人工智能技术在电子信息工程自动化设计中的应用研究

本文结合人工智能技术与电子信息工程之间的关联性,系统阐释人工智能技术在电子信息工程自动化设计领域的具体应用,以期为促进电子信息产业的智能化发展建言献策。

高效化、智能化、人性化智慧教学环境管理机制探究——以四川大学为例

近年来,随着我国对智慧教学环境不断地深入研究和建设,各高校教学软硬件设备日益复杂,师生服务需求逐渐精细化,对管理人员的要求不断提高,运行管理工作从简单的流程化处理变得更复杂且更具挑战性,智慧教学环境中日渐繁杂的技术及服务问题与传统的运行管理机制之间的矛盾越来越明显。在对“十四五”期间的教育信息化规划进行深入思考后,结合四川大学智慧教学环境运维经验,对智慧教学环境管理模式和运行机制进行探究,以期形成一套能够强有力支撑智慧教学环境高效运行、师生满意度高、可推广性强的运行管理新机制。

梳状高度计编队探测海洋涡旋仿真分析

单颗星下点高度计卫星可进行一维海面高度测量,但时空分辨率较低,对涡旋的探测能力不足。梳状高度计卫星编队可提升海面高度时空分辨率,增强对涡旋的识别探测能力。为定量分析高度计编队下的涡旋探测能力,本文在黑潮延伸体海域开展观测仿真实验,对海平面高度进行沿轨采样,经优化插值算法处理后得到逐天海面高度异常数据场并进行涡旋识别与统计分析。此外,本文还同步开展了单颗星下点高度计和成像高度计卫星涡旋探测仿真实验及对比分析。结果表明,梳状高度计卫星编队在涡旋数量、极性、半径及振幅等方面识别效果较好,与成像高度计探测结果相近。

蓝绿光双波长船载海洋激光雷达系统设计与海上测试

海洋水体的光学特性参数是海洋研究关注的重点之一,大部分光学特性具有随深度变化的特征,而海洋激光雷达是有效探测水体剖面信息的技术手段之一。基于水体光学特性参数剖面探测的需求,研制了蓝绿光双波长船载海洋激光雷达系统,光源采用在水体中衰减系数较小的蓝绿波长以获取更大的探测深度。该系统具备双波长和偏振探测通道,用于同步获取水体后向散射回波信号和偏振信号,可实现近岸和大洋水体的连续探测。文中首先介绍了激光雷达系统的设计方案,包括发射、接收、采集及控制子系统以及辅助设施,随后对数据预处理方法进行了阐述,包括质量控制、峰值位置对齐、去除背景噪声及退卷积等。系统于近海进行探测实验,验证了激光雷达系统的可靠性。结果显示:在清洁大洋水域,486 nm的激光雷达衰减系数小于532 nm,意味着在开阔水域486 nm具有更好的探测性能。

基于客观λ_(2)方法的海洋三维涡旋核心线提取

涡旋核心线是海洋中尺度涡旋结构的重要组成要素,涡旋核心线提取和可视化对于切入中尺度涡三维结构研究、开展海洋垂直物质能量运输分析具有重要意义。本文基于客观参考框架和λ_(2)准则,提出了使用客观化的流场参数得到λ_(2)区域,并提取其山谷线作为涡旋核心线的方法,实现了对海洋三维结构中尺度涡旋核心线的提取和可视化。首先,引入了最优局部参考系,使得速度、速度梯度等测度成为在变化的参考系下保持不变的客观量,提升了在海洋科学实践中的可靠性和实用性;其次,针对含有垂向速度的海洋三维流场数据,计算其空间雅可比矩阵,展示了涡旋核心区域的三维结构,实现了海洋涡旋研究从二维到三维的提升;最后,分别在多个半径大小播撒流线种子点,分析不同旋转方向的涡旋,对已提取的涡旋核心线实验结果进行验证,证明了客观λ_(2)海洋三维涡旋核心线提取方法的有效性及可行性。

社交媒体时代海洋环境风险传播中的科学知识沟探析

社交媒体时代,媒介环境的重构为科学知识沟理论带来诸多不确定性。本研究纳入媒介转型因素,结合个体化变量对海洋环境风险传播中的科学知识沟进行实证研究。研究发现:社交媒体的使用扩大了不同受教育程度群体间的科学知识沟;具有不同社会经济地位的群体获取科学知识的自我效能感知存在结构性悖论;个体获取科学知识的感知和评估受到社交媒体的影响。

