基于虚拟仪器的水下目标二维角估计

利用LabVIEW软件,通过8通道数据采集卡和均匀圆阵对水下目标的噪声进行采集和处理。结合一维直线阵波束形成理论,实现了对水下目标二维方向角估计实验研究和算法验证。实验证明利用虚拟仪器方便地实现了对水声信号的采集、处理,以及在方位估计时,为传感器布阵和算法的确定提供参考。     

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。     

嵌入式风关海洋环境噪声反演系统的研究

设计开发了一种基于DSP(D ig ita l S igna l P rocessor)的超低功耗风关噪声嵌入式反演平台。在分析浅海风关噪声特性的基础上对水声传感器采集的风关噪声信号放大滤波和A/D转换,并在DSP上实时进行反演运算,运算结果和原始采集数据用硬盘进行大容量存储。反演系统在中国南海海域进行了实验,系统稳定工作时间超过100 d,数据采集完整,反演结果基本反映实际情况。     

多通道异采样率信号同步采集问题研究

网络化和构建全方位的立体作战系统将是未来声呐的发展趋势。随着网络技术和元器件技术的发展,一种称之为“网络中心战”的新型作战模式正在悄然兴起。传感器网络是整个网络中心战系统的最基础部分。A/D数据同步采集是将整个网络中的传感器信号由模拟转换为数字,这种转换应使各个通道数据的相位一致性在一定的误差范围内。论文的研究工作立足于上述网络中心战系统,研究了多通道信号异采样率同步数据采集的问题。     

一种由微机控制的波浪数据采集系统

该波浪数据采集系统应用重力测波仪作传感器,由IBM—PC/XT微型计算机控制,将模拟信号经过A/D转换器进行波浪数据采集。采集到的数据按设计格式存入软盘,以便用处理程序进行统计和谱分析。本系统的数据采集程序在1987年9—11月西太平洋热带海域考察中得到应用,取得了较好的效果。     

水深测量计划测线布设与航迹控制算法

在水深测量中，合理地采集水深数据是确保高质量测图不可或缺的环节。为了高效合理采集水深数据，测量前的测线合理布设和测量中的航迹控制是两个关键点。本文提出了用于计划测线布设与航迹控制的算法，并对其进行了理论上的推导与分析，同时在新研制的水深数据采集系统中得以应用，证明以所提出的算法进行测线布设与航迹控制是有效的。     

基于蚁群算法的水下传感网网络生存期延长策略研究

随着海洋强国战略的推进和实施,水下传感器网络广泛应用于海洋资源探测、污染监测、辅助导航和水下军事侦察等领域,具有十分重要的意义。由于水下传感器所携电池充电或更换困难,如何减小传输能耗、在传感器能量受限的情况下提升网络生存期是亟须解决的关键问题之一。据此,提出了一种动态蚁群路由算法,考虑了每次传输后的节点剩余能量,作为路径优化的条件之一,基于蚁群算法在每次传输中选择最优路径,并在每次传输完成后更新路由表,让更多的节点参与信息传输,以提高节点的利用率。仿真结果表明：动态蚁群路由算法同时兼顾了能耗平衡和最小传输能耗,大大提高了网络生存期。分析结果对水下传感器网络的路由协议设计有一定的参考意义。     

海底有缆观测站数据采集、管理系统设计与海底运行验证

文中设计了一套用于海底观测网的信息采集系统。提出了一种基于事件触发和定时驱动相结合的通过光网传送IP包的信息监控系统运行机制;提出了由岸站监控中心层、光传输主干层、海洋数据采集层组成的监控和信息采集监控系统总体构架;设计了通讯控制策略及自定义的通讯协议。采用该信息采集系统的海底观测网在试验海域进行了海底布放。经过8个月的海底连续运行,数据采集系统运行稳定,能够正确地采集海洋传感器和自身系统运行数据。     

一种多传感器融合事件识别算法

针对传感器网络中事件识别存在的误判问题,提出一种新的多传感器融合事件识别算法。算法通过对网络中产生的事件识别数据,进行统一的变换处理,建立可实时更新的基于概率的事件识别规则。算法有效提高了事件识别的成功率,利用实测数据进行仿真试验,验证了算法的有效性。     

VBF水下传感器网络路由协议的路径优化与模拟

针对水下传感器网络节点的移动性,以基本VBF(Vector-Based Forwarding Protocol)路由协议为基础,提出了1种适用于水下移动传感器节点的路径优化算法.为了验证此路径优化算法的有效性,分别对基本VBF算法和改进的VBF算法进行了3个模拟实验;从数据包接收成功率和网络负载两方面分析比较了实验模拟结果.比较结果可以看出:文中提出的路径优化的VBF路由协议的数据包成功接收率要优于VBF路由协议,降低了网络负载,并且该优化算法实现简单,不需要增加额外的网络延迟时间.     

