基于弹性网回归的水下目标无监督特征选择算法

针对水声数据的特征中含有大量冗余、不相关和噪声特征,导致水声目标识别正确率降低的问题,提出了一种新的水下目标特征选择方法——基于弹性网回归的无监督特征选择算法(Unsupervised fea- ture selection algorithm based on elastic-net regression,UFSER)。 该算法利用谱回归得到高维水声数据和其低维表示之间的回归系数矩阵,并且在回归框架中加入弹性网惩罚项优化求解回归系数矩阵;最后,对回归系数矩阵进行稀疏化从而对特征的分类性能进行评价。 使用实测水声数据集和 UCI 声呐数据集进行特征选择和 SVM 分类实验。 实验结果表明：在特征数目分别减少 60.6%和 60%的情况下,分类识别正确率较特征选择前提升了 1.05%和 6.6%。     

基于PCA/LSTM的海底观测网电力系统 供电海缆故障定位

海底观测网电力系统供电海缆易发生绝缘故障,由于其在海底极端环境下运行,实现高精度的电缆故障定位,对于降低其维修成本至关重要。基于海底观测网电能监控系统实时采集的电气测量参数,本文提出了基于主成分分析(Principal Components Analysis, PCA)和长短期记忆(Long Short-Term Memory, LSTM)网络的供电海缆高阻故障定位方法,先使用PCA进行数据降维,再将处理后的数据输入LSTM网络进行训练,捕获多源数据的时间特征,挖掘电力系统故障特征与电气参数之间的对应关系,实现海缆故障精确定位。通过在海底观测网原型系统上的实验证明,该方法经K折交叉验证方法(K-fold Cross Validation, K-CV)验证,准确率可达91%左右,故障定位误差约为0.4 km。     

DNA序列新特征的提取方法及其在重组位点识别中的应用

为提升重组位点识别的预测性能,本文提出了一种新的特征提取方法来识别重组位点。分别利用Word2Vec模型编码的3-gram向量和DNA特性获得两组表示DNA序列的新特征,与已有的特征(FastText模型获取)进行组合来表示DNA序列,使用支持向量机为分类算法,在基准数据集上进行5倍交叉验证。研究表明,本文提出的方法在识别重组位点方面获得了93.88%的敏感性、95.08%的特异性、94.54%的准确率和0.890 2的马修斯相关系数,以上指标均优于现有的方法,本文所提出的方法为解决生物学的序列信息提取问题提供了一种新思路。     

基于思维进化算法优化的BP神经网络对蒸发波导高度的预测

预先掌握海上的波导高度参数对海上作战有重要意义，然而准确探测或预测波导参数十分困难。本文使用南海铁塔波导探测平台的实测数据与ERA-Interim公开数据集，提取所需相关的水文气象要素的点数据，利用NPS模型计算波导高度值，组建数据集；之后使用MEA优化的BP神经网络模型预测波导高度值。优化后的BP神经网络可避免陷入局部极小值点，预测结果有较高的准确率，且MEA在求最优个体时有比较快的收敛速度，为水平均匀的蒸发波导高度预测提供了一种方法。     

利用交会面积法预测百色盆地致密碎屑岩储层初始产量

百色盆地东部坳陷中央凹陷带那读组为陆相碎屑岩沉积地层,其储集层具有岩石结构复杂、物性条件差、低孔低渗、非均质性极强等特点,使用传统方法预测其初始产量比较困难。因此从基础资料入手,分析储层特征,并通过研究储层流体性质的响应特征,提出了运用含油指示参数OID与反映孔隙结构的参数m的交会面积方法来预测初始产量。该方法由于综合了影响该地区储层产量的孔隙度、泥质含量、厚度、含油饱和度、渗透率等关键参数,预测精度和直观性有很大的提高,较好实现对那读组致密储层产量的快速预测,实际应用效果十分显著。     

