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MPC-based Motion Planning and Control Enables Smarter and Safer Autonomous Marine Vehicles:Perspectives and a Tutorial Survey 被引量:4
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作者 Henglai Wei Yang Shi 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2023年第1期8-24,共17页
Autonomous marine vehicles(AMVs)have received considerable attention in the past few decades,mainly because they play essential roles in broad marine applications such as environmental monitoring and resource explorat... Autonomous marine vehicles(AMVs)have received considerable attention in the past few decades,mainly because they play essential roles in broad marine applications such as environmental monitoring and resource exploration.Recent advances in the field of communication technologies,perception capability,computational power and advanced optimization algorithms have stimulated new interest in the development of AMVs.In order to deploy the constrained AMVs in the complex dynamic maritime environment,it is crucial to enhance the guidance and control capabilities through effective and practical planning,and control algorithms.Model predictive control(MPC)has been exceptionally successful in different fields due to its ability to systematically handle constraints while optimizing control performance.This paper aims to provide a review of recent progress in the context of motion planning and control for AMVs from the perceptive of MPC.Finally,future research trends and directions in this substantial research area of AMVs are highlighted. 展开更多
关键词 Autonomous marine vehicles(AMVs) model predictive control(MPC) motion control motion planning
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Design and Control of a DC Boost Converter for Fuel-Cell-Powered Marine Vehicles
2
作者 Georgios Tsakyridis Nikolaos I.Xiros +1 位作者 Marco Scharringhausen Lars Witte 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2020年第2期246-265,共20页
Economic factors along with legislation and policies to counter harmful pollution apply specifically to maritime drive research for improved power generation and energy storage.Proton exchange membrane fuel cells are ... Economic factors along with legislation and policies to counter harmful pollution apply specifically to maritime drive research for improved power generation and energy storage.Proton exchange membrane fuel cells are considered among the most promising options for marine applications.Switching converters are the most common interfaces between fuel cells and all types of load in order to provide a stable regulated voltage.In this paper,a method using artificial neural networks(ANNs)is developed to control the dynamics and response of a fuel cell connected with a DC boost converter.Its capability to adapt to different loading conditions is established.Furthermore,a cycle-mean,black-box model for the switching device is also proposed.The model is centred about an ANN,too,and can achieve considerably faster simulation times making it much more suitable for power management applications. 展开更多
关键词 Fuel cell Switching converter Artificial neural network Control marine vehicle Engineering
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Numerical Simulation of Marine Vehicle Immersed in Water
3
作者 Benamar Derrar Benameur Hamoudi +1 位作者 Mohammed El-Amine Dris Fethi Saidi 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2019年第3期282-294,共13页
