基于多特征匹配跟踪的深海发光浮游生物自动计数方法

生物发光现象在海洋中广泛存在,基于微光成像技术对深海发光浮游生物的发光现象进行视觉捕获是一种先进的原位观测手段,但目前缺乏有效的方法对获取的生物发光影像资料进行自动分析。针对此问题,本文提出一种基于多特征匹配跟踪的发光浮游生物自动计数方法,基于同一目标在连续帧间的运动具有连续性的思想,首先采用帧间质心差小于一定阈值的原则进行初始粗匹配,然后针对目标过近造成的误匹配问题再进一步进行运动方向的匹配,提高帧间匹配精度,从而准确计数。采用所提出的方法对深海发光浮游生物的真实视频数据进行了自动分析,实验结果证明该计数方法具有较好的准确率,对生物发光区域的尺度变化、发光目标间距过近等情况具有较好的鲁棒性,能达到较好的计数效果。     

水下节流阀砂粒冲蚀数值模拟研究

在海洋油气开发中,水下节流阀作为水下生产系统的重要组成部分,用于调节生产单元的流量,冲蚀是其主要失效因素之一,因此研究水下节流阀冲蚀失效的影响机理尤为重要。以某笼套式角型水下节流阀为研究对象,建立了水下节流阀的三维流体域模型,采用ANSYS Fluent的标准k-ε湍流模型、DPM离散相模型和Generic冲蚀模型进行了不同开度下的流场数值模拟计算和冲蚀分析,研究了流场环境参数对冲蚀的影响。对水下节流阀流场数值模拟结果进行分析,得到了水下节流阀流场内流速、压力的分布规律。对不同开度下水下节流阀的冲蚀数值模拟结果进行分析,发现节流孔处是冲蚀最为严重区域,得到了冲蚀率随开度的变化曲线。对不同流场环境参数下水下节流阀的冲蚀数值模拟结果进行分析,得到了最大冲蚀率和最大冲蚀深度随流场环境参数的变化规律。根据数值模拟的分析及结论可以对水下节流阀结构进行改进,并在油气生产中对流场环境参数进行控制,提高海洋油气开发的经济效益。     

基于小波变换的水沙关系特征分析:以长江大通站为例

根据长江大通站近50年(1957～1999年)的水沙数据,利用复Morlet小波变换,分析水沙时间序列多尺度小波特征,建立了不同时间尺度上的水沙关系式.分析结果显示:(1) 大通站水沙序列年内洪、枯季周期波动最为显著,流量的长周期特征明显,含沙量与输沙量的短周期特征显著.(2) 大通站水沙序列多尺度特征明显,流量的振荡周期主要为3～6 a和8～16 a;含沙量多尺度振荡周期较为平稳,4～6 a的周期振荡中心尺度呈明显下降的趋势;输沙量以4～6 a和10～14 a的周期显著振荡,输沙量变化平稳,较含沙量变化有一定的滞后期.(3) 根据流量小波特征分析,近50年的水沙变化过程大致可分为3个时期,分时段拟合水沙关系曲线,发现总体水沙曲线的指数与正常期和丰水期的接近,而与少水期的存在较大的差距.少水期系数较小、指数较大,表明在少水期泥沙的供给量较少,但水流的搬运能力增强.     

深水半潜式钻井平台动力定位最优作业方向研究

从动力定位的角度,以深水半潜式钻井平台为研究对象,对其在不同方向环境载荷作用下的动力定位进行时域模拟,得到作业工况各角度下平台水平方向位移以及功率消耗的时历。通过最优精度方向角和最优功率方向角的求解,最终得到平台的最优作业方向,满足海洋平台正常作业高精度、低能耗的要求,为平台的工程作业实践提供参考,并为模型实验提出新的研究方向。     

Numerical study on mode curvature for damage detection of a drilling riser using transfer matrix technique

