基于数值试验的降雨径流过程对不透水面空间分布的响应分析

为解析降雨径流过程对不透水面空间分布的响应关系,构造了一个3 km×3 km的假想试验区域,面向试验区域构建了包含6个不透水率的36种不透水面空间分布,并建立相应的数值试验模型,模拟了重现期分别为2、5、10、20、50、100 a共6种不同重现期短历时设计降雨下的降雨径流过程,基于模拟结果对不同不透水面空间分布情景下的降雨径流过程进行了分析。结果表明:在同一不透水率下,不同不透水面空间分布的径流系数差异相对较小,不透水面空间分布对径流特征的影响主要体现在径流峰值和峰现时间上;在同一降雨条件下,不透水率变化是径流过程变化的主导因素,径流系数与不透水率呈线性相关关系,随着不透水率的增加,径流过程线逐渐由“矮胖”变得“尖瘦”。

衡水湖水面蒸发量变化特征分析

中国常用观测水面蒸发仪器有E601型、20 m^(2)和20 cm口径蒸发皿等,实验资料显示,大水体水面蒸发皿观测数据与天然水体蒸发量相比误差较小,可忽略不计。利用衡水水文实验站20 m^(2)蒸发皿观测数据,同步计算出衡水湖水面蒸发量,分析其变化特征,得出衡水湖多年平均水面蒸发量为3 187万m^(3),极值差572.1万m^(3),极值比1.20,变差系数0.06。水面蒸发量是水量平衡计算的重要组成部分,利用大水体蒸发皿观测数据计算分析水面蒸发量,对水平衡计算及水资源规划等工作具有重要意义。

基于多目标优化的跨介质航行体水面滑跳初始运动参数设计

基于耦合欧拉-拉格朗日方法,开展了初始运动参数对带滑板跨介质航行体近水面滑跳过程的影响规律研究。采用参数回归方法分别建立最大浸深、最大过载和俯仰角变化3个变量随航行体初始速度、入水角、滑板倾角变化的关系式,得到了跨介质航行体稳定滑跳的参数包络,在入水角2°~5°、滑板倾角10°~25°、速度60~80 m/s范围之间,且在范围内各参数之间会相互制约。在此基础上,基于多目标优化算法获得了最适宜航行体稳定滑跳的初始参数为入水速度60.1 m/s、滑板倾角18.8°、入水角2°,在此参数范围内,跨介质航行体的水面滑跳过程可以在不超过航行体过载要求的条件下获得相对最小的入水浸深和俯仰角变化。

滇中“三湖”流域水面蒸发计算研究

为科学精准地计算滇中地区水面蒸发量,基于“三湖”径流区附近玉溪气象站2014-2021年逐月气象观测资料,用对比分析、相关分析等方法分析了FAO PPP-17Penman公式在该地区水面蒸发计算中的使用效果和误差来源。在此基础上,针对计算误差产生的原因和周期性变化规律,引入Morton经验公式等方法,将Penman公式中的水面反射率、太阳辐射参数作了随季节而变化的动态化改进。同时基于热量平衡原理,用误差反推法推导出了一个新的水面热通量估算模型,并在FAO PPP-17Penman公式中增加水面热通量项以修正水面热量收支平衡。结果表明:(1)FAO PPP-17 Penman公式计算的研究区水面蒸发量普遍偏大,平均相对误差为+15.2%,且误差具有冬季小而夏季大的季节性特征和类似正弦曲线的周期变化规律。计算误差主要源于公式中太阳短波辐射参数取值不当以及忽略了水面热通量的影响,导致热量收支不平衡。(2)对公式进行动态化参数改进并增加水面热通量后,计算精度明显提高,相对误差在±5%、±10%和±20%内的准确率比修正前分别提高了40.6%、42.7%和32.3%。异地使用效果也表明,改进后的FAO PPP-17 Penman公式在滇中“三湖”径流区内仍具有较高的拟合准确率,±10%误差范围内的拟合准确率在75%以上。(3)本研究推导出的水面热通量非线性估算模型,能够合理模拟水体储热量对季节变化和水面辐射强弱的非线性响应,在滇中“三湖”地区的蒸发计算中取得较满意的结果。