This article presents a numerical study of the forces induced by hydrodynamic impact, that is, the impact of a part of the bottom of the hull on the water surface. The prediction of these efforts is often based on num... This article presents a numerical study of the forces induced by hydrodynamic impact, that is, the impact of a part of the bottom of the hull on the water surface. The prediction of these efforts is often based on numerical simulations to determine the shock intensity of a structure on the surface of a weakly compressible fluid (for example, water). The short duration of the impact is also investigated in this work. This phenomenon occurs especially when a ship encounters a harsh and difficult sea conditions. Under such conditions, it is important to know how to predict the hydrodynamic forces applied to the structure to correctly optimize the ship elements during its design stage or to prevent possible damage. Indeed, various factors such as speed of the ship and height of the swell can cause the hull to partially emerge and then fall violently onto the water surface, which is referred to by naval personnel as tossing or slamming causing vibrations, stresses, and fatigue to the structural elements of the ship. In this work, we present an example of phenomenon modeling and then a numerical study of the different geometries (dihedron) that play a role in different sections of the bow. Then, we compare our present results with the theoretical and experimental results of other researchers in the field. The average interval impact time for a dihedral model corresponding to the section of the chosen ship and other experimental and theoretical data is in good agreement with the experimental and theoretical measurements. 展开更多
关键词 SLAMMING HYDRODYNAMIC impact Aero-hydro-elastic Dihedral Fluid/structure interaction marine vehiclE
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Multi-role Remotely Operated Marine Surface Vehicle
4
作者 Nishan B Shetty Pruthviraj Umesh KV Gangadharan 《Journal of Marine Science and Application》 CSCD 2022年第3期219-227,共9页
Development of man-packable,versatile marine surface vehicle with ability to rescue a drowning victim and also capable of carrying mission specific sensor is explored.Design thinking methodology is implemented by usin... Development of man-packable,versatile marine surface vehicle with ability to rescue a drowning victim and also capable of carrying mission specific sensor is explored.Design thinking methodology is implemented by using existing equipment/platform with the addition of external attachment to make it a functional product.Iterative prototyping process with extensive testing to achieve user-centric solution.Individual prototypes and their possible sub-configurations with their integration and characteristics are studied and compared with numerical model,inferences obtained are utilised to improve for the next iteration.A novel hinge-clamp assembly enables this marine surface vehicle to operate in the event of an overturn,this phenomenon is further studied with the aid of a mathematical model(Pendulum in a fluid).This research project aims to demonstrate a multi-role unmanned surface vehicle. 展开更多
关键词 Multi-role platform Remotely operated ring buoy surface vehicle Unmanned marine surface vehicle Novel Hinge-Clamp Assembly Lifesaving equipment
