基于轻量化YOLOv7算法的侧扫声纳图像沉船检测

针对现有的侧扫声纳图像水下沉船检测方法存在检测速度慢,传统的YOLOv5算法存在的漏检的问题,提出基于轻量化YOLOv7算法的水下沉船检测改进方法。首先,通过随机翻转、随机噪声等操作扩充沉船图像的样本数量;然后,引入迁移学习策略,将在COCO数据集上学习到的权重迁移到沉船检测的YOLOv7网络中;其次,改进模型损失函数中惩罚项的计算方式,提升收敛速度;最后在YOLOv7网络中引入FasterNet结构,减少模型的参数量和计算复杂度,降低模型对硬件的需求,达到轻量化模型的目的。实验结果表明,改进方法较原始YOLOv7算法在类平均精度值(mAP值)上提升了4.75%,检测速度也由原来的0.0218秒/帧提升到0.0179秒/帧,证明了改进方法的工程应用价值。

基于Encoder-Decoder LSTM的船舶轨迹预测方法

船舶轨迹预测的准确性是预警事故和确保安全航行的关键,但精度和稳定性是目前亟待解决的问题。为了应对这一挑战,提出一种基于Encoder-Decoder LSTM的船舶轨迹预测方法。首先对船舶AIS轨迹数据进行去噪、分段、插值、停留点检测和归一化等预处理,提取船舶的航行轨迹。然后构建了一种基于Encoder-Decoder LSTM架构的船舶轨迹预测模型,并对模型参数进行初始化。最后使用长江江苏段天生港水域渡轮的真实AIS数据对提出的模型进行训练和验证,并与其他广泛使用的轨迹预测方法进行比较。定量分析表明,该方法可实现对船舶轨迹较为准确的预测,且所预测轨迹具有一定的参考价值。

联合多波束与侧扫声纳的海缆检测方法

为解决海底电缆路由检测中多波束扫测分辨率低、侧扫声纳(SSS)图像位置不准且存在误识别问题,提出了一种联合多波束与侧扫声纳的海底电缆路由自动检测方法,利用多波束图像高精度的位置信息纠正侧扫声纳图像,并顾及侧扫声纳图像海缆成像特点进行线状特征增强与边缘提取,实现海底电缆目标的自动、准确检测。实验结果表明,该方法能实现非掩埋海缆探测的准确探测,为海底电缆检测提供了多源测量信息融合的新思路,丰富了海底电缆检测的技术方法。

无人艇载多波束测深系统一体化结构优化设计

为了提升无人艇载多波束测深系统(以下简称多波束系统)在复杂环境下的作业安全和精度,通过对多波束系统与无人艇艇型一体化安装结构的分析,采用基于有限元协同仿真技术开展动力及平台结构性能优化设计研究,设计出了在一定航行速度下能保证较优效率和航行安全的无人艇载多波束系统安装结构,并在珠江口海域进行了试验。结果表明:与传统的无人艇平台与多波束系统分离式设计的方法相比,设计的无人艇载多波束系统横摇角度小,抖动现象减弱,作业性能得到提升。运用该系统不仅可以获取水下高精度的三维地形数据,也可以为水下障碍物排查、目标物搜寻和水下构筑物巡检巡查等提供技术支撑。

基于珠江入海口顾及浅水分潮特征的深度基准面传递方法研究

采用珠江入海口处潮位数据进行顾及浅水分潮特征的深度基准面传递方法的研究,并选取该区域五个验潮站潮位数据进行实验,实验先进行潮汐调和分析,解算基于长期观测数据的各分潮较为稳定的正、余弦分量,再通过附加参数间的限制条件,采用约束平差法实现对短期数据进行调和分析,得到基于短期数据的各分潮正、余弦分量,再通过参数变换得到各分潮潮高和迟角,综合分析浅水分潮对潮汐预报和基准传递的影响。根据上述分析结果提出顾及浅水分潮特征的改进深度基准面传递算法,并验证该方法在珠江入海口处的有效性。

