续投影算法(SPA)筛选波段后构建的模型进行比较分析;最后根据决定系数(R²)和均方根误差(REMS)选出适合各水质指标的最优模型。从实验结果可以看出,所提波段筛选方法的AdaBoost模型预测结果优于SVR和传统SPA方法提取特征波段后构建的模型,与全波段最优模...     

大菱鲆(Scophrhalmus maximus)不同生长阶段体重的遗传参数和育种值估计

采用非求导约束最大似然法(DFREML)进行了大菱鲆不同生长阶段体重的遗传参数和育种值研究,每一生长阶段分别对4种不同动物模型估计遗传参数的差异进了比较.不同模型中对全同胞家系效应和日龄协变量作了不同的考虑:模型A,不考虑全同胞家系效应和日龄协变量:模型AD,仅考虑日龄协变量;模型AE仅考虑全同胞家系效应;模型AFD,同时考虑全同胞家系效应和日龄协变量.结果表明,6月龄利用模型AF,3月龄、9月龄、12月龄、15月龄利用模型AFD对遗传参数和育种值进行估计较为适合.利用育种值选择和表型值选择两种方法分别进行了家系选择和个体选择的效率比较,结果表明,在每一生长阶段依据育种值选择的效率均高于表型值选择的效率.利用不同生长阶段的家系育种值以及亲本育种值分别进行了家系选择比较和亲本选择比较,结果表明,在不同生长阶段,按家系、父本和母本的育种值分别排序,前50%的相同率和育种值的相关系数均为9-12月龄较6-9月龄的提高幅度比其它相邻阶段显著增加,推测家系提前筛选的时间以及父本和母本选择的时期均不低于9月龄.     

基于余水位精化潮高模型的水位生成研究

研究了基于余水位精化潮高模型的水位生成方法。所提方法首先构建网格潮汐场模型,其次采用余水位提高内插模型精度。通过网格搜索策略实现了水深点所属网格的快速定位及水位生成,探索了该模型在水位改正及预报中的应用。实验表明：所提方法既可应用于水位改正又可用于水位预报,且较现有方法在精度上有所提高。     

与岸线协调的水深自动选取方法

针对当前水深自动选取中水深点与岸线的协调匹配问题,提出了一种与岸线协调的水深自动选取方法。通过分析资料水深点与岸线的平面位置关系,提取出与岸线协调的待选水深点;从航海安全角度考虑,优先选取浅水深点;在此基础上,分别定义水深点与岸线弯曲处、平直处的协调度,并建立协调度评估模型;通过定量计算协调度,选取出与岸线协调匹配的水深点。实验结果表明,所提方法能在岸线弯曲处优先选取出协调的水深点,同时能保证在岸线平直处附近所选取的水深点分布合理;所提方法能够较好地考虑水深点与岸线的图上位置关系,避免水深注记中断岸线、水深注记"上陆"的情况出现。     

运用相关法对缺测波浪资料插补方法的简介

本文对实测波浪资料中出现的缺测部份,运用与邻站的相关关系,所作的插补处理方法作了简单介绍。文中强调了在建立相关之前,应对邻站所处海区的自然环境条件的共性进行分析,才能获得较好的插补结果。     

基于多核SVM决策融合模型的海面原油多光谱遥感检测研究

海面溢油事故发生后需要进行精准的溢油检测,从而为溢油事故现场应急响应与海面污染的快速有效处理提供支持。利用哨兵二号(Sentinel-2)多光谱遥感影像,基于最佳指数因子(OIF)构建光谱特征指数提取海面溢油光谱特征,基于灰度共生矩阵(GLCM)提取海面溢油纹理特征,利用巴氏距离法进行特征选择,构建海面溢油空谱特征数据集。提出了多核决策融合支持向量机(SVM)海面原油检测模型,对黄海4.27“交响乐号”油轮溢油事故开展检测研究。实验结果表明,在复杂水色背景下,经过筛选的最佳空谱特征数据集检测结果的总体精度可以达到89.25%,Kappa系数为0.854,F₁分数可达0.889;多核SVM决策融合后的总体精度可以达到90.26%,Kappa系数为0.866,F₁可达0.898,总体精度较单核提高了1.0%~8.2%,Kappa系数提高了0.013~0.122,F₁分数提高了0.009~0.097。实验结果表明,海面溢油检测模型具有较高的溢油检测精度和模型鲁棒性,适用于海面溢油检测研究。     

地磁日变数据幅值关系分析与应用

基于多项式模型的地磁日变改正值幅值关系分析,旨在提供一种站间日变数据互补方法,通过数据的内插和外推,采用加权平均值算法求取插补时段的最优改正数。算例分析表明,利用站间幅值关系重建日变改正值可以达到相当高的精度。     

基于数据驱动的无人机编队最优控制算法设计

无人机编队具有广泛的应用价值和发展前景,然而,无人机动力学模型的非线性和耦合性,以及实际应用中的不确定性限制了其应用。为了解决模型不精确问题,提出了一种数据驱动的自适应动态编程（ADP）最优编队控制器设计方法。该方法结合了分布式一致性和线性二次方相关理论。首先,通过建立虚拟领航–跟随者模型,可以将四旋翼无人机的复杂非线性动力学模型简化为4个线性子系统,并解耦它们的相互影响;接下来,针对每个子系统设计编队控制器;随后应用李雅普诺夫理论对算法进行稳定性分析;最后通过仿真,验证了所提算法的稳定性和有效性。     