In order to prevent marine pipeline accidents caused by corrosion defect, crack or loose contact, the technique of non-destructive testing or examination (NDT or NDE) becomes great important in the flied of structural health monitoring (SHM) in ocean engineering. The objective of this study is to propose a numerical method to localize and size the structure damage of a drilling riser. One theoretical development is a simple and effective algorithm used for ocean risers’ mode extraction and damage detection based on the transfer matrix technique. The merits of the developed method are that damage of risers with different boundary conditions and variable cross-sections can be localized and sized. Additionally, the relationships between damage locations and modes are discussed by comparing mode shape difference, mode curvature and mode curvature difference. Numerical results show that mode curvature values of damaged elements have little influence on those of intact elements. Based on this fact, a damage index method is developed to evaluate damage severities and explore the influence of single and multiple damage severities on damage indexes. More importantly, the outcomes are verified to be accurate enough to indicate the feasibility and reliability of the numerical method by the standard FEM package.     

基于水质状态和生态响应的综合富营养化评价模型——以山东半岛典型海域富营养化评价为例

对前期构建的长江口及其邻近水域的富营养化评价模型作了进一步改进,并根据2006年至2007年春夏秋冬四个季节的山东半岛典型海域的调查资料,将该模型应用于山东半岛典型海域的富营养化评价。评价结果表明:在"优、良、中、差、劣"五个富营养化等级中,山东半岛大部分海湾和近岸海域出现"中"到"差"程度的富营养化状况,且海湾内富营养化程度明显高于近岸海域。较突出的富营养化症状主要是夏秋季节高浓度的叶绿素水平和周期性发生的有毒有害藻华。烟台四十里湾、丁字湾和青岛胶州湾是山东半岛富营养化状况较严重的三个海湾。仅少数海域,如日照北部近海和黄岛近海的富营养化程度处于"良"的等级。评价模型同时包含富营养化压力因素(水质状态)和效应因素(生态响应)两个方面,在指标评分上不仅考虑评价浓度,还考虑浓度出现的频率和空间覆盖度等方面,以及对各指标合理分配权重,使得评价模型更能准确、全面地反映海域富营养化状况。     

评估不同评估配置应对年龄空间结构的表现:基于印度洋长鳍金枪鱼的模拟研究

不同种群结构或种群分布的空间异质性是导致模型错误的一个重要因素,并在渔业资源评估中对参数估计有重要影响。本文根据状态相关的洄游率与区域相关的捕捞死亡率,利用合成模型,模拟了印度洋长鳍金枪鱼年龄空间结构的异质性,并生成了资源评估数据。基于这些数据,本文研究了用于空间异质资源评估模型的不同空间配置、选择曲线及CPUE（Catch Per Unit Effort）使用场景的表现。本文结果表明：（1） 尽管同操作模型一致的空间动态配置能在所有模拟场景中对相对产卵生物量、相对死亡系数、最大可持续产量提供准确、无偏估计,但若由于知识与数据限制,使空间动态配置与操作模型不一致,则其表现可能相当差;（2） 对于空间配置,边界划分必须正确,但对于非空间配置,不管边界划分正确与否,只要划分的区域能合理反映现场数据的变化,并能通过增加空间参考参数从而能有效减少忽略空间结构的影响即为合理;（3） 尽管区域作为渔业的方法及灵活的时变选择曲线是一个较好备选方法,可用于解决空间结构问题,但这些方法并不能完全消除由空间结构而引起模型错误导致的影响,从而使模型的参数估计具有很大的不确定性、相同评估模型不同参数的估计质量不一致、相同评估配置的评估质量在不同模拟场景下存在很大的差异;（4） 尽管采用多个CPUE指数一般可以避免最差的参数估计,但没有更好的选择或生成CPUE指数的方法可以用于显著提高资源评估质量,因为忽略空间结构将导致所有资源评估模型预测的CPUE所包含的信息通常不同于观测的CPUE。对比不同建模者的模型配置的评估结果,除了与操作模型完全匹配的空间配置外,其他模型配置的表现均与具体案例有关。从这个意义上讲,本文研究结果不仅对当前印度洋长鳍金枪鱼资源评估有益,也将增加对空间结构配置效果的理解。