科教融合背景下高校“2+2”工科人才培养课程体系建设研究——以齐鲁工业大学海洋技术专业为例

教育部启动一流本科专业建设“双万计划”,面向各类高校,在不同类型的普通本科高校建设一流本科专业,鼓励分类发展、特色发展,这标志着中国高等教育逐渐转向以质量提升为重心的内涵式发展方式。课程建设是提高整体教学水平和人才培养质量的重要举措。科教融合是目前科教体系改革发展的大趋势,也是我国大力倡导的高等教育改革方向,科教融合背景下的学科建设和课程建设是科学研究与人才教育培养的主要纽带和着力点,这对科研院所和科教人员提出了更高的要求。文章以齐鲁工业大学海洋技术专业为例,探讨科教融合背景下“2+2”工科人才培养的课程体系建设实践,为科教融合背景下的课程体系建设提供参考。

基于文献计量分析的海洋观探测仪器技术发展态势研究

海洋观探测技术是海洋科学和技术的重要组成部分,对预警海洋灾害、开发海洋资源和空间、保护海洋环境、维护海洋权益、加强国防建设非常重要,海洋观探测仪器的研发是海洋观探测技术发展的重要基础和支撑。本文以Web of Science为数据统计源,基于战略咨询智能支持系统(ISS)平台和CiteSpace工具,通过文献计量和可视化分析,从发文量、涉及学科、作者、机构、关键词等方面对1998—2022年海洋观探测仪器技术论文进行了统计分析,总结了当前海洋观探测仪器技术领域的研究态势和研究热点,得出以下结论:(1)近10余年海洋观探测仪器技术研究呈快速增长趋势。虽然中国在该领域起步较晚,但发展迅速,2018年后发文量稳居世界第一,top 10高被引论文作者有3位是中国学者,中国研究学者在该领域具有较高影响力。但是发文量top 10机构多为美国研究机构,top 10高产作者中尚无中国学者,中国在该领域科研机构和研究人员的影响力和竞争力方面还需继续提高。(2)从词云聚类分析结果看,该领域全球研究热点集中在无人机、地磁仪、微波辐射计、海表温度和水色研究上。需要注意的是,ocean sensor关联词多为聚类分析关键词,表明海洋传感器是该领域的研究重点。从研究重点演变上看,中国在该领域研究虽然起步晚,但研究跟踪能力强,主题演变转移较快,有一定的热点引领作用。

《声学基础》课程思政探索与实践——以齐鲁工业大学海洋技术专业为例

为了加强课程思政的建设,文章以海洋技术专业核心课程《声学基础》为例,进行课程思政教学的研究,从课程教学目标出发,围绕立德树人的根本宗旨,以学生为中心,着重探讨如何帮助学生全面提升知识、能力和素质,尤其是通过课程思政教育,提高学生的海洋意识精神。根据《声学基础》的课程章节和教学内容,文章建立了课程思政资源库,主要包括杰出人物事迹资源库和国家工程资源库。以科学家精神和中国古代航海家精神为引领,培养具备坚定的文化自信、严谨的职业素养和精益求精的工匠精神的高素质人才。文章所提出的《声学基础》课程思政内容可以为其他课程思政教学提供参考和借鉴,推动课程思政教学的进一步发展。

海流探测仪器与技术研究现状及展望

精准、实时的海流数据是海洋资源开发与利用、海洋科学研究等方面的重要输入参数之一。海流探测仪器按照测量原理主要分为机械式、电磁式、声学多普勒式和声学时差式4类传统海流计,以及当前结合了光纤传感等技术的新型海流计。在本文中,作者从探测原理、优缺点、应用领域、发展现状等方面对传统海流计与光纤类海流计进行了梳理与总结,展望了未来海流探测仪器的发展趋势,并提出了一种基于连续时差法的光致超声测流方法。旨在对海流计的开发与研究提供借鉴与参考,在增进海洋探测技术的发展、加快实施海洋强国战略中具有一定的意义。

