海洋研究
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ISSN: 3079-1529

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  • 基于无人机的用海项目施工期悬浮泥沙监测 下载：41 浏览：243
  • 孙芹芹 张加晋 罗美雪 《海洋研究》 2020年6期
  • 摘要:
    为实现对用海项目施工期悬浮泥沙扩散的实时跟踪监测,尝试采用无人机携带可见光、多光谱传感器对古雷围填海项目的围堰区进行遥感探测。利用Pix4d软件对无人机携带的可见光及多光谱照片进行处理,结果表明,可见光及多光谱影像对水体中的悬浮泥沙分布均具有一定的识别能力。通过研究分析多光谱影像的光谱特征发现,近红外波段对悬浮泥沙含量的升高较为敏感,运用波段比值公式计算结果显示,围堰内含沙水体经溢流口排入海域后浓度明显降低,并可向南继续扩散约300 m。该方法可克服遥感卫星影像时空分辨率低的特点,为用海项目资源环境影响跟踪监测提供新的技术手段。
  • 浮标入水过程壳体对内部构件的影响 下载：62 浏览：407
  • 顾宁1 王进1 张颖颖2 吴丙伟2 侯广利2 王新太1 《海洋研究》 2020年6期
  • 摘要:
    为了深入了解投放式海洋漂流浮标入水过程中壳体的种类对浮标内部构件受到的冲击力的影响,选择壳体材料、壳体厚度以及壳体形状等3个因素,基于正交实验设计,以浮标中心板的最大Mises应力和应变为指标,采用ABAQUS进行有限元模拟分析。结果表明:壳体因素对中心板所受应力及产生应变的影响基本一致,其中壳体的形状对中心板所受应力及应变的影响非常显著,中心板在壳体形状为球形、材料为ABS且厚度为4 mm时所受的极限Mises应力以及发生的形变最小。
  • 基于雷达和卫星资料对一次冰雹天气过程的中尺度特征分析 下载：50 浏览：421
  • 倪煜淮1 何宏让2 陈涛1 《海洋研究》 2020年6期
  • 摘要:
    利用多普勒天气雷达资料以及FY2D逐小时亮温(TBB)资料对2015年4月28日发生在苏皖地区的一次冰雹天气过程进行分析研究,结果表明:(1)利用多普勒天气雷达资料分析可知,此次冰雹天气是由超级单体风暴造成的,这次风暴不但发展非常强烈并且持续时间较长,13:00左右对流风暴产生,16:45左右对流风暴发展成为超级单体,从22:02开始,超级单体逐渐减弱并向东南沿海方向移去。另外,0℃层高度为3.7 km左右,-20℃层高度为7.0 km左右,反射率因子强度达到50 dBZ的区域伸展到了-20℃高度以上,表明有产生大冰雹的可能性。(2)利用FY2D逐小时亮温(TBB)资料分析可得,此次中尺度对流风暴云团产生于13:00,并于24:00减弱入海,而后消失。冷云中心TBB最小值达到-60℃,与实际降雹区域进行比较可得,降雹发生在亮温梯度较大的区域。
  • 海洋电缆弯曲加强器参数化设计与分析 下载：54 浏览：421
  • 刘刚1 袁振钦2 张磊2 李居跃2 于治雨2 《海洋研究》 2020年6期
  • 摘要:
    为建立海洋电缆弯曲加强器参数化设计方法,使用有限元模型进行了弯曲加强器设计参数研究。基于海缆及其弯曲加强器的几何结构及受力特点,建立了基于多相耦合梁单元的平面有限元模型,可以计算并分析海缆及其弯曲加强器在一定角度的张力作用下的形变与等效应力分布。通过多个案例系统性地分析了弯曲加强器的主要设计参数,即根部直径、锥体段长度及材料弹性模量,对海缆弯曲挠度、曲率及等效应力分布的影响。文中原创性地提出了弯曲加强器组合设计参数φ(t, L, E)。通过定量分析确定了其与海缆最大曲率之间的近似线性关系,并由此设计了参数化的弯曲加强器设计流程。通过设计实例验证了组合参数与海缆最大曲率之间关系的准确性和参数化设计流程的有效性。
