基于U-Net改进的双通道南海海洋温度锋面检测方法研究

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作者 杨梦 孙伟富 +2 位作者 张晓娟 李延志 王武礼 《海洋通报》 北大核心 2025年第4期458-468,共11页

海洋锋面是典型的海洋过程,在海洋生态学、海洋动力学、海洋军事以及气候变化方面都有重要影响。本研究基于U-Net模型设计了一种双输入通道Y-Net模型,该模型在U-Net模型基础上增加一条编码器路径,实现模型可以同时接收两种不同输入的目... 海洋锋面是典型的海洋过程,在海洋生态学、海洋动力学、海洋军事以及气候变化方面都有重要影响。本研究基于U-Net模型设计了一种双输入通道Y-Net模型,该模型在U-Net模型基础上增加一条编码器路径,实现模型可以同时接收两种不同输入的目的。针对海洋锋面的多尺度特性,该网络使用多尺度残差卷积块实现不同尺度锋面特征提取。利用该模型开展了2020-2021年南海温度锋面检测,并将检测结果与U-Net、DANet、PSPNet模型结果进行对比分析。结果发现:(1)对于单输入模型,U-Net模型锋面检测精度最高,但相比Y-Net模型仍存在一定差距。对比锋面检测结果图发现,U-Net、DANet、PSPNet模型的检测结果中存在一些锋面标签数据中不存在的噪声信号,而Y-Net模型能够有效减少检测结果中的噪声且在小尺度锋面检测方面的性能优于这几类模型。(2)对于双输入模型,对比Y-Net模型与DANet和PSPNet模型的锋面检测精度发现,Y-Net模型的平均交并比提升4.5%~15.1%,锋面交并比提升8.5%~27.9%。对比锋面检测结果图发现,DANet、PSPNet模型对小尺度的锋面敏感性较低且误检率较高,Y-Net模型在小尺度锋面敏感性方面表现较好且误检率较低。 展开更多

关键词 海洋锋面 多尺度 双输入

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基于多尺度通道和时空信息融合的SST预报方法研究

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作者 张煜昊 孙伟富 +2 位作者 张晓娟 王冰馨 王武礼 《应用海洋学学报》 北大核心 2025年第3期473-482,共10页

海表面温度(sea surface temperature,SST)不仅是海洋状态的一个关键指标,还直接影响大气条件,进而影响全球和区域的天气系统与气候变化。因此,准确预报SST对于维护生态平衡、促进经济发展和应对气候变化具有不可估量的价值。为了准确地... 海表面温度(sea surface temperature,SST)不仅是海洋状态的一个关键指标,还直接影响大气条件,进而影响全球和区域的天气系统与气候变化。因此,准确预报SST对于维护生态平衡、促进经济发展和应对气候变化具有不可估量的价值。为了准确地对SST进行预报,本研究在卷积长短期记忆网络(convolutional long short-term memory,ConvLSTM)模型的基础上,提出了一种基于多尺度通道和时空信息融合的深度学习模型(multi-scale channels and spatiotemporal fusion,MCSF)。该模型首先经过多尺度特征提取模块,从多个尺度对SST数据中的区域、边缘等特征进行提取,随后通过卷积块注意力残差模块对信息进行有效的筛选,利用卷积长短期记忆网络提取长时间依赖特征,最后由卷积2D层输出1 d的预报结果,通过滚动预报实现多天的SST预报。利用MCSF模型在南海区域进行了SST的短期预报(预报未来5 d)和中期预报(预报未来20 d),通过不同的时间窗口进行实验,确定短期预报和中期预报的时间窗口分别为20 d和40 d。实验结果表明,MCSF模型相比于ConvLSTM模型,预报第5天和第20天的RMSE分别降低了11.9%、7.6%,MAE分别降低了16.7%、16.9%,这证明所提出的MCSF模型可以有效提升SST的预报精度。 展开更多

关键词 多尺度通道 时空信息融合 深度学习 ConvLSTM SST预报

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基于改进海洋捕食者算法的无人船避碰方法 被引量：3

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作者 张荣翔 戴永寿 +1 位作者 李立刚 金久才 《现代电子技术》 2023年第5期119-125,共7页