基于跨域信息同步的多基地主动定位方法

信息同步问题是多基地主动声呐系统应用的难点之一。现有研究和应用中通常假设接收站已知发射站脉冲发射时刻、声源空间位置信息以及发射波形参数,能够据此计算回波声程并对目标进行定位,同时获得回波信号时间处理增益,但这些条件在实际中并不一定能满足。文中讨论了不同应用场景中信息同步面临的障碍和可能采取的方案;然后针对收发站之间存在外部通信链路,但链路不可靠或时延不确定的情况,提出了一种利用跨域信息同步实现多基地主动定位的方法;该方法利用直达波先于目标回波到达接收站这一基本物理规律,接收站先通过外部链路获得发射站位置和波形参数信息,并利用直达波到达时刻和站间距离估计发射时刻,具有较高的工程可行性;最后,对影响时间和位置同步精度的因素以及由时空信息误差所引起的目标定位误差进行讨论和仿真分析。

柔性海洋CTD传感器发展概述

海洋水文信息对发展和海洋资源探测具有重大作用,温盐深是海洋水文的基本要素。在海洋资源开发与利用中,海洋温盐深数据信息监测具有重要意义。CTD传感器是海水温盐剖面观测的主要仪器,利用CTD传感器可实现对不同深度海水的温度和电导率等参数的测量。近年来,凭借其出色的可拉伸、易贴附等优点,柔性电子传感器既在一定程度上实现了传统刚性传感器的传感性能,又弥补了传统传感器体积、重量大等缺陷,展示出巨大的应用潜力。本文综述了近年来柔性海洋CTD传感器的研究进展,主要包括柔性传感器的工作机理与分类、常用材料、制作工艺,并对现有的柔性海洋CTD传感器的结构、性能和应用平台进行了分析。最后,展望了柔性海洋CTD传感器的发展。

虚拟海洋环境仿真关键技术与应用研究

本文利用虚拟现实和可视化技术,对虚拟海洋环境仿真中海浪仿真、海风仿真与风海流仿真等关键技术进行研究,并基于研究成果开发了交互式虚拟海洋仿真系统。结合中国海洋大学丰富的海洋实践教学经验,对东方红2号海洋调查船进行三维建模,并运用体素化分析方法模拟其在海面的运动情况,构建了虚拟海洋环境观测载体。系统根据涉海专业出海实践内容设计观测实验,还原了海风观测实验和CTD观测实验,能有效缓解当前涉海高校实践教学资源的不足,提高海洋人才的培养质量。

波浪滑翔器海洋观测数据质量控制研究

观测数据的准确性和可信度是波浪滑翔器数据质量控制的核心,有效的数据质量控制方法是波浪滑翔器观测数据推广应用必不可少的技术手段。为提升波浪滑翔器观测数据质量,文中以气温和气压数据为例,提出一种新型海洋观测数据质量控制方法,该方法包括数据检验和数据修正环节:数据检验通过范围检验和尖峰检验对波浪滑翔器观测数据进行异常值剔除;数据修正采用反向传播(BP)神经网络算法对检验后的观测数据进行数据修正,提升观测数据整体准确性。利用“黑珍珠”波浪滑翔器集成的AIRMAR-BP200和GILL-GMX600气象传感器进行比对试验并获取大量数据样本,将该样本数据用于BP神经网络模型训练。同时,为验证所提出的数据质量控制方法的有效性,对“黑珍珠”波浪滑翔器海上试验获取的观测数据进行数据质量控制和分析,结果表明文中提出的数据质量控制方法可有效提高观测数据的准确性。

海洋激光雷达测量水体剖面偏振信号的仿真模拟

基于蒙特卡洛模拟方法,建立了一个水中激光偏振辐射传输模型,用于模拟分析船载偏振激光雷达水体垂直剖面的偏振探测回波,分析了不同光学参数的水体和激光雷达测量模式下的偏振测量误差。使用高斯分布设置了三种深度分布在10~30 m的低、中、高浓度散射层,其叶绿素a峰值浓度分别为0.1 mg/m^(3)、1 mg/m^(3)和10 mg/m^(3)。模拟了激光发射波长为532 nm,接收视场角为10~1000 mrad的船载海洋激光雷达的偏振回波信号,并分析了影响偏振测量误差的主要因素。研究结果表明,由于激光在水中的多次散射过程,随着探测深度、叶绿素a浓度和接收视场角的增大,激光雷达接收光信号的单次散射率不断降低,导致激光雷达直接测量的退偏振比的误差随之增大。以100 mrad接收视场角为例,中浓度散射层情况下,在散射层上(0~10 m)、散射层中(10~30 m)和散射层下(30~40 m)的退偏振比相对误差分别为16%、125%、281%;在散射层中,低、中、高三种浓度散射层的退偏振比相对误差分别为54%、125%、731%。视场角从10 mrad增大到1000 mrad时,退偏振比相对误差逐渐增大,在中浓度散射层情况下,其在散射层上、散射层中和散射层下的变化范围分别为6%~28%、17%~452%和10%~734%。文中结果表明,偏振海洋激光雷达探测水体退偏振比时,由于多次散射过程的影响,传统的退偏振比算法会引入较大误差,有必要在反演算法中对其进行校正,以提高激光雷达的探测精度。