  • BP神经网络在海洋平台桩基轴向承载力中的应用研究 下载：52 浏览：480
  • 陈磊 《海洋研究》 2020年6期
  • 摘要:
    目前海洋石油导管架平台桩基础的轴向极限承载力常用的设计方法为API RP2A(美国石油协会)和静力触探(CPT)的方法。在这两种方法的基础上,提出了用BP神经网络模型对桩的轴向极限承载力进行计算的思路,能够有效地预测桩的轴向极限承载力。根据BP神经网络算法具有较强的非线性映射能力和学习功能的特点,通过对影响单桩极限承载力因素的分析,依据静力触探资料建立了基于BP神经网络的单桩轴向极限承载力预测模型。通过利用API RP2A方法分析成果对该模型进行学习训练和预测检验,证明了预测模型性能良好、具有较高的精度和收敛速度快等特点,验证了神经网络方法的可行性,预测结果能够指导桩基础设计,缩短周期。因而具有较大的工程实用价值。
  • 基于深度置信网络(DBN)的赤潮高光谱遥感提取研究 下载：6 浏览：425
  • 姜宗辰1,2 马毅1,2 江涛1 陈琛1,2 《海洋研究》 2020年期
  • 摘要:
    赤潮是严重的海洋灾害,有效监测赤潮对于保护海洋生态环境具有重要意义。高光谱遥感具有光谱分辨率高、图谱合一等优势,适合于海洋赤潮监测。深度学习是机器学习领域的前沿,为高光谱遥感分类提供了新的思路。深度置信网络(Deep Belief Network,DBN)兼具监督分类与非监督分类的特点,通过构建DBN模型,将DBN应用于赤潮灾害遥感监测中,应用渤海机载高光谱遥感数据开展赤潮分类,以达到提取高光谱图像中赤潮水体范围的目的。通过设置对照实验,对比经典的SVM监督分类方法与ISODATA非监督分类方法,发现DBN模型在相同实验条件下具有更高的分类精度,赤潮遥感提取精度提高了3%～11%。
  • 基于卫星图像的北极冰间水道形态学特征分析 下载：48 浏览：421
  • 王玉出 马玉贤 陈元 陈伟斌 《海洋研究》 2020年5期
  • 摘要:
    随着全球气候变暖,北极海冰面积逐渐减小,冰厚逐渐变薄,海冰在海浪的影响下会变得很脆弱,容易断裂形成裂缝,更易形成冰间水道,有助于北极航道的通航。同时,冰间水道是极地地区海洋与大气之间热量与动量交换的重要通道之一,因此在全球气候变暖的背景下,分析冰间水道的形态学特征,对于研究北极海区的动量和热量收支以及预测航道通航具有重要意义。文中利用Hilditch的冰间水道骨架技术,基于Landsat8的图像数据,分析了9月楚科奇海和波弗特海附近冰间水道倾角、长度和冰间水道距离等冰间水道的分布特征。结果表明,此时冰间水道倾角的分布集中在74°～114°之间,冰间水道长度和距离变化范围较大,分别在2～3 km和50～220 m之间。
  • 一种基于改进蚁群算法的载人潜水器全局路径规划 下载：58 浏览：479
  • 史先鹏1,2 解方宇2 《海洋研究》 2020年5期
  • 摘要:
    当前关于使用蚁群算法解决载人潜水器路径规划问题的研究,往往只注重路径的长度和算法收敛速度,容易忽略路径点与障碍物之间的距离和路径的平滑度等要素。载人潜水器过于靠近障碍物航行时容易产生碰撞;按照不平滑路径行驶时,频繁地转向会降低航行效率。为解决这些问题,受人工势场法启发,文中在蚁群算法的概率选择环节引入障碍物惩罚因子φ和转向惩罚因子ψ,对路径点的选择加以限制。仿真测试表明,相比于传统蚁群算法和Dijkstra算法,该算法规划的路径与障碍物之间保持安全距离且转向次数更少,因此载人潜水器按照此路径航行时,安全性和航行效率更高。
  • 全海深ARV动力学建模及简化研究 下载：59 浏览：421
  • 刘金夫1,2 王亚兴1,2 唐元贵1,2 姚湘琳3 《海洋研究》 2020年5期