基于声呐图像的深海采矿车组合定位导航算法

实现高精度的定位导航是深海采矿车完成海底工作任务的基础条件。在采矿车行进过程中,声呐设备生成的图像信息能够反映海底场景的变化,从而体现采矿车本身的运动,由此建立了一种声呐图像里程计,并将其与轮式里程计和USBL测量数据相结合提出了一种深海采矿车组合定位导航算法。首先对多波束前视声呐图像进行预处理,然后使用Canny算法进行特征检测并对特征点云进行配准,再结合声呐成像原理构建了声呐图像里程计运动模型,最后通过轮式里程计运动模型推导预测方程、声呐图像里程计运动模型和USBL测量数据推导更新方程,利用EKF（extended Kalman filter）算法实现基于多传感器融合的定位与姿态估计。海试数据验证了该组合定位算法能实现轮式里程计、声呐里程计和超短基线在速度、位置、艏向角估计、定位速率的精度互补,具有一定的有效性和精确性,该算法为深海采矿车的定位与导航算法研发提供了参考。     

面向即插即用的物联网传感设备数据采集系统

在物联网中,每次新传感设备的接入都需编写复杂、繁琐的数据采集程序代码。本文提出了一种能够对物联网传感设备实现即插即用的数据采集软件系统设计方法,该系统基于本文提出的一种新的接口广播即插即用通信协议(IP-PCP),在不需要配置和额外操作的情况下可以对接入系统的传感设备实现数据采集。针对目前无法使用该协议的传感设备,设计了软件中间件以实现该类传感设备的即插即用。通过实验验证了该设计方法的有效性,采用该方法可明显提高数据采集软件系统的设计效率。     

基于决策树与二分分割算法的BP神经网络在赤潮等级预测中的应用研究

针对赤潮灾害等级预测难的现状,提出了一种基于C4.5决策树与二分分割算法优化的BP(反向传播)神经网络赤潮等级预测模型。该模型针对传统BP神经网络输入参数难以选择和隐含层节点数量难以确定的问题,通过决策树分类获取最优的属性组合,来解决输入参数难以选择的问题;通过"二分分割算法",来解决隐含层节点数难以确定的问题。实验结果表明,该模型在青岛近海海域赤潮灾害等级预测中,预测结果的均方根误差(RMSE)小于传统BP神经网络的预测误差,并且在网络训练时间上有所缩短,预测精度上有所提高,能够获得良好的预测结果,可为赤潮等级预测提供新的解决方法。     

多站激光扫描点云配准算法研究

随着Li DAR的迅速发展,三维激光扫描技术已经被广泛运用于各个领域。点云数据配准过程中,传统的配准算法比较依赖特征点匹配精度,粗差点的存在会较大程度地影响配准精度和配准效率。通过对罗德里格矩阵、整体最小二乘原理的分析,提出了一种基于整体最小二乘的罗德里格矩阵算法。在该算法实现的过程中,能够考虑到系数矩阵误差,降低算法实现过程中特征点坐标误差对参数求解的影响。实验结果表明,本文算法比参数算法和严密的罗德里格算法精度更高、稳定性更强,在初始对应点坐标误差较大的情况下仍能获得精度较为稳定的变换参数。     

基于相关性分析的水下定位异常数据校正及丢失数据修补方法

超短基线是实现水下拖体设备精确导航定位的必备设备,是目前我国在国际海底区域进行资源深入调查研究的重要装备。受水声信号传播损失、多径效应和其它设备噪声等因素的影响,超短基线水下定位数据存在诸多异常点,已严重影响水下定位数据的可信度和使用。针对该问题,本文提出并实现了一种基于相关性分析的剔除随机异常点和回归填充改正算法,并采用国际海底区域实测水下定位数据对算法可靠性进行了验证,同时采用模拟仿真方法对小时间尺度的定位数据进行了预测对比,取得较好效果。结果表明,该算法快捷、有效,有望在后续国际海底区域调查中推广应用,为国际海底资源调查水下装备的准确定位提供直接服务。     

