海洋原位数字全息浮游生物探测系统的小型化研究与试验

海洋浮游生物是一个复杂而庞大的生物群落,种类繁多、数量庞大,对海洋环境、生态、渔业及海洋基础科学研究具有重要的科研价值与现实意义。为实现对海洋浮游生物和颗粒物的实时原位,高分辨率,非侵入式成像,研发了OUC-HoloCam~(200)水下原位同轴数字全息浮游生物探测系统。OUC-HoloCam~(200)基于同轴数字全息技术,具有高精度、大景深的优点,仪器结构紧凑、集成度高,易于安装在各种水下观测平台上。该仪器可在海洋生物学、海洋光学、海洋环境监测等领域发挥一定的作用。OUC-HoloCam~(200)已在南海近岸地区进行了浅海测试,并已连续工作超过48 h,在海试期间,已记录超过5.4万张高质量的原位全息图。     

海底三维可视化技术及应用

海底地形地貌能表现海洋世界重要的空间信息,也是常规光学和电磁手段难以探测的水下区域。应用侧扫声纳技术可以反演海底地貌,同时多波束测深技术得到的水深数据重建数字水深模型,二者结合创建三维海底空间景观。利用海洋探测技术和三维可视化技术进行海底地形地貌三维仿真和分析,并对其应用进行探讨。     

我国周边海域典型海洋锋特征建模研究

基于海洋锋空间位置、水平分布结构和垂直扩展特征等时空特征参数,结合海洋锋空间结构几何模型,建立了区域海洋锋温盐三维结构快速重构特征模型,对黄海西部沿岸锋和东海黑潮中段锋锋区温度场进行了仿真计算,并与实测数据进行了比较分析,实验结果表明：仿真结果与实测数据符合较好,实验结果验证了特征模型的有效性和可推广性。海洋锋区声速具有明显的水平梯度变化,对声纳的水下探测和反探测产生显著影响,因此,需要建立实时估计获取锋区水下温、盐结构的方法。海洋锋特征模型能够快速有效地重构海洋锋区温度场,为实时获取海洋锋水下结构特征提供了方法。     

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。     

基于遥感的海洋三维温盐场智能探测研究进展

海洋三维温盐场信息是描述海洋物理属性特征和掌握海洋物理运动过程的重要参数,获取准确的海洋三维温度和盐度信息对于认识海洋、开发利用海洋和海洋科学研究等具有重要意义。随着人工智能与深度学习方法的发展,采用深度学习方法的海洋次表层三维温盐场智能探测研究成为热点之一。从海洋温盐观测数据集、传统机器学习方法三维温盐智能探测、一般神经网络三维温盐智能探测和深度学习三维温盐智能探测等方面展开,对与海洋三维温盐场智能探测相关的研究进展进行综述,最后针对三维温盐场智能探测存在的问题和未来的发展趋势进行了总结和展望。     

一种三维海洋地理空间模型构建与实验

通过Multipatch格式扩充CDC数据,构建三维实体模型,实现了从二维的CDC格式数字海图和海洋测量数据快速构建三维空间的方法。该三维模型可以作为海洋地理环境的基础空间框架,对于扩展数字海图应用、完善数字海洋建设具有一定的探索价值。     

ATI-SAR平地相位去除的改进频移法

本文提出了一种改进的频移方法以去除ATI-SAR海洋表面运动探测中的平地相位。首先,介绍和比较两种常规的平地效应去除方法（即,频移方法和轨道参数方法）。然后,对频移方法提出了两项改进措施。第一,干涉相位图被分成几个子块,分别计算相位条纹空间频率。第二,基于在顺轨干涉相位图中陆地区域的相位趋于零的特点,拟合陆地区域的相位与其位置之间的函数关系,进一步校正残余平地相位。结果表明,改进后的频移法去除平地效应的效果得到了很大改善。改进方法的结果与轨道参数法一致性更好,精度趋于轨道参数法的精度水平。     

数字海洋虚拟水下数字地形实现的关键技术

数字海洋是数字地球的重要组成部分,其中实现虚拟的三维水下数字地形模型尤其关键。但常规的地理信息系统软件(如ArcG IS等)尚不具备建立大区域数字海洋系统所需的一些关键功能。因此,根据数字海洋的特点,论述了数字海洋系统中实现水下数字地形的若干关键技术,即二重变换数字化技术,等深线到栅格数字地形直接生成技术,以及基于球面的三维地形显示技术等,并以数字南海系统开发作为实例,对提出的技术方法作了具体的实现验证。     

双频载波相位求差法在周跳探测与修复中的应用

载波相位测量中小周跳的探测与修复一直是高精度GPS定位研究中的热点领域。分析了L1和L2载波相位观测值的关系,通过相邻历元的相位观测值求差来探测周跳,并结合伪距差分约束条件来确定及修复周跳。结合实例分析,证明该方法可以有效地探测并修复周跳,并通过Matlab编程实现了算法的程序化。     

海洋地震资料相位控制处理——东海研究实例

为了满足定量解释的需要,地震资料处理必须是高分辨率、振幅保持和相位控制的.面向海洋地震资料的相位控制处理技术包括利用远场信号进行确定性零相位化、Q补偿、预测反褶积及剩余相位校正等.利用模拟远场信号求取确定性去气泡及零相位化算子.此文基于相位控制处理,讨论了海洋地震资料的相位和极性判别方法,探讨了大于24 ms算子长度的预测反褶积对于保持信号形状的必要性,介绍了东海三维地震资料相位控制流程.     