基于多尺度纹理特征的海底底质样本增强方法

针对多波束海底底质分类模型构建受限于样本和特征对海底底质类型表征不足、模型稳定性差等问题,利用多尺度滑动窗口法提取声学纹理特征,结合K-均值聚类分析其精度,实现了多尺度纹理特征的优选,并利用多尺度纹理特征并辅以地形特征结合SLIC样本增强方法,实现了底质样本的有效扩充。同时,利用随机森林、BP神经网络、K最邻近、支持向量机等4种经典监督分类模型训练预测和评估所扩充的样本数据,最终总体分类精度均达到90%以上,kappa系数达到0.85以上。

顾及先验海底地形信息的多波束测线设计建模方法

为提升海底地形测量精度和效率,聚焦复杂海域多波束测深技术测线规划应用,建立了一种顾及先验海底地形信息的测线设计模型。联合几何推导和遗传算法,构建了二维和三维情形下的覆盖宽度模型和重叠率模型,通过引入蒙特卡罗法,实现了复杂海域顾及先验海底地形信息的多波束测线优化设计。试验结果表明,该算法能有效提高多波束测深效率,可为多波束测深技术测线设计提供技术支持。

海上风电场地理信息综合服务关键技术

海上风电作为清洁能源,进行大力开发建设。地理信息在海上风电场建设运维、船舶航行安全方面发挥重要作用,也是海事通航尺度核定测量重要内容。海上风电场地理信息综合服务包含侧扫声呐探测、浅地层剖面探测、多波束水深测量及二三维一体化展示等关键技术。本文以粤东某风电场为例,进行了沉船扫海测量、风机基底探测、礁石浅点探测、电缆数据采集及风电场海域相关要素二三维一体化展示。结果表明,风电场地理信息数据需要结合浅地层剖面仪、侧扫声呐和多波束影像综合分析,提高数据的互补性和可靠性;基于潮汐模型与余水位监控法、海量多波束处理CUBE算法具有应用价值,磁法测量、下潜探摸和水下摄像判读可获取沉船更详细的信息。

航渡式水深测量水位改正优化:(一)潮汐模型评估

针对全球海域航渡式水深测量水位改正难题,对最新潮汐场模型DTU23和代表性强的FES2014开展了精度评估,结果表明在北半球12个验潮站位处DTU23与ArcTiCA中8个主要分潮总体预报误差为8.64 cm,在莫桑比克海峡12个随机点位处DTU23与FES2014中8个主要分潮总体预报误差仅1.19 cm,而在2个不同海域分潮振幅和迟角的等值线图则表明DTU23与CST1相似性较强,DTU23与FES2014相似性极强。提出了融合全球潮汐模型并新构建全球Sa、Ssa长周期分潮和小区域精细化潮汐模型的水位改正优化新思路,可为后续进一步提高全球海域航渡式水深测量水位改正精度提供数据支撑。

多波束点云中复杂河道断面地形的自动提取方法

针对水下地形复杂、多波束点云数据量冗余、无拓扑结构、密度分布不均匀,高效率、高精度提取河道断面难度大的问题,提出了一种基于改进DP算法的多波束点云中复杂河道断面地形的自动提取方法。该方法根据河道场景内点云的空间分布特征剔除噪点;通过桩点将点云分割成线性数据结构体,并转换到独立坐标系内,实现点云断面提取与组织管理;分析断面曲线与拟合曲线的亲和度,保留形态特征点和平滑点、剔除冗余点,完成断面形态精化。定性结果表明:该方法自动化程度高、形态特征点保留完整、冗余度有效降低。定量评价表明:面积差百分比平均值为0.02%、冗余度降低百分比平均值为80.85%,在降低数据冗余度的同时,河道断面形态、面积精度未受损失。

CUBE自动滤波在远海多波束测深中的应用

为提升远海多波束测深数据标准化处理能力,验证CUBE自动滤波在远海海域的实际应用效果,选取远海海域3个典型深度测区,使用优选的CUBE自动处理参数组,对多波束测深数据进行自动滤波处理,并从处理用时、逐点标记以及交叉点水深差值3个方面,将处理结果与多名作业人员的手工处理结果进行对比分析。实验结果表明,使用CUBE自动处理与人工处理结果基本相同,且少量处理不同之处产生的水深成果差值均在测量误差允许范围之内,且CUBE自动处理在处理效率、成果标准一致性方面均优于人工处理。本文成果对于提升远海多波束测深数据标准化处理能力具有较强的实践指导意义。