基于GIS和多准则决策的山东省潮流能区划研究

本文基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)和多准则决策(Multi-criteria Decision Making,MCDM)方法提出潮流能区划方法框架,该框架包括可开发区域研究、开发适宜性评价两个阶段,排除指标、评价指标两大指标集。同时,为降低主观偏差,将集体决策理论引入层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP),提出基于GIS的群层次分析法(Group Analytic Hierarchy Process,GAHP)。通过计算得出山东省潮流能可开发区域及最适宜开发区域,为山东省潮流能电站选址提供科学依据。

我国海洋监测仪器装备发展分析及展望

海洋监测仪器装备是关心海洋、认识海洋、经略海洋的基础保障和重要前提,虽然我国海洋监测仪器装备技术水平与业务化应用近年来进步显著,但相比海洋发达国家仍在“卡脖子”技术、关键设备研制方面存在一定差距。本文从全球海洋立体观测网、国家近海业务化观测系统、海洋环境监测探测技术与核心装备3个层面着手,辨识并剖析了我国海洋监测仪器装备的发展需求,梳理了我国海洋监测仪器装备发展现状;对标国际先进水平,阐述了我国海洋监测仪器装备在政策及机制体制、原始创新与基础科研、共性关键技术、技术标准及测试、国产化与产业化等方面存在的问题,进一步展望了相关领域的重点发展方向。提出了构建海洋监测仪器创新体系、壮大海洋监测仪器产业、建设海洋公共试验基础设施等建议,可为我国业务化海洋立体监测体系发展研究提供参考。

海洋水下近距离无线通信技术研究进展

海洋水下近距离无线通信是建设海洋观测系统的关键技术,在海洋环境调查、海洋观测、海洋资源开发工程等诸多方面都有着重要的应用。近年来,基于电磁或光信号的近距离水下无线通信技术及设备因有着低成本、低功耗、稳定可靠、操作灵活方便等优点,受到了极大的关注和发展。从水下电磁波通信及水下光通信两个方面系统地论述了水下近距离无线通信技术应用的研究进展,总结了两种水下通信技术的优缺点。最后,结合当前水下近距离无线通信技术所面临的问题与挑战,对未来的发展方向进行了分析与展望。

基于激光数据的北极海水二氧化碳分压研究

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数据的前向神经网络模型(FNN-LID),重构了北冰洋海水二氧化碳分压(pCO_(2))昼/夜长时序数据集。在此基础上,对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO_(2)数据进行了验证与分析。结果显示,基于该算法的反演产品,具有较高的数据质量,不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性,且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区,受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO_(2)的空间格局表现出经向的差异,且pCO_(2)的季节变化十分剧烈,甚至超过80μatm。近20年来,北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇,而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区,海面pCO_(2)的增长率非常显著。

飞秒激光直写光纤光栅进展及光谱优化方法研究

光纤光栅传统的制备方法为紫外曝光法和CO_(2)激光法。紫外曝光法具有操作简单,容易对准等优势,但通常需要对光纤进行载氢增敏处理且高温下折射率调制容易被擦除,难以在极端环境下实现应用价值。CO_(2)激光法通常用于长周期光纤光栅的制备,测量灵敏度容易受到高温的影响。针对传统光纤光栅制备方法存在的问题,飞秒激光刻写技术随之出现,大致被分为飞秒激光直写法、飞秒激光全息干涉法和飞秒激光相位掩模法。其中,飞秒激光直写法具备刻写效率高、脉冲能量要求低等特点,还能根据传感需求调制中心波长、光栅间距、光栅长度等。此外,飞秒激光直写法的实验装置简单,不需要相位掩膜板控制光栅周期。飞秒激光直写的光纤光栅具有折射率调制灵活、高温性能好、机械强度高等优点,已在传感器、激光器等多种光学器件中广泛应用。文章简要介绍飞秒激光直写光纤光栅的工作原理及典型写制方法,总结了飞秒激光逐点、逐线、逐面三种直写方法的国内外研究进展;从制备效率、光谱质量等方面对比分析了三种直写方法的优缺点;详细分析和讨论了光谱优化方法,包括激光脉冲能量、光栅长度、光纤类型、光束整形和光栅切趾,为获得高反射峰、窄3 dB带宽、低插入损耗的高质量光纤光栅奠定基础。最后展望了飞秒激光直写光纤光栅的发展趋势和应用前景。