为提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和经济性,提出一种基于改进海洋捕食者算法的无人船避碰决策方法。首先,根据无人船运动约束、避免碰撞约束与避碰规则约束限定避碰决策的搜索空间;其次,以船舶碰撞的危险程度和航程损失为指标... 为提高无人船局部动态避障的规范性、安全性和经济性,提出一种基于改进海洋捕食者算法的无人船避碰决策方法。首先,根据无人船运动约束、避免碰撞约束与避碰规则约束限定避碰决策的搜索空间;其次,以船舶碰撞的危险程度和航程损失为指标建立避碰目标函数;最后,提出基于种群更新成功率的改进海洋捕食者算法,求取约束范围内的最优避碰决策。仿真实验结果表明:所提方法最优个体适应度曲线在30次迭代内都能稳定收敛,且其最优值最小,优于其余智能算法,具有一定有效性。 展开更多

关键词 无人船 船舶避碰 避碰规划 海洋捕食者算法 全局优化算法 航行规则 仿真验证

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北冰洋卫星水色遥感观测能力评价与展望 被引量：1

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作者 崔廷伟 张杰 +6 位作者 马毅 刘荣杰 肖艳芳 陈晓英 韦云宏 秦平 牟冰 《中国海洋大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第1期125-137,共13页

卫星水色遥感是研究北冰洋海洋生态系统及其气候变化响应的重要技术手段。本文从北冰洋卫星水色遥感产品的时空覆盖及其制约因素分析入手,通过剖析北冰洋遥感反射率、叶绿素a浓度、初级生产力等卫星关键水色产品的定量化水平及不确定性... 卫星水色遥感是研究北冰洋海洋生态系统及其气候变化响应的重要技术手段。本文从北冰洋卫星水色遥感产品的时空覆盖及其制约因素分析入手,通过剖析北冰洋遥感反射率、叶绿素a浓度、初级生产力等卫星关键水色产品的定量化水平及不确定性来源,凝练了未来需突破的若干关键技术。(1)7~8月是一年之中北冰洋卫星水色遥感产品空间覆盖率最高的时段(约为56%~62%),而每年10月至来年3月则不足20%,海冰覆盖(9月影响最小)、云雾干扰(4~8月影响最为严重)、低光照(9月至来年3月影响最为严重)是主要的制约因素,多星融合可在一定程度上提高水色产品的空间覆盖率。(2)4~6月是北冰洋卫星遥感反射率产品精度最高的时段,高质量数据的占比可达82%,其次为1~3月和7~9月(75%),10~12月最低(57%);基于半分析算法的溶解有机物浓度卫星遥感反演精度较高(误差约为12%),而卫星标准叶绿素a浓度产品则存在低值区高估、高值区低估的问题(相对误差为82%~112%);初级生产力遥感产品存在明显不确定性,叶绿素a浓度及其垂向分布、藻类光合作用参数等是主要的不确定性来源。(3)提升北冰洋水色遥感观测能力需突破以下关键科学技术问题:①高纬度海域卫星水色遥感资料的高精度处理方法;②基于北冰洋水体光学特性的高精度区域性水色反演模型;③多星协同的北冰洋水色观测技术;④协同卫星遥感与无人移动观测的北冰洋环境监测技术;⑤北冰洋海洋光学性质的参数化模型构建。 展开更多

关键词 北冰洋 水色遥感 时空覆盖 反演 叶绿素 初级生产力

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无人船载监控系统的设计与开发

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作者 李立刚 徐彬 +4 位作者 郝宪锋 李林 金久才 刘德庆 戴永寿 《计算机应用与软件》 北大核心 2024年第9期17-22,共6页

为了满足无人船实时通信和远程操控需要,综合利用计算机、传感器及无线通信等技术,设计一种无人船载监控系统,实现了对无人船的实时监测、控制与实时通信。设计一种双驱动独立控制方案,实现了无人船遥控器控制与计算机控制的相互分离,... 为了满足无人船实时通信和远程操控需要,综合利用计算机、传感器及无线通信等技术,设计一种无人船载监控系统,实现了对无人船的实时监测、控制与实时通信。设计一种双驱动独立控制方案,实现了无人船遥控器控制与计算机控制的相互分离,可提高无人船运行操控的安全性与可靠性。提出采用插件式软件架构,将易变动的功能模块以插件的方式动态加载至系统框架中,加快了开发速度,降低了系统的耦合程度,提高了系统的可扩展性,并利用插件动态加载与卸载方法,实现了插件功能的动态加载与在线升级,提高了系统应对任务多样化的能力。 展开更多

关键词 无人船 监控系统 双驱动独立控制 插件式软件架构

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基于JVC的紧凑型地波雷达海上目标点迹-航迹最优关联方法 被引量：6