典型海洋生物夜光藻的发光特性测试

针对水下目标探测和追踪的需求,以典型发光生物夜光藻为研究对象,利用自主研制的库埃特实验装置为夜光藻提供不同的流场刺激,采用电子倍增电荷耦合器件相机在库埃特样品室固定位置处实时观测并捕获图像,定性研究了夜光藻在不同流场刺激下的发光特性。研究发现:发光峰值强度随着转速的增加而增强,发光强度随着夜光藻自身能量消耗消耗发光强度,逐渐减弱趋于相同;通过富含浓度为30×10^(4) cell/m^(3)夜光藻的开放式水槽模拟海洋环境,采用带螺旋桨的水下模型在水槽中做逆时针圆周运动,基于单尺度Retinex算法对EMCCD获得的图像数据进行处理分析,在保持光尾流特征最大化的同时抑制水面背景的影响,图像增强后的图像可清晰观测到目标运动尾迹呈逆时针旋转,初步证明了利用海洋生物受激发光可实现水下目标运动轨迹可视化。生物受激发光可作为一种探测海洋运动目标的技术和方法。

基于深度学习的视觉文档信息抽取研究综述

视觉文档赋予文本丰富的多模态特征,如视觉特征、文本特征和布局特征等。视觉文档信息抽取旨在利用视觉文档的多模态特征更好地从文档内容中提取结构化的关键信息,已逐渐成为自然语言处理和计算机视觉技术的重要交叉领域,在商业、医疗、教育等行业应用广泛。随着深度学习技术的发展与突破,近期视觉文档信息抽取发展迅速,研究方法大致可分为两类,一类是基于有监督学习的方法,包括基于图的方法、基于网格的方法、端到端方法;另一类是基于自监督预训练和有监督微调的方法,逐渐成为主流的研究方向。该文概述了基于有监督学习的三类方法,基于自监督预训练和有监督微调方法的四个方面以及一些常用的公开数据集,最后总结并展望了未来可能的研究方向。

基于海洋仪器的双模式文件系统设计与实现

海洋仪器通常采用TF卡进行数据存储,并采用异步收发传输(UART)方式从仪器内部读取。但该方式读取速率较慢,可靠性低,若拆开仪器取出TF卡读取,则容易因反复拆装仪器导致其密封性降低,存在进水风险。针对海洋仪器对数据传输速率、可靠性及自身密封性的要求,通过专用传输硬件电路及软件控制,设计了一套串行外设接口(SPI)模式存储数据和安全数字(SD)模式读取数据的双模式文件系统,实现了海洋仪器无需取出TF卡即可快速可靠读取数据。实验表明,该系统的数据传输速度比在UART方式下传输速度高2个数量级,可达20 MB/s。

用于海洋拖曳系统的吸光度传感器设计与研制

为实现海水吸光度大范围长时间的测量,设计了适用于海洋拖曳观测系统的原位吸光度传感器。传感器可实现多波段吸光度同步探测,选取LED和光电二极管分别作为光源和探测器,通过多通道并排排列的光机结构布局方式及高集成电路优化等实现传感器的小型化及低功耗设计;使用窄带光学滤光片及数字锁相处理算法实现明场环境下的海水吸光度原位探测。实验证明该吸光度传感器具有高精度、小体积、抗环境干扰能力强、功耗低、稳定等优点,传感器精度优于0.0001 AU。该吸光度传感器可通过设计不同路径长度的吸收池来适应复杂的水域环境,也可在近岸海域搭载船只通过走航式实现连续探测,具有广泛的应用前景。