电化学检测水体重金属离子分析方法研究进展

重金属离子是水体污染的主要来源之一,其难降解、易富集等特性可导致生物体的慢性甚至急性中毒,对水环境的生态平衡和人类健康构成严重威胁。随着对水体重金属离子检测需求的不断增加,电化学检测方法因其速度快、灵敏度高、操作方便、成本低的特点受到更多的青睐。然而,在实际检测过程中,由于环境和检测方法本身的干扰,致使检测结果的准确性不够理想,因此需要通过算法及恰当的解析方法对检测数据进行校正和分析。本文从背景电流的处理、分类识别技术和回归预测模型三个方面介绍检测数据分析和处理的方法,并对该领域的发展进行了展望。

基于IGCF算法和CSF-PPSO-ESN算法的工业机器人末端执行器位姿重复性检测

工业机器人在智能制造领域具有举足轻重的地位,其末端执行器位姿的重复性是衡量机器人完成精密作业能力的重要指标。本文针对机器人末端执行器的位姿重复性在线检测,提出了基于方向余弦的位姿重复性测量的理论模型。设计了一种基于改进的高斯曲线拟合(IGCF)算法和三次样条拟合-多目标粒子群-回声状态网络(CSF-PPSO-ESN)算法的位姿偏差检测方法。通过获取十字激光图像偏角和中心点位置,实现了机器人末端执行器位姿偏差的测量。实验表明,测量系统的位移测量精度为±1.5μm,角度测量精度为±2 arc-sec。本文所述的位姿重复性检测方法,为工业机器人末端执行器位姿稳定性的在线实时监测提供了参考。

基于一种新的特征选择算法的高光谱图像土壤碳含量预测研究

实时、快速监测土壤碳含量,对促进生态系统碳平衡、保障作物健康生长、土地可持续利用等具有重要意义。高光谱图像是预测土壤碳含量的一种很有前景的替代方法。针对高光谱图像中存在的一些噪声和干扰信息,提出了一种新的特征选择算法——扩展连续投影算法(ESPA)。与全光谱、连续投影算法(SPA)、无信息变量消除(UVE)、遗传算法(GA)和人工选择特征光谱的方法相比,ESPA选择谱区对预测进行了改进。结果表明,利用ESPA选择的特征光谱对土壤总碳(TC)含量的预测是有明显效果,为利用高光谱图像预测土壤碳含量提供了一种替代方案。

高精度海洋观测浮标运动测量系统设计与试验

海洋浮标受海洋动力环境影响产生运动,会对平台及仪器的可靠性产生影响,甚至会导致测量误差,影响海洋观测浮标工作安全性和数据质量,因而浮标运动姿态的精确测量研究具有重要价值和意义。本文通过搭建微型惯性测量单元(MIMU)与全球导航卫星系统(GNSS)结合的硬件系统,获取浮标运动姿态相关数据,并采用载波相位平滑滤波模型进行数据预处理,融合最小二乘降相关算法(LAMBDA)解算浮标姿态数据,获取高精度动态浮标姿态。经过摇摆台模拟比对实验,系统姿态角均方根误差小于0.5°,水平速度均方根误差小于0.05 m/s。通过实际海试实验,尤其是台风过境期间系统的测试结果,证明该系统工作稳定可靠,无数据发散现象,整体有效数据达到了95%以上。

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。

海上盘式收油机凸缘圆盘表面油膜特性研究

为研究一种海上盘式收油机的凸缘圆盘表面成膜特性,采用数值仿真的方法,分析了凸缘圆盘与标准实心圆盘在相同条件下同位置处的膜厚对比情况;凸缘内外壁附近的油膜厚度分布情况。计算结果表明:凸缘结构有利于圆盘膜厚的增大,在凸缘位置处的膜厚增大效果最显著;凸缘内外壁附近发生了油膜堆积现象,在油膜拖出区域,外壁附近膜厚较内壁附近下降速度慢,在油膜拖入区域,内壁附近膜厚相对稳定,但外壁附近不能形成较为稳定的膜厚。