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Radar-Based Collision Avoidance for Unmanned Surface Vehicles' 被引量:4
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作者 庄佳园 张磊 +3 位作者 赵士奇 曹建 王博 孙寒冰 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2016年第6期867-883,共17页
Unmanned surface vehicles (USVs) have become a focus of research because of their extensive applications. To ensure safety and reliability and to perform complex tasks autonomously, USVs are required to possess accu... Unmanned surface vehicles (USVs) have become a focus of research because of their extensive applications. To ensure safety and reliability and to perform complex tasks autonomously, USVs are required to possess accurate perception of the environment and effective collision avoidance capabilities. To achieve these, investigation into real- time marine radar target detection and autonomous collision avoidance technologies is required, aiming at solving the problems of noise jamming, uneven brightness, target loss, and blind areas in marine radar images. These technologies should also satisfy the requirements of real-time and reliability related to high navigation speeds of USVs. Therefore, this study developed an embedded collision avoidance system based on the marine radar, investigated a highly real-time target detection method which contains adaptive smoothing algorithm and robust segmentation algorithm, developed a stable and reliable dynamic local environment model to ensure the safety of USV navigation, and constructed a collision avoidance algorithm based on velocity obstacle (V-obstacle) which adjusts the USV's heading and speed in real-time. Sea trials results in multi-obstacle avoidance firstly demonstrate the effectiveness and efficiency of the proposed avoidance system, and then verify its great adaptability and relative stability when a USV sailing in a real and complex marine environment. The obtained results will improve the intelligent level of USV and guarantee the safety of USV independent sailing. 展开更多
关键词 unmanned surface vehicle (USV) marine radar collision avoidance
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跨介质出水航行器水下信息获取技术发展与展望
6
作者 张旭 李万鹏 《水下无人系统学报》 2024年第4期659-667,共9页
跨介质航行器出水过程中存在多相流、空泡非定常演化、强瞬态效应及载荷环境突变等特征,对航行器的稳定航行、出水姿态和结构强度有着显著影响。为充分认识和验证航行器在海洋环境下的出水性能,需发展与其工况相适应的水下信息获取技术... 跨介质航行器出水过程中存在多相流、空泡非定常演化、强瞬态效应及载荷环境突变等特征,对航行器的稳定航行、出水姿态和结构强度有着显著影响。为充分认识和验证航行器在海洋环境下的出水性能,需发展与其工况相适应的水下信息获取技术。文中总结了跨介质出水航行器试验中的目标定位、景象观测、环境测量及跨介质信息传输等水下信息获取技术研究现状,分析了高动态以及大深度等新质跨介质航行器发展对水下信息获取技术提出的新需求,展望了其体系化、多模化和数字化发展趋势,为探索解决水下高价值信息获取难题,以及更深入掌握水下复杂环境和解译水下关键过程提供思路和技术上的参考。 展开更多
关键词 跨介质航行器 出水 水下信息获取 海洋环境
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基于海洋机器人观测的高分辨率海洋环境预测方法
7
作者 金乾隆 田宇 +1 位作者 俞建成 王晓辉 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第14期73-80,共8页
海洋机器人是海洋环境观测应用的重要工具。利用海洋机器人获取的稀疏观测数据,实现区域海洋环境要素空间场高分辨率预测具有重要应用需求。面向该需求,提出一种基于海洋机器人稀疏观测数据的高分辨率海洋环境预测方法。以卷积长短期记... 海洋机器人是海洋环境观测应用的重要工具。利用海洋机器人获取的稀疏观测数据,实现区域海洋环境要素空间场高分辨率预测具有重要应用需求。面向该需求,提出一种基于海洋机器人稀疏观测数据的高分辨率海洋环境预测方法。以卷积长短期记忆神经网络ConvLSTM为基础,建立数据驱动的海洋环境空间场时间序列预测模型。应用集合卡尔曼滤波方法同化海洋机器人观测数据,实现神经网络预测模型在线学习,使模型逐步逼近海洋环境状态、预测输出逐步逼近观测数据。针对大尺度海洋环境高空间分辨率预测带来的高计算复杂性问题,引入非均匀空间分辨率预测策略,有效应对计算挑战。利用水下滑翔机南海北部观测实验数据进行了区域海洋环境二维水平面温度场预测实验,结果验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 海洋机器人 海洋观测 海洋预测 深度学习 数据同化
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基于Burger’s蠕变模型的采矿车行驶海底稀软底质下陷研究
8
作者 赵化淋 孙永福 +3 位作者 贾超 卫如春 邓浩 吴滔 《海洋地质与第四纪地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期179-190,共12页