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作者 戴永寿 马鹏 +3 位作者 孙伟峰 刘培学 纪永刚 庞真真 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期2832-2839,共8页

紧凑型地波雷达由于接收天线阵列孔径减小导致对海上目标的定位精度低,在多目标跟踪算法中采用序贯式的点迹-航迹关联方式易发生误关联导致航迹断裂、误跟踪等问题。对此,该文将多目标点迹-航迹关联转化为最优分配问题,提出一种基于JVC... 紧凑型地波雷达由于接收天线阵列孔径减小导致对海上目标的定位精度低,在多目标跟踪算法中采用序贯式的点迹-航迹关联方式易发生误关联导致航迹断裂、误跟踪等问题。对此,该文将多目标点迹-航迹关联转化为最优分配问题,提出一种基于JVC算法的多目标点迹-航迹最优关联方法。对于关联波门重叠区域内存在公共候选点迹的多条航迹,首先以雷达获取的目标多普勒速度、距离与方位角作为目标特征参数,利用最小代价函数确定公共候选点迹与所有航迹之间的相似度,得到关联代价矩阵;然后以总关联代价最小化作为优化准则,采用JVC算法求解得到最优的点迹-航迹关联结果。利用仿真与实测目标数据开展了点迹-航迹关联实验,并与序贯最近邻关联方法的关联结果进行了对比。实验结果表明:采用该文所提方法跟踪得到的航迹时长明显优于序贯最近邻关联方法的结果,解决了序贯式关联因关联错误导致的航迹断裂、误跟踪等问题,提高了航迹跟踪的连续性。 展开更多

关键词 紧凑型高频地波雷达 多目标跟踪 点迹-航迹关联 最优关联

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一种改进全局最近邻关联的无人船双雷达目标跟踪算法 被引量：4

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作者 王宁 李立刚 +1 位作者 戴永寿 金久才 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第22期58-62,75,共6页

针对无人船载双雷达目标跟踪问题,提出一种基于全局最近邻关联(GNN)的无人船雷达目标跟踪算法。建立随船正北坐标系,对传感器的测量结果进行坐标变换,利用GNN算法对目标进行跟踪。针对GNN算法在虚警、漏报情况下易发生误关联的缺点,提... 针对无人船载双雷达目标跟踪问题,提出一种基于全局最近邻关联(GNN)的无人船雷达目标跟踪算法。建立随船正北坐标系,对传感器的测量结果进行坐标变换,利用GNN算法对目标进行跟踪。针对GNN算法在虚警、漏报情况下易发生误关联的缺点,提出一种跟踪门的设置方法,利用关联代价与模糊隶属度对目标进行2次滤除来提高GNN的关联正确率。最后,利用安装有激光雷达与毫米波雷达的无人船在实际海上环境进行试验,试验结果表明,与未改进的跟踪算法相比,本文提出的改进跟踪算法正确率提高了25.87%,验证了算法的可行性和有效性。 展开更多

关键词 无人船 激光雷达 毫米波雷达 目标跟踪

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基于ERA5海浪再分析数据的风浪涌浪分离方法 被引量：1

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作者 万勇 沈培 范陈清 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期1283-1287,1312,共6页

为了探究和分析海浪中的主要成分,本文基于ERA5海浪再分析数据,依据能量因子分离风、涌浪的原理,研究了风、涌浪的平均波周期与风速的分布规律。利用最小二乘拟合方法,提出了一种分离风、涌浪的方法,并将其命名为TU方法。通过将TU方法... 为了探究和分析海浪中的主要成分,本文基于ERA5海浪再分析数据,依据能量因子分离风、涌浪的原理,研究了风、涌浪的平均波周期与风速的分布规律。利用最小二乘拟合方法,提出了一种分离风、涌浪的方法,并将其命名为TU方法。通过将TU方法与波龄方法进行比较分析,验证TU方法的可行性和可靠性。结果显示:在本文的研究区域中,TU方法与波龄方法识别风浪的正确率为98.57%和98.55%,TU方法与波龄方法识别涌浪的正确率为78.9%和65.1%,表明根据风速与平均波周期2个参数识别涌浪,TU方法效果比波龄方法更好。对高度计等缺少风向信息情况下分离风浪与涌浪有着重要的意义。 展开更多