传感器网络高频数据采集算法

随着传感器网络技术的发展,传感器被广泛地应用到各个领域。由于传统的传感器数据采集采用串行采集算法,采集速率较低,严重影响了整个传感器网络的效率。针对此问题,本文提出了一种并行的高频数据采集算法,批量进行数据采集,并改进了设备响应等待时间机制。通过大量的实验数据进行对比分析及可视化处理,并进行验证分析,最终结果表明该算法在保证数据采集正确率的同时,大幅提高了数据采集的速率,并且数据采集的对象越多,提高的越明显。     

基于马氏距离的重采样方法在流量识别中的应用

针对网络流量识别中的多分类数据分布不均衡的问题,本文提出了一种基于马氏距离的重采样方法。首先,将网络流量数据进行零均值化处理并转换至主成分空间;再根据少数类样本数据到集合中心点之间的马氏距离对其进行新样本的生成;之后将新生成的样本数据转换至原始空间并进行逆零均值化处理;最后返回所有新生成的样本数据。使用剑桥大学公共网络流量数据进行流量分类实验,实验结果表明该方法能够有效提升少数类的识别准确率,并且比现有的重采样方法和成本敏感方法能够获得更好的分类效果。     

基于数字全息显微的海洋浮游生物三维形貌快速重建方法研究

针对海洋浮游生物实时探测中,三维形貌特征难以快速获取的问题,本文提出了一种海洋浮游生物三维形貌快速重建的方法。基于离轴菲涅尔数字全息显微系统,通过改进相位恢复方法预消除相位畸变,直接得到正确的相位信息,进而对浮游生物三维形貌重建。该方法不需要进行后期复杂的相位补偿计算,就可以对浮游生物三维形貌进行快速重建,有利于对动态、微小尺寸的浮游生物进行实时探测及分析。论文对青岛近海岸浮游生物桡足类和夜光虫进行了三维形貌重建,分辨率可达到3.5μm。实验结果为离轴菲涅尔数字全息显微系统用于海洋浮游生物原位、实时探测的可行性提供了依据。     

环渤海湾海洋资源环境承载力定量研究

环渤海湾地区经济发展迅速但开发利用过度,生态问题突出。本文以社会环境学理论、系统论、可持续发展理论等为基础,建立了环渤海湾海洋资源环境承载力评价指标体系,利用单项评价法,以地级市为基本单位对环渤海湾地区的海洋资源环境承载力进行评价。结果表明滨州市的海洋资源环境承载力较好,其次为唐山市和天津市,沧州市的海洋资源环境承载力较弱。     

海量数据驱动下的高分辨率海洋数值模式发展与展望

海洋数值模式是定量描述海洋物理现象及其变化的数值模型,也是海洋与气候研究、预测的核心工具。随着海洋观测的不断投入与积累、对海洋认识的不断深入,特别是在高性能计算技术的支撑下,海洋数值模式已有了长足进步,正朝着高分辨率和多物理过程的方向发展。随着分辨率的提高、物理过程的细化,海洋数值模式的发展面临着多个方面的挑战。当前,海洋数据数量和种类不断增多,同时超级计算机、高性能计算和深度学习等技术的快速发展,为海洋数值模式的突破提供了机遇与挑战。本研究回顾了海洋数值模式的发展现状,梳理和分析了其发展中遇到的大规模高效并行计算和参数优化这两个关键问题,探讨和展望了当前海量数据驱动下海洋数值模式的发展趋势。提出计算负载均衡、计算与I/O重叠的并行流水线设计以及降低全局交换的算法改进是当前突破高分辨率海洋模式大规模高效并行效率的关键。从海洋科学、高性能计算以及深度学习深度交叉融合的角度,提出了实现海洋科学与深度学习相结合的6个途径,在此基础上,探讨了基于深度学习的参数化优化可能实现的途径。     