  • 摘要:
    以全海深自主遥控水下机器人(Autonomous&Remotely-operated Vehicle, ARV)为研究对象,针对全海深ARV的稳定航行和作业控制需求,借助潜艇标准运动方程建立直航动力学模型,还提出使用多元函数泰勒展开的方法建立独立的垂直运动动力学模型。其次,以节约计算机资源为目的,采用拟合优度分析、显著性检验和全局敏感性分析的方法剔除动力学模型中不重要的水动力系数项,得到简化的动力学模型。将初始和简化动力学方程的拟合结果与计算流体力学仿真(Computational Fluid Dynamics, CFD)计算结果进行对比分析,对比结果表明,全海深ARV直航和垂直运动动力学模型和简化动力学模型均是可靠的。
  • “海龙Ⅲ”号ROV系统深海试验与应用研究 下载：48 浏览：471
  • 任峰 张莹 张丽婷 孙元宏 孙嘉蔚 宋帅 《海洋研究》 2020年5期
  • 摘要:
    深海水下机器人主要用于深远海地质、矿物资源和生物调查研究,以及海洋石油工程服务等水下综合作业,能够实现深海近底高精度、长时间的定点取样作业及其他精细化调查。结合国内外深海ROV装备和技术发展现状,以新研发的6 000 m级"海龙Ⅲ"号ROV搭载"大洋一号"船执行的2018年南海综合海试和48航次为例,从深海试验流程和方法、浅水区功能测试、深水区功能测试、深海观测及取样功能测试等方面,详细阐述了ROV海上试验和应用作业过程,对作业水深、功率配置、水下运动能力、搭载能力等关键性能指标进行了试验验证。海上功能测试和试验性应用结果表明,"海龙Ⅲ"ROV各项性能指标满足设计要求,验证了系统在不同深度、不同地形条件下的观测取样作业能力,创新了深水ROV作业方法手段,分析得出此类装备目前在国内发展存在的不足之处,并结合实际应用提出后期改进计划,以期为深海ROV的海试应用提供技术参考。
  • 一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法 下载：47 浏览：448
  • 裘天佑1,2,3 李一平1,2 《海洋研究》 2020年5期
  • 摘要:
    自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。
  • 基于CT非线性模型的水下目标跟踪算法比较 下载：46 浏览：438
  • 张晓娟 李国富 张爽 刘颉 《海洋研究》 2020年4期
  • 摘要:
    针对水下目标跟踪非线性跟踪精度问题,假设目标机动模型为恒转速运动模型,贝叶斯框架下,因扩展卡尔曼滤波跟踪方法进行模型在估计点的泰勒展开,忽略一阶以上高阶项,存在模型误差,比较了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、容积卡尔曼滤波在高斯噪声干扰下滤波误差均方根,以及3种方法运行时间。仿真证明,非线性系统下状态维度为5,容积卡尔曼滤波跟踪的精度高于无迹卡尔曼滤波,无迹卡尔曼滤波高于扩展卡尔曼滤波。该研究为海上目标非线性测量系统提供仿真实例,为进一步滤波算法改进提供基础。
  • 单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪的设计与实现 下载：45 浏览：413
  • 刘颉1,2 刘蔚2,3 李国富1 张晓娟1 张爽1 李琦1 杨逍1 《海洋研究》 2020年4期
  • 摘要:
    海洋环境噪声是海洋声场的背景场,通常被当作干扰项,许多国家纷纷投入力量,开展海洋环境噪声数据获取、分析及噪声场建模工作。针对海洋环境噪声的测量,同时为了满足设备在水下较长时间工作,设计了一种基于ARM芯片的海洋声信号高速数据采集系统,即单通道低功耗大容量海洋声信号测量仪,集成温度传感器、压力传感器和同步模块,具备定时和连续两种工作方式。采用ARM Cortex-M3微控制器LPC7168控制24位AD芯片ADS1271实现声信号采集,最高采样速率可达50 k,采集的AD数据以文件格式存储在SD卡(容量256 Gbyte)中。采用单片机PIC12F509作为值班电路,PIC12F509在控制系统工作时作为看门狗使用。经过实验室试验和湖试,验证系统工作稳定,数据采集存储正常,在消声水槽完成与DSG比测试验,通过对回放数据的分析,验证采集数据一致性较好。试验证明声信号测量仪是获取海洋环境噪声的重要设备。
  • 多源数据中尺度涡三维结构分析方法研究 下载：44 浏览：477
  • 张春华1 安文韬2 邵连军1 赵钊1 方乐1 《海洋研究》 2020年4期
  • 摘要:
    作为重要的海洋中尺度现象之一,中尺度涡的研究受到人们的关注和重视。随着数值模式的进一步发展、卫星资料的累积、时间更长以及更多更有效的海上实测数据的取得,使得综合利用实测资料、卫星遥感资料、再分析/数值预报产品等数据源,对中尺度涡进行自动识别与三维结构分析成为中尺度涡研究的主要方向之一。在前期对卫星遥感资料中尺度涡自动检测算法进行研究的基础上,开展多源资料中尺度涡三维结构分析方法研究,以表面漂流浮标运动轨迹为中尺度涡的判定依据,综合利用高度计观测、红外遥感观测、以及再分析/数值预报产品分析中尺度涡三维结构信息,在此基础上,提出中尺度涡研究的发展方向,为全面分析中尺度涡的时空特性提供技术途径,为中尺度涡的动力机制研究奠定基础。
  • 航行船舶真风误差源分析 下载：45 浏览：404
  • 李志乾1,2,3 漆随平1,2,3 胡桐1,2,3 邹靖1,2,3 郭颜平1,2,3 王东明1,2,3 《海洋研究》 2020年4期
  • 摘要:
    真风对海上航行的船舶有重要的气象导航意义,若真风测算不准确,会给导航员造成误判,影响船舶安全航行,但在船舶等运动平台上真风无法直接测量,只能依靠矢量模型计算间接获取。根据真风解算模型和误差传播规律,推导了船舶真风误差模型。在矢量模型中,航行船舶真风误差主要来自于船风和相对风的计量误差,船风的计量误差主要是由于航速航向的选取问题导致的误差,相对风的测量误差主要包括传感器自身精度、安装误差、平台姿态影响和系统性干扰误差等几个方面。以船舶转向过程为例,分析了航行风与相对风的变化规律,结合船体运动姿态,加入运动补偿修正量,建立了船舶转向式真风补偿模型。
  • 浅海聚焦定位中简化地声模型的应用研究 下载：46 浏览：404
  • 屈科 何树斌 黎章龙 《海洋研究》 2020年4期
  • 摘要:
    为了提高定位算法的环境宽容性,聚焦法将环境参数纳入了寻优空间。聚焦法虽然降低了对环境测量的要求,但是反演参数的增加也增加了反演的复杂性。基于海底反射特性,用两个参数对海底进行建模。通过标准的反演测试问题对简化地声模型在浅海聚焦定位中的有效性进行了分析。结果表明:基于简化地声模型的聚焦定位是可行的。在获得正确定位结果的同时,随着地声参数个数的减少,匹配场处理的便捷性得到了提高。文中引入的简化地声模型是聚焦问题中参数最少的地声模型,它可以有效减少聚焦定位参数维数以提升反演的便捷性。同时,简化地声模型在参数敏感性和耦合性上有较好的表现,这些优点可以保证定位结果的稳健性。
  • 南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——震源子波检测及模拟分析 下载：82 浏览：481
  • 曾宪军 翟继锋 韦成龙 《海洋研究》 2020年3期
  • 摘要:
    在野外采集中考察气枪的稳定性以及室内进行确定性子波反褶积处理,都要求能够获得气枪阵列的实时远场子波。从震源子波检测方法出发,阐述了近场子波采集、幅值转换及记录流程,并列举出实测近场子波时需要考虑解决的问题;接着介绍了震源远场子波的获取方法和主要途径;震源近场子波及远场子波的实测方案,检测震源子波所需的仪器设备和采集技术方法。文中分析了气枪子波的气泡干扰问题,虚反射与后续气泡震荡间的关系以及吸收衰减对子波的影响,并根据实测远场子波,对齐氏和范氏两种气体模型进行了模拟效果对比,结果表明:采用范氏气体模型所模拟的子波与实际子波更为吻合,模拟出的气枪的子波波形、振幅大小、气泡周期上,与业界通用的Nucleus软件的模拟结果吻合较好,在后续的使用中将继续优化。
  • 单点系泊潜标系统动力学建模与姿态分析 下载：78 浏览：493
  • 齐占峰 秦玉峰 史健贾 立双 《海洋研究》 2020年3期
  • 摘要:
    通过对单点系泊潜标进行动力学分析,利用集中质量法建立系统的动力学模型,编制Matlab仿真程序,通过数值模拟获取不同海流条件下,分析潜标系统的姿态。文中将一个典型潜标系统的浮球、锚链、重力锚等部件,利用集中质量法简化为节点,通过模拟真实环境中的海流流速在垂直方向的分布,设计1～5 m/s的流速剖面分布。将节点的物理参数和海流参数代入仿真程序中,得到各节点的姿态、节点间张力以及重力锚与海底摩擦力等数据。分析仿真结果,海流流速与节点的偏降、节点间的张力以及重力锚与海底的摩擦力成正比,仿真结果与实际情况相符。文中设计的建模方法和仿真程序可以为单点系泊潜标的总体设计、姿态估算、锚系配置提供工程参考。
  • 耐压柱壳参数化设计与灵敏度分析 下载：84 浏览：479
  • 刘峰1 王贺1 苗怡然2 屠超华1 赵彦凯1 《海洋研究》 2020年3期
  • 摘要:
    为提高耐压柱壳设计效率,设计了耐压柱壳参数化分析流程。研究了有限元分析所涉及的材料属性、载荷施加、边界条件设置等内容,确定了采用弧长法分析耐压柱壳稳定性。利用Python语言对于ABAQUS软件进行了二次开发,利用Isight软件实现了ABAQUS的集成,实现了耐压柱壳有限元分析模型的网格自动划分、自动分析计算等。选择样本点进行参数化分析,利用响应面模型对于样本点进行了拟合,得到了具有较高拟合精度、满足工程需要的近似模型,进行了设计变量的灵敏度分析。研究结果表明:参数化分析流程可实现耐压柱壳的自动分析、近似模型及灵敏度分析,可降低耐压柱壳分析难度,均可提高耐压柱壳设计效率。
  • 国产XBT海上比测方法研究及结果分析 下载：83 浏览：489
  • 雷发美1,2,3 商少平1,2,3 贺志刚1,2,3 汪鹏4 戴昊1,2,3 《海洋研究》 2020年3期
  • 摘要:
    随着国产投弃式温深仪(XBT)性能的提高,其使用范围和规模也逐步扩大,受某专项办的委托,厦门大学在南海东北部开展了"海洋监测设备适用性检验规范及海上试验研究(国家863计划)"项目,针对海洋技术领域研发的技术较为成熟、具备产品化条件的XBT开展检验与验证,对国产XBT的性能和实际使用情况进行分析和总结。试验中,在不同站点进行温盐深仪(CTD)现场测量,以此数据为真值对国产和进口XBT精度做评估。在较高速度走航测量时,则以进口XBT数据为参照,对国产XBT进行评估。试验结果表明,国产XBT整体上表现良好,成功率大概为80%,有些型号的国产XBT精度与进口XBT精度接近,但国产XBT无效剖面较多。同时也发现,进口XBT的精度无法满足预期比测的要求,不能准确计算出国产XBT精度,但结果仍然具有参考价值。本次试验可以为国产XBT的规模化应用和推广提供数据支持,也可为其他型号XBT/XCTD/CTD等仪器的比测提供借鉴。
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