数字海洋水体模型建立与三维可视化技术研究

在分析数字海洋水体要素信息表达需求基础上,提出了"水体立方"数据模型及其建立方法;基于 TerraSuite、Ev-Globe 等三维地理信息软件,研究了海面模拟、水体要素立体表达和海洋虚拟场景建立,其中通过"像元体"表达三维水体要素是本文的重点.该研究对数字海洋原型系统建设有技术指导作用.     

基于球体的海洋标量场要素的三维可视化技术研究

在分析海洋环境标量场要素数据特点,了解常规的海洋环境要素分析和可视化表达方式的基础上,对在三维球体模型上实现海洋标量场要素时空分析和可视化表达的方法和技术进行了研究.提出了海洋标量场要素数据的三维空间数据模型,以此为基础利用VC与Open GL技术实现纹理数据的实时绘制,并采用基于对象的方法在三维球体上对其进行可视化表达,实现了真正意义上基于地球球体模型的海洋标量场要素的可视化.该基于球体的可视化方式能更好地表现研究对象的区域特点,特别是在进行大范围区域乃至全球性研究时更具优势.同时,通过按需进行数据抽取,系统在数据加载效率与数据承载总量上都有所提高,在＂数字海洋＂原型系统中目前已经加载了全球范围多个精度的温度、盐度、密度、声速等标量场数据,并实现了业务化运行.     

应用自适应相位补偿法减弱机载激光探测时湍流的干扰

从理论上推导了自适应相位补偿法的基本原理,详细分析了探测光波在经过湍流前后的相位畸变关系。得出了为能补偿掉湍流影响所要求辐射孔径上需要的场强。     

直读拖曳式光纤光栅温度剖面测量系统

针对我国对海水温度剖面的测量需求,在分析已有方法优缺点的基础上提出了一种新的方法——光纤温度剖面连续测量系统.此测量系统以光纤光栅传感器为测量单元,采用波分复用的方式串接在一起组成船载拖曳链,再通过甲板上的解调终端实时显示所测物理参量,从而实现分布式实时测量.这种方法能够以低成本快速高效获得高分辨率的海水温度剖面分布情况,为海洋探测提供丰富有效的数据.课题组设计制作了拖曳链系统的甲板机及60 m长的拖曳链,并在青岛近海进行了拖曳海试,实时获取了试验数据,达到了预期效果.     

流式影像术在海洋浮游植物分类研究中的应用

海洋浮游植物支撑着海洋生态系统的正常运转,对其种类的定性识别、鉴定和细胞数量的定量分析是海洋科学研究中最为关键的科学问题之一。流式影像术在海洋浮游植物形态特征识别与快速定量检测上是目前先进和可行的方法,它综合了流式细胞术和图像显微识别的技术优点,不但能够对快速流动状态中的海洋浮游植物进行相应的参数检测,而且可以获取流动过程中清晰的图像,通过计算机软件的图像处理和特征筛选,实现海洋浮游植物有效的自动识别。通过对流式影像术的原理、测定方法、技术特点及其发展动态等的综述,认为基于流式影像术对高速运动的浮游植物图像的清晰实时采集,可以有效地对图像进行模式的识别和分类。它是一种理想和实用的方法,将为海洋生物学研究提供新的实时、快速、高效平台,有很好的应用前景。     

综合利用双频观测值进行周跳的探测与修复

首先对周跳的产生和常用的探测与修复周跳方法作了简要介绍。其次,详细介绍了综合利用双频P码伪距法和载波相位变化率法来探测和修复周跳的方法。通过数据模拟计算分析,检验方法的正确性并得出结论。     

海洋标量数据的三维动态可视化系统研究

为了实现海量、多源、异构、多维、多格式、动态等特性海洋标量数据的三维集成可视化,设计了基于服务思想、面向通用标量数据格式的三维虚拟可视化体系架构,构建了海洋三维可视化原型系统,并对其体系架构和功能设计进行了详细阐述;采用基于几何对象的可视化方法,结合LOD动态调度、表面纹理及快速查询等关键技术,实现了海洋标量场数据的高效、快速三维动态可视化、要素值查询及时序分析等功能。该研究可为其他海洋环境要素数据的可视化与分析提供思路与技术借鉴。     

水下激光线扫描探测系统的设计及试验

针对水下目标图像探测一直是困扰海洋界的1个难题，进行了水下探测的线扫描系统的设计和相关试验。从实验结果来看，线扫描系统可以很好地描述水下物体的三维外形细节，对于水下目标探测、识别十分有效。     

浮游生物图像现场拍摄

利用“水下全自动数字显微成像仪”拍摄了水中的浮游生物图像,介绍了仪器性能和拍摄结果,并对仪器用于赤潮预测预报的可能性作了探讨。     

人工智能辅助的海洋立体观测与探测

海洋立体观测与探测是获取海洋信息的重要手段,是海洋科学研究、环境保护、经济发展的基础。近年来海洋立体观测网络的快速发展带来了观测数据质量与数量的显著提升,进一步推动了海洋信息处理技术从“模型为主”逐步迈向“数据与模型双驱动”的新范式。在这一过程中,人工智能(AI)与海洋信息的交叉融通发挥了重要作用。从海洋立体观测和探测 2 个方面,讨论经典方法的局限性,回顾 AI 辅助下海洋物理场重建、水下目标检测与水下目标定位的研究新进展,重点阐述 AI 辅助的海洋立体观测与探测研究中亟需解决的关键科学问题及潜在的解决思路,并展望了该领域未来的发展方向。