开窗凸缘圆盘表面油膜流动特性研究

为获得开窗结构对凸缘圆盘表面油膜流动特性的影响规律,采用VOF模拟方法,从速度、膜厚和表面更新频率三个方面对实心凸缘圆盘和开窗凸缘圆盘的表面油膜流动现象进行研究。结果表明:开窗结构有利于促进圆盘表面油膜的流动;开窗圆盘油膜的最大径向速度约是同位置处实心圆盘的2.6倍;开窗圆盘开窗区的周向膜厚均值比同位置处的实心圆盘减小了约35%,且开窗结构也对降低凸缘处堆积的油膜厚度发挥了积极作用;两种圆盘油膜表面更新频率均在加速区取得最大值,开窗圆盘油膜更新频率的最大值约是实心圆盘的1.3倍,表面液膜平均更新频率相较于实心圆盘提高了约40%,自由膜与附壁膜的结合有利于提升圆盘对高黏性油品的回收性能。

水下推进器电流转速信号的模糊聚类故障检测方法研究

为解决水下推进器在异物缠绕情形下故障诊断方法仅使用单一信号而无法综合利用多传感器相关性信息等问题,提出一种基于电流、转速信号相关分析与模糊C均值聚类相结合的水下推进器故障诊断方法.首先对采集到的水下推进器在不同状态下的电流、转速信号进行归一化操作;其次计算归一化后的电流、转速信号的相关度并组成相关度矩阵;最后以相关度矩阵作为特征使用数据聚类方法进行诊断.为验证该方法的有效性,使用推进器缠绕情形下故障数据对所提方法进行了验证.结果表明,相比仅使用单一信号的故障诊断方法,该方法能充分提取水下推进器多传感器相关度信息,特征提取更充分,有效提高了水下推进器故障诊断正确率.

教学与实践项目一体化的实验类课程教学创新设计——以“海洋遥感基础实验”课程为例

“海洋遥感基础实验”是一门多学科交叉融合的实验课程,是海洋技术类专业重要的专业方向课。“海洋遥感基础实验”课程创新应以思政为切入点,以学生为课程核心,以科、教、产相融合为导向,以满足多重需求为目标。本文项目组旨在“海洋遥感基础实验”课程的实施过程中将“教学与项目一体化”方法引入整体实验教学思路设计当中,基于微格教学法对“海洋遥感基础实验”课程的建设方案改革进行初步实践与探索。经过授课过程分析与成果检验,取得了较好的实验效果,有推广至其他实验类课程的潜力。

DSP口袋实验箱设计

数字信号处理(DSP)是当前电子信息类专业学生必修的一门重要课程,其实验是理解和巩固理论的重要途经。但是当前的实验大都使用体积大且移动不便的实验箱,限制学生必须在实验室做实验,便携性和易用性不高。针对这一需求,研究设计了一款便携的“DSP口袋实验箱”。该实验箱集成两路模拟信号发生器及混频单元、高速高精度ADC采样单元以及TMS320VC5509A处理器、仿真器等模块。软件部分具备DSP课程的相关算法实验。设计的实验箱体积小、操作简便,便于学生在宿舍里开展实验。该设计对本科DSP实验教学便利化和激发学生深入研究学习具有较高的意义。

基于双峰谐振长周期光纤光栅的海水盐度传感器

为研制高灵敏海水盐度传感器,本文基于CO_(2)激光技术成功制备出一种工作在色散转折点(DTP)附近的长周期光纤光栅(LPFG)。首先,利用CO_(2)激光器在80μm细单模光纤上制备出工作在DTP附近的LPFG,证明了采用CO_(2)激光微加工技术制备较短周期LPFG的可能性。其次,通过调控CO_(2)激光器的制备周期,使高阶包层模式LP_(1,9)工作在DTP附近,从而显著提高了LPFG的折射率灵敏度。在双峰谐振增敏效应的作用下,当海水盐度从5.001‰变化到39.996‰时,光栅周期为115.4μm的双峰谐振LPFG平均灵敏度高达0.279 nm/‰。研究结果表明,本文制备的LPFG海水盐度传感器具有谐振损耗大和灵敏度高的优点,其在海水盐度监测领域具有较好的应用前景。