基于改进DQN算法的应召搜潜无人水面艇路径规划方法

针对应召反潜中无人水面艇航向和航速机动的情形,提出一种基于改进深度Q学习(Deep Q-learning,DQN)算法的无人艇路径规划方法。结合应召搜潜模型,引入改进的深度强化学习(Improved-DQN,I-DQN)算法,通过联合调整无人水面艇(Unmanned Surface Vessel,USV)的动作空间、动作选择策略和奖励等,获取一条最优路径。算法采用时变动态贪婪策略,根据环境和神经网络的学习效果自适应调整USV动作选择,提高全局搜索能力并避免陷入局部最优解;结合USV所处的障碍物环境和当前位置设置分段非线性奖惩函数,保证不避碰的同时提升算法收敛速度;增加贝塞尔算法对路径平滑处理。仿真结果表明,在相同环境下新方法规划效果优于DQN算法、A^(*)算法和人工势场算法,具有更好的稳定性、收敛性和安全性。

一种多段机翼水面起降地效无人机气动特性

为改善水面起降性能和气动性能,基于船身式机身、多段机翼和T尾融合设计思路,提出并设计了一种新型仿生式多段机翼地效无人机方案,采用N-S方程和K-Ω-SST湍流模型,详细研究了该型无人机在不同状态下的压力云图、压力系数及升阻特性。仿真结果表明,地效作用随离水高度的增加而减小,离水高度与平均几何弦长之比(高度弦长比H/c)接近1时,地效作用较为显著,无人机在离水高度0.2 m时,升力系数、升阻比分别提升21.91%和40.37%,阻力系数降低15.22%;对提出的多段机翼布局,地效飞行主要影响下表面压力系数和压力云图,下表面压力系数展向上由内向外正压增幅逐渐减小,弦向上前后缘附近压力系数较小,结合压力云图分析,地效对升力增幅的影响主要集中在中段和内段机翼下方区域;地效飞行可明显提高升力线斜率(H/c为1时提高了8.89%),迎角增加时升力系数增幅和阻力系数降幅均逐渐变大,升阻比增幅(H/c为1)在迎角2°后均达到26%以上;通过验证机的多轮水面起降和有、无地效飞行试验,证明设计方案具有优秀的气动性能和飞行性能,可为水质检测、水面地效运输、搜救侦察等提供应用平台。

2000-2020年滇中城市群不透水面时空动态演变及驱动力分析

[目的]揭示滇中城市群不透水面时空动态演变特征及驱动力机制,进而为制定滇中城市群规划和发展策略提供理论参考。[方法]利用2000—2020年滇中城市群GISD 30 m不透水面数据,运用不透水面动态度、标准差椭圆、象限分析法和地理探测器等空间分析方法揭示了不透水面时空变化规律及驱动力机制。[结果](1)时间演变:近20年滇中城市群不透水面整体扩展速率呈现下降—上升—下降的波动趋势,年均扩展速率为66.77 km^(2)/a,年均动态度达4.36%,不透水面的动态度呈现不断下降趋势。近20年来,滇中城市群不透水面面积扩大了1402.2 km^(2),增长率高达91.5%。(2)空间演变上:近20年滇中城市群不透水面扩展各个城市空间差异较大,其中昆明市不透水面扩展较多,楚雄彝族自治州扩展面积较少。各城市群总体上朝南部—东南部方向扩展,迁移重心基本稳定。(3)近20年来滇中城市群不透水面的扩展具有明显的方向性,总体向东北—西南方向扩展。其中2005年标准差椭圆面积最大,不透水面开始高速扩张,20年来不透水面重心变化较为稳定,整体一直保持向南迁移,总体变化相对较小。(4)从不透水面的驱动机制分析,人口因素对其扩展的影响显著,而LAI、坡度、降水、温度以及NDVI等因素对不透水面扩展的影响不显著。人口和其他因素之间的交互作用强度明显强于其他因素之间的交互作用。[结论]近20年以来滇中城市群不透水面不断扩展,对城市群的资源环境承载力和国土空间格局产生巨大影响,为此应加强不透水面空间优化布局,为实现滇中城市群高质量跨越式发展提供有力支撑。

基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台设计

船舶智能控制课程实践环节通常需要高投入且具有较高风险,虚拟仿真技术可以为学生提供了一个低成本、无风险的学习环境。该研究设计了一套基于VRX的无人水面船智能控制虚拟仿真实验平台,构建了无人水面船模型的基本结构并确定控制算法与无人船的通信方案;针对所使用的无人船建立其运动学模型和动力学模型,并根据实验结果对模型进行修正;设计了基于反步法的轨迹跟踪控制器,对算法的轨迹跟踪效果进行系统测试。通过三维虚拟场景展示了无人船跟踪航行过程,运行效果表明该虚拟仿真实验平台为学生提供了一个安全便捷的实践应用平台,有助于激发学生的学习兴趣。