多波束测深瞬时姿态误差的改正方法

详细分析多波束测深瞬时姿态误差对水深的影响及在3维地形图上的外观表现,针对性地提出相应的改正措施。将测量的水深数据去除地形趋势信号,得到受姿态误差影响的水深误差数据,采用其是否与横摇变化率和横摇测量值具有线性关系判断属时延还是尺度引起的姿态误差,再搜索确定时延值或尺度系数,以此参数对受影响的区域进行改正。从实测数据处理结果来看,改正结果较理想。

浅水多波束勘测数据精细处理方法

系统分析多波束勘测水深的误差表现,针对性地提出相应的改正措施,首先去掉勘测质量差的重复覆盖条带,改正横摇校准残差,然后根据提出的浅水常梯度声速模型,搜索确定模型参数,以此模型参数及波束到达角和旅行时对每个波束重新进行归位计算,接着自动删除多余边缘波束,最后网格化水深数据并以对应的波束号确定中央和边缘波束位置,对格网中边缘波束进行强制微调,得到光滑的格网水深数据。从实测数据结果来看,本文算法物理意义明确、切实可行、后处理速度较快,改正结果较理想。

一种智能的最短航线构建方法

航线的优化设计是舰船安全、经济航行的基础。本文提出一种智能的最短航线构建方法。通过追踪安全等深线,获取障碍区,然后测试线段与障碍区的空间关系来智能地搜索最短路径。实验表明,与传统方法相比,新方法在效率、准确性和可靠性上都具有明显的优势。

浅水多波束测深潮汐改正技术研究

提出了一种顾及潮时差变化的多验潮站多边形潮汐分区改正数学模型,设计了海量多波束数据通用的虚拟单验潮站改正模式。应用结果表明,该模型准确地再现了时变水位场,实现了区域瞬时海面的无缝拼接,较好地解决了多波束条带采用传统潮汐分区改正模型引起的断层及锯齿状问题。

多波束勘测声速剖面场的EOF表示方法

提出了根据实测声速剖面,利用经验正交函数建立了声速剖面场的数学模型,得到了任意点位的声速剖面对边缘波束数据进行声线折射改正的方法。该方法对提高多波束勘测效率和精度具有重要意义。

基于数据库的保质设计制图综合知识库研究

建立基于数据库的保质设计制图综合知识库,并对该知识库中的基本表结构、制图综合知识库的建立与维护、推理机制的实现分别进行阐述。其特点在于对质量知识的有效管理,使制图综合知识的作用不仅仅局限于综合开始阶段针对不同目标进行综合处理方法的选择,而是在综合的各个阶段能够进行质量的自动引导与控制,同时在表结构设计中对保质设计中的质量功能配置进行考虑,能够实现自动推理机制,从而在整个制图综合过程中发挥质量控制的作用。

局域空间声速模型的建立方法研究

在多波束测深系统的数据处理中,声速剖面的代表性误差严重地影响着波束的声线跟踪精度,并造成比较大的深度计算误差。为了削弱该影响,利用实测声速剖面数据、温度与盐度剖面数据,采用两种方法分别建立了区域空间声速模型。实践验证了该方法的正确性和可行性。

基于动态水位的航线可行性分析方法

提出了一种基于动态水位的航线可行性分析方法,通过追踪安全等深线,求取随瞬时水位时变的障碍区,然后分段判断航线与障碍区的相交情况,测试航线的可行性,求解可行性时间。实验表明,该方法能有效地分析动态水位影响下的航线可行性,扩大通航能力,缩短航程。

K-均值聚类算法在多波束底质分类中的应用

针对海底采样点较少时,监督学习训练分类模型困难的问题,研究无监督学习的K-均值聚类分析算法在多波束海底底质分类中的应用。在探讨K-均值聚类分析算法原理的基础上,构建海底底质分类器,针对分类器需预先输入分类结果种类(K值)这一问题,提出了基于底质采样点和分类效果连续性为原则的K值确定方法。实验结果表明:基于K-均值聚类分析算法的海底底质分类器能较好的实现海底底质类型的自动划分,适用于海量多波束底质特征参数的分类。