海量多波束数据抽稀方法的比对分析

针对构建海底DEM高效率、高精确度的要求,对比分析了海量多波束水深数据的抽稀方法。利用格网分块结构高效组织海量多波束水深数据,分别采用三种数学模型内插网格节点水深值,实现了不同网格尺度下的数据抽稀。实验证明:所提分块索引策略能提高多波束数据抽稀效率;距离加权内插模型能有效提高海底DEM模型的准确度。     

基于多时相Sentinel-2影像多特征优选的湿地信息提取

本文提出了一种随机森林(random forest,RF)模型和Pearson相关系数相结合的RF-Pearson模型特征优选方法。以多时相Sentinel-2影像为数据源,提取多时相多特征;利用RF-Pearson模型进行特征选择,筛选出特征重要性得分较高且相关性较小的特征作为优选特征,参与黄河三角洲湿地信息提取;最后将分类结果与多时相全特征和随机森林模型优选特征进行比较。实验表明:特征优选能够提高湿地信息的提取效果,基于RF-Pearson模型特征优选方法的分类精度最高,表明了特征优选方法的有效性以及特征优选在湿地分类方面的优势。     

顾及水深复杂度的自适应网格DDM构建方法

针对传统网格数字水深模型(DDM)存在不能根据海区水深变化情况自动调节内插水深间隔的不足,提出顾及水深复杂度的自适应网格DDM构建方法.建立了水深复杂度评估指标,挖掘了水深复杂度、网格间距与网格DDM精度的内在关联规律,构建了顾及水深复杂度的自适应网格DDM.实验证明,与传统的网格DDM构建方法相比,所提方法可根据DD...     

Cox比例风险模型的弹性SCAD变量选择方法及应用

本文对基于Cox比例风险模型的弹性SCAD变量的选择方法进行了研究,证明了弹性SCAD方法在进行变量选择时具有Oracle性质、渐近正态性及组效应。通过数值模拟,将弹性SCAD与几种常见变量选择方法作了比较,得出几种不同参数设定下的变量选择结果。通过肺癌实际数据比较了弹性SCAD方法和其他常见变量选择方法。研究结果表明,弹性SCAD方法选出的变量与临床结论一致并发现了需要进一步深入研究的变量。     

基于扰动观测器的非奇异模糊滑模无人船编队控制

针对含有模型参数不确定性、外界干扰与抖振现象的无人船编队问题,提出了一种基于扰动观测器的非奇异模糊终端滑模编队控制方法。首先,将领航者–跟随者与人工势场法相结合,获得无人船的编队构型并保证无碰撞现象;其次,基于Lyapunov能量函数设计出模糊控制规则,消除了控制器中的抖振问题;进而,提出了一种扰动观测器来补偿未知动态和外界干扰,增强了系统的鲁棒性和稳定性。通过理论分析和仿真结果验证了所提控制方法的有效性。基于所设计的编队控制方法,无人船最终可形成期望的编队构型。     

基于QbD理念的肺复方颗粒醇提工艺研究

目的：基于质量源于设计（QbD）理念对肺复方颗粒醇提工艺进行研究与优化。方法：以固体物质提取量、重楼总皂苷提取量为关键质量属性（CQAs）,采用单因素和正交试验筛选潜在关键工艺参数（CPPs）,通过Box-Behnken设计建立模型,考察关键工艺参数与关键质量属性之间的交叉作用,并建立肺复方颗粒醇提工艺的设计空间及空间优化。结果：方差分析结果显示所建模型具有统计学意义（P＜0.05或P<0.01）,各因素与响应值之间可用所建模型进行函数化。通过设计空间优化得到肺复方颗粒最佳醇提工艺为：提取2次,提取时间为2 h/次,加75%乙醇6～6.8倍。结论：基于QbD理念研究和开发的肺复方颗粒醇提工艺稳定、可靠,为其制剂的工艺开发及质量控制提供了参考。     

浒苔藻体时间序列光谱特征的曲线估计

选用相同自然光照和固定水环境条件下的3种密度梯度(0.5,2.5和5.0g/L)的浒苔藻体反射光谱为研究对象,通过单变量参数定义提取了高光谱特征参量,并选用能较好体现浒苔藻体光谱特征差异的特征变量如黄边位置、蓝边位置、归一化植被指数NDVI,比值植被指数RVI[719,680]和VI[555,680],应用曲线模拟法对这些具有时间序列特点的高光谱特征变量进行曲线估计,并分析其演变规律。结果表明:黄边位置无法模拟。应用二次函数或三次函数能高精度地模拟各个特征变量,蓝边位置曲线估计模型的判定系数最高达0.498;归一化植被指数NDVI为0.926,比值植被指数RVI[719,680]为0.729,比值植被指数VI[555,680]为0.765。这些特征变量随着时间的推移而呈现先上升后下降或先下降后上升再下降的起伏规律,演变趋势与浒苔藻体密度存在非线性关系;除了蓝边位置和黄边位置外,其他特征参量均可较好地描述浒苔藻体反射光谱特征的演变趋势。该研究为深入进行浒苔藻体的定量遥感研究提供数据支持和技术支撑。     

吴淞站潮位数据的小波检验和调整

上海吴淞站是我国沿海地区记录最长的验潮站之一。通过对吴淞站和黄浦公园站的潮位数据的对比分析,揭示出1952年之前数据存在着系统偏差。并通过小波分析方法获得了序列变化的突变点在1929年和1951年,进而对吴淞月均潮位数据分3个时段进行了调整。在此基础上,对吴淞站1937年9月~1943年12月间缺失数据采用回归模型进行了插补。这一检验定位和调整的思路可供吴淞站和其他存在数据瑕疵的长序列潮位数据分析利用研究借鉴。