基于STPA和FTPN的海上自主水面船舶航行实时风险评估

为实时监测海上自主水面船舶(MASS)航行过程风险,基于系统理论事故模型与过程(STAMP)建立MASS的安全控制结构,采用系统理论过程分析法(STPA)确定损失/事故和系统级危险,识别不安全控制行为并分析损失场景,构建系统状态转化过程模型;采用模糊时间Petri网(FTPN)建模,以设定的MASS航行场景得到相关模糊时间函数并推算FTPN的情态演进;引入新的风险水平表达式并通过系统实时损失/事故二维路径图来可视化系统的实时风险水平和系统不安全状态的转化路径。结果表明:设定的航行场景在当前时刻下,缺少安全水深输入、未更新避碰路径、航向航速不安全、搁浅是风险最高的系统不安全状态,并对应4条风险最高的转化路径;STPA驱动下的FTPN过程模型能全面评估MASS航行的实时风险水平,以系统实时损失/事故二维路径图作为可视化界面,用于监管MASS航行中不安全系统状态并描述其转化路径。

无人水面艇轻型鱼雷武器应用研究

轻型鱼雷武器应用于无人水面艇,可实现无人水面艇对潜艇目标的“发现即打击”。根据无人水面艇平台和轻型鱼雷武器的特点,提出无人水面艇轻型鱼雷武器的典型配置,总结轻型鱼雷武器在无人水面艇上的典型应用。从无人自主控制、安全性分析设计、长时间运行可靠性、模块化与快速部署、作战能力迭代升级等方面,讨论无人水面艇轻型鱼雷武器应用所面临的问题,并对部分问题针对性地提出解决途径,并开展试验验证。研究成果可用于指导反潜型无人水面艇以及反潜任务载荷设计、实现以及使用。

基于改进YOLOX的水库水面漂浮物目标检测算法

针对目前水库水面小目标漂浮物检测识别精度低的问题,提出基于改进YOLOX的水库水面漂浮物目标检测算法。此算法引入新型dark2模块融入主干网络并拓展主干网络的分支输出结构,提升主干网络对图片的特征提取能力。在此基础上,提出改进特征融合模块(ZL-FPN),用于增强特征图信息融合,提高对水库水面小目标漂浮物的检测精度。结果表明:改进后算法的mAP值比YOLOv4和原YOLOX算法分别提升了29.93%和12.11%,有效提升了水库水面漂浮物检测精度。研究成果可为提升水库智能化管理水平提供有效技术支撑。

淮安市不透水面时空演变及其对生态环境影响

为了探究中小城市不透水面演变对城市生态环境质量的影响,基于2000-2020年Landsat遥感影影像,采用不透水面指数(NDISI)和遥感生态评价指数(RSEI)监测与分析淮安市不透水面对生态环境的影响.结果表明,2000-2020年淮安市不透水面面积显著增加,以蔓延式、跨越式发展模式由城市中心逐渐向周边扩张,年均增长率为8.5%,2008-2012年期间增长最快.不透水面丰度空间上由城市中心向周边逐渐递减,年均值从2000年的0.261增加至2020年的0.330.研究期生态环境质量有所改善,生态环境质量等级中较差和一般的面积减少,而良好和优等级分别增加了1677.01 km^(2)和672.1 km^(2).NDISI丰度与城市生态环境质量负相关,研究期内不透水面与生态环境质量的联系越来越密切.

水面舰艇反潜手段防御无人艇攻击方法研究

俄乌冲突中乌军的无人艇自杀式攻击,暴露出水面舰艇防御无人艇能力不足的现状。从分析研究水面舰艇防御无人艇技战术特点和防御难点入手,探索性提出基于声纳探测和火箭深弹拦截的反潜应对方法,并针对声纳探测能力进行仿真分析证明其探测无人艇的可行性和适用性,同时基于声纳探测能力提出不同情况下的深弹射击方法,可为水面舰艇防御无人艇方法研究提供参考借鉴。

水面舰艇网络攻击威胁分析

现代水面舰艇大量使用信息技术,面临严重的网络攻击威胁,深入分析水面舰艇网络攻击威胁,对提高水面舰艇网络安全防护能力至关重要。水面舰艇网络攻击威胁主要来源于敌对势力和我方人员,可分为在线攻击和离线攻击两大类,主要包括边界突破攻击、中间接入攻击、恶意代码代码植入攻击、潜信道攻击等。针对实现各类网络攻击的难点,可采取加强舰艇信息保密、强化网络边界防护、及时封堵安全漏洞等防护措施。

透视美国海军水面作战军官的首次任职教育

美国海军军官的培训体系由任命前教育、职业军事教育、兵种专业教育、研究生教育四种类型构成,首次任职教育属于兵种专业教育类型。美军水面作战军官首次任职教育自实施以来经历了培训模式的多次改革调整,虽然具有一定的合理先进之处,但也暴露出美国海军对院校培训重视不够、过于迷信技术手段、低估在岗学习的困难等主要问题。美军的经验教训启示我们要准确定位首次任职教育的培训属性、合理设计首次任职教育的培训模式、科学规划军官的职业成长体系。