关键词 风浪 涌浪 混合浪 风涌浪分离 ERA5再分析数据 平均波周期 风速 波龄

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视觉辅助下的无人船双雷达障碍物融合检测技术 被引量：2

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作者 葛燕龙 金久才 +2 位作者 李立刚 刘德庆 戴永寿 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第20期87-92,共6页

毫米波雷达、激光雷达能够给出相对准确的目标距离、尺寸信息,而视觉系统能够给出较直接且丰富的目标纹理特征,将雷达与视觉结合可有效提升无人船障碍物检测性能。本文提出一种基于目标距离及尺寸因子的多传感器数据融合方法。首先,采... 毫米波雷达、激光雷达能够给出相对准确的目标距离、尺寸信息,而视觉系统能够给出较直接且丰富的目标纹理特征,将雷达与视觉结合可有效提升无人船障碍物检测性能。本文提出一种基于目标距离及尺寸因子的多传感器数据融合方法。首先,采用串联式目标匹配方法,完成双雷达以及与单目相机的障碍物匹配。其次,利用目标距离及尺寸因子计算各传感器的检测信任度,然后利用Dempster-Shafer(D-S)证据理论对检测信任度进行融合,完成虚假目标剔除。最后,通过无人船海上近距离、远距离和多目标场景试验验证了本文方法的有效性。 展开更多

关键词 无人船 多传感器数据融合 DS证据理论

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一种用于无人船海面障碍物测距的双目视觉系统

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作者 李方旭 金久才 +2 位作者 张杰 李立刚 戴永寿 《舰船科学技术》 北大核心 2019年第23期118-122,共5页

双目视觉具有近距离测距精度高、获取的图像内容丰富等优点,是目前无人船自主避障领域的研究热点,立体匹配是双目视觉测距的技术关键。然而,无人船体的不规则晃动,增大了双目图像间海面障碍物的尺度、亮度差异,易造成匹配歧义。为提高... 双目视觉具有近距离测距精度高、获取的图像内容丰富等优点,是目前无人船自主避障领域的研究热点,立体匹配是双目视觉测距的技术关键。然而,无人船体的不规则晃动,增大了双目图像间海面障碍物的尺度、亮度差异,易造成匹配歧义。为提高立体匹配的准确性,本文提出一种改进的AKAZE特征匹配方法。通过提取、匹配非线性尺度空间中障碍物的轮廓角点,从而可准确测得海面障碍物的位置信息。利用本文所提方法研发出一种具有防水、防盐等性能的适用于无人船海上工作环境的宽基线双目视觉系统SV-100。测试实验结果表明,该系统在100 m内的测距误差小于6 m。 展开更多

关键词 无人船 障碍物测距 双目视觉系统 AKAZE特征匹配方法

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基于深度学习的GF-1卫星WFV影像赤潮探测方法

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作者 崔宾阁 杨光 +1 位作者 方喜 刘荣杰 《海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第7期147-157,共11页

赤潮是我国主要的海洋生态灾害,有效监测赤潮的发生和空间分布对于赤潮的防治具有重要意义。传统的赤潮监测以低空间分辨率的水色卫星为主,但是其对于频发的小规模赤潮存在监控盲区。GF-1卫星WFV影像具有空间分辨率高、成像幅宽大和重... 赤潮是我国主要的海洋生态灾害,有效监测赤潮的发生和空间分布对于赤潮的防治具有重要意义。传统的赤潮监测以低空间分辨率的水色卫星为主,但是其对于频发的小规模赤潮存在监控盲区。GF-1卫星WFV影像具有空间分辨率高、成像幅宽大和重访周期短等优点,在小规模赤潮监测中表现出较大的潜力。然而,GF-1卫星WFV影像的光谱分辨率较低,波段少,传统面向水色卫星的赤潮探测方法无法应用于GF-1卫星WFV数据。而且赤潮具有形态多变、尺度不一的特点,难以精确提取。基于此,本文提出了一种面向GF-1卫星WFV影像的尺度自适应赤潮探测网络(SARTNet)。该网络采用双层主干结构以融合赤潮水体的形状特征与细节特征,并引入注意力机制挖掘不同尺度赤潮特征之间的相关性,提高网络对复杂分布赤潮的探测能力。实验结果表明,SARTNet赤潮探测精度优于现有方法,F1分数达到0.89以上,对不同尺度的赤潮漏提和误提较少,且受环境因素的影响较小。 展开更多

关键词 赤潮探测 GF-1 WFV 深度语义分割 注意力机制 多尺度

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