基于蒙特卡罗效率刻度方法的海洋原位放射性监测技术研究

目前海洋的放射性监测受到越来越多的关注,针对海洋原位放射性监测技术中的探测器效率刻度难题,本文采用蒙特卡罗方法对NaI(Tl)探测器进行了模拟研究,建立了NaI(Tl)探测器的仿真模型,模拟了不同能量下的探测曲线,完成了对探测器的效率刻度并拟合了效率刻度曲线。在此基础上,本文给出了NaI(Tl)探测器的设计原理、构成及封装方法,并在青岛海域对研制的探测器进行了海上试验。海上试验显示,蒙特卡罗方法模拟的数据与海上试验数据有很好的一致性。研究结果表明,使用本研究的方法可有效解决放射性测量仪器的效率刻度难题,方便测量仪器的现场快速布放。

南海神狐海域天然气水合物微观赋存特征的超分辨率CT图像识别

南海神狐海域是我国天然气水合物资源勘探开发的主要目标区之一,2017和2020年先后两次现场试验性开采证实了水合物资源的利用前景。目前,对该地区含水合物储层的精细评价还有待进一步提升,水合物在沉积物孔隙空间中的微观赋存形态是其中的重要影响因素。针对水合物微观赋存形态CT图像表征存在的分辨率不足的问题,建立了一种基于自监督学习的数字图像超分辨率重建算法,实现了CT扫描图像空间分辨率的2倍和4倍提升。在此基础上,对南海神狐海域含水合物沉积物孔隙结构演化规律和水合物微观赋存特征进行了形态表征。由于南海沉积物中存在大量有孔虫壳体,水合物主要占据有孔虫壳体内部空间并堵塞了空隙间的连通喉道,显著降低了沉积物的气、水渗透能力;然而,水合物未能全部占据整个孔隙空间,仍然会有少量的气体和水残留,气体则主要分布于水合物颗粒内部,而水则主要分布在水合物颗粒表面,上述实验结果对地震、测井等现场勘探数据解释具有一定的指导意义。

激光雷达创新与应用专题导读

近年来,激光雷达技术发展迅猛,在科研与产业领域发挥出越来越重要的作用,赋予遥感、成像、环境感知等领域新的生命力。《光电工程》组织了“激光雷达创新与应用”专题,围绕单光子激光雷达、合成孔径激光雷达、调频连续波激光雷达、环境要素激光雷达、成像激光雷达,以及应用于激光雷达的新型精密测量技术等几个方面,介绍了近期的主要研究进展,为相关领域学者和专家提供技术研究的参考及合作交流的平台,积极推动我国激光雷达技术的研究进程。

全球中尺度涡旋分裂合并现象的特征统计研究

中尺度涡旋分裂与合并过程等涡旋之间相互作用的研究是海洋学研究的热点。本文以Eddy Graph方法为基础,基于海表面高度异常数据,利用高效率并行计算方法,构建全球中尺度涡旋分裂与合并追踪数据集(Global Eddy Graphs, DOI:10.12237/casearth.63369940819aec34df2674d8)。基于此数据集,本文开展了对全球涡旋分裂合并统计特征的研究。研究表明,在涡旋的生命周期中,分裂与合并现象普遍存在。将分裂与合并纳入涡旋追踪过程,能够将几条简单线性的涡旋轨迹连接在一起,找出涡旋真正的起止点与生命周期,具体表现为起点聚集在大洋海盆东岸,终点聚集在大洋海盆西岸;长寿命涡旋占比与平均寿命均有提高。此外,本文还对涡旋分裂合并典型事件进行筛选与统计,对分裂合并过程中涡旋内部的海表面温度和海表面盐度进行归一化与复合平均,探究了涡旋分裂与合并现象对海表面温度与海表面盐度的影响。

用于定标海表测温辐射计的镓黑体辐射源

设计了镓黑体对海表测温辐射计进行定标。首先,介绍了该黑体的结构与工作原理,对黑体发射率进行仿真,并开展发射率的测量实验,讨论其不确定度的来源。然后,开展了电加热和水浴加热下镓的相变复现实验,讨论电加热功率对镓相变复现的影响。最后,通过红外海面温度自主辐射计实验对该黑体进行验证。结果表明:该黑体基于蒙特卡罗软件仿真的发射率优于0.9988,实验测得的黑体辐射源发射率结果与仿真结果较为吻合,测量重复性(标准偏差)达0.1%;相变温度坪台的复现性均优于±0.03 K;相变温坪附近时,红外海面温度自主辐射计和FLUKE 1524测温仪测得的黑体腔附近温度的数据差值均在±0.15 K以内。设计的镓黑体可以应用到海表测温辐射计进行校准,为发展自主知识产权的海表测温设备提供校准源。