海上自主水面船舶适航性的认定

适航性是一个以确保船货安全为目标的海商法古老核心概念。其同时具有拓展性,可根据航运技术的发展和航运实践的需要,不断丰富内涵。英国最高法院最近重申了适航性判断应采用“谨慎承运人”标准,该标准在海上自主水面船舶时代同样适用。《海牙规则》和《海牙—维斯比规则》搭建的现有法律框架,可以适用于海上自主水面船舶适航性的认定而无需作太多调整。海上自主水面船舶足够配员和有效配员的问题,在类推适用现有规则时也需要制定新规则解决,而远程操控中心和远程操控员等新兴主体对于适航性认定的影响有待时机成熟时作进一步研究。

基于内外场一体化的水面舰艇作战模型检验评估方法

针对水面舰艇作战模型检验验证与评估难题,研究作战模型检验评估需求和内容体系,提出基于内外场一体化的检验评估流程和方法,大样本多维度评价作战模型,提高模型的规范性和质量效能。

1987—2022年新安江水库(千岛湖)水面面积时空变化及其与水位、蓄水量的响应关系

水面面积、水位、蓄水量是水库水资源管理的重要基础数据,遥感是湖库水体提取、水位和蓄水量估算的重要技术手段。由于不同水体提取方法的适用性差异、测高卫星数据的有限时间覆盖度和开源数据集的时空分辨率不足等原因,湖库水面面积、水位、蓄水量的长时序、高频率时空变化监测仍存在一定挑战。本研究以新安江水库为研究区,结合多源遥感、气象、水文和土地利用等数据,基于Google Earth Engine云平台,运用水体指数法,分析1987—2022年新安江水库水面面积时空变化特征,构建水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量响应关系,探究水面面积时空变化成因。结果表明:(1)Landsat 5、Landsat 8和哨兵2号数据的最佳水体提取指数分别为AWEIsh和GNDWI,F1-score分别为91.93%、91.03%和93.14%。相比于开放数据集GSWED(32.61%)、JRC GSW(76.17%)和ReaLSAT(69.76%),基于最优水体指数的水体提取结果具有最高的F1-score(91.26%);(2)时间上,1987—2022年新安江水库水面面积呈显著上升趋势(R^(2)=0.20,P=0.01),总体增长速率为0.96 km^(2)/a;空间上,永久性水体(淹没频率大于75%)面积占比为73.44%,主要分布在湖心等水体开阔区域;季节性水体(淹没频率>25%且≤75%)面积占比为10.17%,主要分布在湖汊区域;(3)三次多项式函数可以较好地模拟新安江水库水位—水面面积、水位—蓄水量和水面面积—蓄水量的响应关系;(4)千岛湖流域上游降水和人类活动导致的土地利用变化是影响新安江水库水面面积动态变化的主要因素。

长江与洞庭湖汇流段水面比降的特征变化分析

基于线性倾向回归趋势分析方法,对长江干流段1996—2017年间监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段日平均水面比降进行趋势分析,结果表明:①汛期(5—10月)监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段的水面比降呈上升趋势;消落期(5—6月)监利~莲花塘河段水面比降呈微弱下降趋势,莲花塘~螺山河段水面比降呈微弱上升趋势,主汛期(7—8月)和汛末期(9—10月)监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段水面比降呈显著上升趋势;②三峡工程蓄水运行后,长江干流监利~莲花塘、莲花塘~螺山河段水面比降均有所增加,幅度分别为6.08%和10.67%。

无人水面艇路径规划与控制实验平台研究

针对无人艇路径规划与避障控制等功能在真实环境下系统验证和评估不足的问题,提出一种具备多种传感器和控制系统的无人滑行艇实验平台。文中所开发的实验平台集成激光雷达、深度相机、全球定位系统(global positioning system,GPS)、超宽带(ultra wide band,UWB)定位系统、陀螺仪等多种传感器,并采用基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)和Free_RTOS操作系统的主控制器和底层控制器。该实验平台不仅包括滑行艇本身、感知系统、底层控制器和远程监控系统等,还包括上层定位算法、路径规划算法和执行器控制算法。文中以1艘装载了多种传感器的无人滑行艇为实验对象,搭建了包括建图、定位与远程监控的综合实验平台,并且进行了滑行艇导航实验,验证了路径规划和避障控制算法的有效性,可为无人艇的技术发展和应用提供一定的参考。