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。     

北戴河西海滩潜堤岬头养滩功效研究

根据北戴河西海滩人工养滩后实际监测数据,对养滩工程中潜堤岬头的养滩功效进行分析,并通过数值模拟的方法进行验证。结果表明,潜堤岬头起到了很好的消浪促淤效果。岬头建成后,沙滩整体以淤积为主,局部岸段发生侵蚀,但侵蚀量不大,低潮滩以上沙滩平均单宽淤积量为21.3 m^3/m,其中,M4剖面单宽淤积量最大,为98.3m^3/m;数值模拟结果肯定了岬头的消波减能功效,其预测的岸线形态与实测岸线基本一致。     

响应曲面法和人工神经网络模型对电催化氧化磺胺甲恶唑条件的优化

为获得电催化氧化磺胺甲恶唑的最佳实验条件,通过中心组合设计(CCD)设计实验,建立响应曲面(RSM)和人工神经网络(ANN)两种模型,并评价了两种模型的准确性和预测能力。在此基础上分别通过响应曲面法和遗传算法对所得模型进行优化。结果表明:RSM和ANN的均方误差(MSE)、平均绝对误差(MAE)和决定系数(R^2)分别为2.62、1.13、0.976和0.59、0.62、0.994,说明ANN模型比RSM模型具有更高拟合度、精度和预测能力。响应曲面法和遗传算法的优化结果与实验所得结果的相对误差分别为1.48%和0.74%,说明遗传算法具有更强的优化能力。本研究结果可为优化电催化氧化抗生素废水的条件提供参考。     

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。     

用垂向光学辐照度测量数据计算雾能见度的方法和验证

大气能见度是描述雾的重要物理参数。目前测量大气能见度是采用主动光源测量水平方向的可视距离,本文提出了用垂直方向测量的自然光光学数据计算能见度的方法,该方法通过测量两个不同高度上的谱辐照度,计算谱衰减系数,然后将自然光参数转换为标准光参数,按照大气能见度的定义计算能见度,形成了由垂向光学测量获取大气水平能见度的合乎规范的理论和实际可行的计算方法。在2016年5月5日,作者采用2台光学辐照度计(Trios)和1台能见度仪进行了9h的观测,获得了一个完整的雾生成和发展过程的观测数据,对本文提出的算法进行了检验。针对环境干扰因素可能导致虚报雾的情形,本项研究提出,先从光谱数据本身定性判断是否有雾,再通过本文提出的理论方法计算能见度。研究发现直射光和散射光在594和674nm的特异性,用归一化光谱之差作为判据,成为能见度是否小于2 000m的可靠判断方法。结果表明,光学观测的计算结果在能见度小于1 000m的均方根误差为173m,在能见度小于2 000m的均方根误差为471m。与通常使用的用550nm单一谱段衰减系数计算大气能见度的方法比较,精度有很大提高。尤其对于能见度小于2 000m的情形,与实测能见度有很高的一致性。用垂向光学辐照度观测结果计算能见度是可行的方法。     

无人水下智能海洋测绘装备的机遇与挑战

针对海洋测绘面临的问题,分析了无人时代海洋测绘技术的发展机遇,提出了无人水下智能海洋测绘的新模式,讨论了无人水下智能海洋测绘的技术体系和无人水下智能海洋测绘装备的关键技术,以及无人水下智能海洋测绘的装备产业链,展望了无人水下智能海洋测绘装备的发展趋势及应用前景。     

不同水位垂直流人工湿地中植物及微生物特征

利用4个连续进水的垂直流人工湿地,比较分析水位对污染物去除效果的影响,研究湿地中植物对氮磷去除的贡献,阐析湿地中脱氮功能菌数量的演变规律。3个湿地栽种黄花鸢尾,水位分别控制在19、51和84cm,另一个湿地不栽种植物,水位为51cm。结果表明,水位对氮和有机物的去除有显著影响(p<0.05),栽种植物的湿地中,51cm水位时总氮去除率(67.4%～79.2%)最高,19cm水位时氨氮(85.3%～93.0%)和COD(81.8%～92.9%)去除效果最好。试验中黄花鸢尾均生长良好,植物吸收对总氮(Total nitrogen,简称TN)和总磷(Total phosphorus,简称TP)去除的贡献分别为19.2%～27.3%和14.7%～19.2%;植物地上部分发挥更重要作用,其TN和TP含量及对TN和TP的吸收量均高于地下部分。湿地表层基质中3种脱氮功能菌数量均随运行时间的增加而显著提高,亚硝化细菌和硝化细菌数量分别为10~4～10~6和10~5～10~7 MPN/g,随水位升高而减少;反硝化细菌数量为10~3～10~6 MPN/g,随水位升高而增加。     

南黄海中部浅地层剖面数据处理新进展

1原始资料分析南黄海中部主要包括南黄海中部平原、黄海槽浅谷、济州岛西北部沙脊地形、苏北岸外舌状地形体系、侵蚀堆积斜坡等地形单元,地形结构较为复杂,同时由于采集环境和采集设备等因素的影响,导致采集的浅地层剖面数据信噪比较低,多次波干扰严重,多次波的存在影响地震成像的真实性和可靠性,干扰地震资料的解释。     

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。