基于ERA-20C再分析数据的中国近海波候研究

基于ERA-20C再分析数据,综合分析了1950—2010年间中国近海的海表风速、风浪、涌浪和混合浪的分布特点。结果表明,中国近海的风场主要受东亚季风控制,在南海南部靠近越南的海域夏季形成7 m/s的风速大值中心,冬季风速则可达9 m/s。风浪场的空间分布特点与风场相似,而受传播效应和浅水效应的影响,涌浪场四季均在吕宋海峡和东海东南部出现波高的大值中心。春夏季节中国近海大部分海域涌浪占优,与风速大值中心对应,夏冬季节南海南部10°N附近存在风浪池。趋势分析结果显示,风速和混合浪有效波高的线性趋势呈现相似的空间分布,南海的风速和波高分别以0.27 cm·s^-1/a和0.74 cm/a的速率显着增加。而渤海分别以-0.49 cm·s^-1/a和-0.85 cm/a的速率显著降低,黄海的变化率分别为-0.43 cm·s^-1/a和-0.79 cm/a。将中国近海风速和波高的年际变化分别与气候指数尼诺3.4进行相关分析,结果显示,冬季大部分海域的相关系数为负,而夏季在南海和东海海域则为正。     

水平轴潮流能水轮机阵列对区域潮流场影响研究

为考察水轮机阵列对区域潮流特性的影响,本文基于Delft 3D-Flow建立斋堂岛及附近水域的三维水力学模型并通过实测数据进行校验。经验证后的模型,采用TSE方法确定阵列在目标水域中的放置位置,并通过动量损失方式模拟水轮机对流场的影响,进而研究和评估在一定水域面积下不同水轮机数量组成的阵列对潮流场的影响。仿真结果显示:该水域放置水轮机阵列将对附近较大范围水域的水位产生影响,在靠近阵列处水位变化最大能达到3 cm;对区域流速影响较为显著,当阵列中水轮机密度较大时,其尾流影响区域局部时刻流速下降能达到45 cm/s且影响距离可延伸至其下游2 km外。     

联合深层地热甲烷水合物开采方法及可行性评价

随着全球能源消耗不断增加,天然气水合物和地热资源具有储量丰富、清洁高效等优势成为世界研究的热点,中国南海海域同时具有丰富的水合物资源和地热资源。由此,提出了联合深层地热资源开采浅部水合物的方法,通过向深层地热储层注入海水,海水在深层地热中吸收热量后循环至浅部水合物储层,结合降压法和注热法促使水合物分解。利用数值模拟对联合法的可行性进行评估,并对地层热物性、开采参数等储层敏感性进行分析。模拟结果表明:联合法能够有效地利用深层地热将海水加热,海水进入水合物层时的温度保持约为50℃,与注热法和降压法相比具有更高的产气量,具有良好的可行性;注入速度、井底压力、地层导热系数和地温梯度对联合法开采效果具有显著影响;注入速度和井底压力对前期的产气效果影响较大,而较大的地层导热系数有利于海水与地层的换热;地温梯度小于0.025m/℃时,联合方法的换热性能极大减弱,甲烷累计产气量大幅度降低,联合方法的商业价值降低,可行性减弱。     

USV-LIF遥测系统的控制系统设计与实现

无人船作为一种新型平台,在海洋环境监测中具有布放灵活、自动测量等优势。对于近岸港口等溢油事故发生频繁区域的环境监测,相比于传统的机载和船载溢油激光荧光遥感技术,采用无人船平台搭载激光荧光传感器进行探测更为方便有效。本文对基于无人船的激光荧光(USV-LIF)遥测系统进行总体方案设计,并详细设计了其控制系统,该系统包括岸基远程控制模块和USV-LIF现场机控制模块两部分。利用无线网络通信链路实现从岸基终端对USV-LIF现场机的远程控制与通信,并通过现场机的控制模块实现对USV-LIF现场机的仪器状态控制、数据采集以及时序控制等功能。在实验室条件下,对USV-LIF遥测系统的整体运行、远程控制数据传输以及系统长时间连续工作进行了模拟联调测试,结果表明,所研发的控制系统的功能基本达到了现场探测需求。