在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接... 在陆地矿产资源日渐枯竭的今天,深海矿产资源已成为全球各个国家争相开采与利用的焦点,深海采矿车是实现深海矿产资源开采的重要装备。海底稀软底质是一种承载力与抗剪强度极低的特殊底质,在采矿作业中,深海稀软底质的物理力学特性直接影响采矿车行走的稳定性。文章选取Burger’s接触模型作为深海稀软底质的本构模型,对某海域海底稀软原状土开展室内三轴试验,通过PFC3D颗粒流数值模拟实验对比实际三轴试验,对稀软底质的Burger’s蠕变模型进行参数标定,同时依据标定结果改变相应参数,针对5种不同底质条件的工况,建立海底采矿车的数字仿真模型,模拟各工况下采矿车在不同行驶速度时的下陷深度。结果显示,下陷深度会随行驶速度呈非线性变化,在一定范围内随着行驶速度的增大而减少并逐渐趋于稳定。同时结果还表明,该区域海底稀软底质具有更高的黏粒含量(38.1%~48.4%)、含水率(88.13%~137.79%)和压缩性(压缩系数:1.86~3.73 MPa^(-1),压缩模量:1.26~2.13 MPa),具有更低的密度(1.3~1.5 g/cm^(3))和强度特性(贯入阻力:0.19~1.32 N,黏聚力:3.7~6.9 kPa,内摩擦角:2.4°~3.9°),即承载力较低,蠕变性能较强。本研究在宏观上做了一般的探讨,为类似参数的稀软底质下海底采矿车的运行安全控制提供了较好借鉴与依据。 展开更多
关键词 海底采矿车 海底稀软底质 Burger’s蠕变模型 PFC3D颗粒流
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热带海洋大气环境氯离子浓度立体化观测技术研究
9
作者 李旭 刘聪 +4 位作者 张宸 文静 郭赞洪 吴帅 李昊瑜 《装备环境工程》 CAS 2024年第1期142-148,共7页
目的 对热带海洋环境氯离子开展立体化观测,掌握热带海洋环境下大气氯离子浓度在空间上的分布规律,为海洋大气环境下装备产品和重大工程服役环境研究提供立体化观测数据支撑。方法 在观测海岸线附近科学选点,采用无人机搭载远程控制大... 目的 对热带海洋环境氯离子开展立体化观测,掌握热带海洋环境下大气氯离子浓度在空间上的分布规律,为海洋大气环境下装备产品和重大工程服役环境研究提供立体化观测数据支撑。方法 在观测海岸线附近科学选点,采用无人机搭载远程控制大气采样器开展大气氯离子浓度立体化观测,对不同空间高度氯离子浓度分布规律进行分析。结果 成功采集万宁某海岸线附近1 km×300 m×100 m区域1 a以上氯离子浓度数据,通过GIS技术分析并建立了氯离子浓度分布三维场,实现了氯离子浓度可视化,并随离海距离、离地高度剖切显示。结论 海南万宁某区域海岸线附近氯离子浓度在冬季最大,夏季最低,且在一定观测范围内,随观测高度增加而先增大、后降低,随离海距离增大而逐渐降低。 展开更多
关键词 热带海洋 氯离子浓度 无人机 立体化观测 可视化 GIS技术
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铅基反应堆海洋核动力发展研究
10
作者 吴宜灿 柏云清 +8 位作者 李春京 李阳 刘少军 王芳 蒋洁琼 吴庆生 刘超 周丹娜 凤麟核团队 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2024年第2期63-73,共11页
铅基反应堆(铅基堆)核动力具有固有安全、小型轻量、长寿高效等突出优点,在先进海洋装备、无人潜航器、深海空间站的能源动力上应用前景广阔;在加快建设海洋强国的背景下,保障海洋能源供给成为重要的基础条件,开展铅基堆海洋核动力发展... 铅基反应堆(铅基堆)核动力具有固有安全、小型轻量、长寿高效等突出优点,在先进海洋装备、无人潜航器、深海空间站的能源动力上应用前景广阔;在加快建设海洋强国的背景下,保障海洋能源供给成为重要的基础条件,开展铅基堆海洋核动力发展研究是推动我国海洋装备能源动力技术革新的关键内容。本文总结了海洋核动力的应用场景与发展需求,从技术特征、代表性应用、研制现状等方面系统梳理了铅基堆核动力的发展概况,凝练和剖析了包括核燃料与包壳材料、一回路关键设备、冷却剂工艺与氧测控、先进发电技术在内的铅基堆海洋核动力关键技术。立足国情研判了铅基堆海洋核动力面临的发展挑战,提出了低温铅基堆海洋核动力、高温高效铅基堆海洋核动力、一体化全自然循环铅基堆海洋核动力等可行技术路线。研究建议,强化前瞻性配套专项技术研发、加快部署装备示范工程,将铅基堆纳入重大能源战略、加快建设标准体系,设置国家级联合研发机构、构建科技创新和产业发展新模式,更好服务国家海洋战略并推动海洋核动力跨越式发展。 展开更多
关键词 铅基反应堆 海洋核动力 海洋装备 深海核电源 无人潜航器
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考虑充电策略的冷链物流配送路径优化研究
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作者 王嘉宁 初良勇 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2024年第17期282-292,共11页
随着绿色与可持续发展要求的提出,使用电动物流车进行冷链物流配送逐渐成为热点,在考虑充电策略、车辆载重和客户时间窗等约束下,构建了配送总成本最小化为目标的电动车辆在冷链物流配送中的路径优化模型。根据设计的模型特点,提出了一... 随着绿色与可持续发展要求的提出,使用电动物流车进行冷链物流配送逐渐成为热点,在考虑充电策略、车辆载重和客户时间窗等约束下,构建了配送总成本最小化为目标的电动车辆在冷链物流配送中的路径优化模型。根据设计的模型特点,提出了一种结合海洋捕食者和蚁群算法的混合算法进行求解,该算法有效提高了搜索能力和全局信息捕捉。根据算例分析对比可知,与完全充电策略相比,采用部分充电策略可以提高配送效率,有效降低了17.34%物流成本。通过设置车辆最大载重和不同充电站排队时间,分析车辆最大载重和充电站排队时间对物流总成本的影响,从而为企业提供不同车辆的选择。用实际案例和具体数据进行实验,验证了构建模型的有效性,证明了算法的高效性。 展开更多
关键词 城市交通 车辆路径问题(VRP) 蚁群算法(ACO) 海洋捕食者算法(MPA) 充电策略
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First Rocketsonde Launched from an Unmanned Semi-submersible Vehicle 被引量:2
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作者 Hongbin CHEN Jun LI +4 位作者 Yuejian XUAN Xiaosong HUANG Weifeng ZHU Keping ZHU Wenzheng SHAO 《Advances in Atmospheric Sciences》 SCIE CAS CSCD 2019年第4期339-345,共7页
The unmanned semi-submersible vehicle(USSV) developed by the unmanned surface vehicle team of the Institute of Atmospheric Physics is an unmanned, rugged, and high-endurance autonomous navigation vessel designed for t... The unmanned semi-submersible vehicle(USSV) developed by the unmanned surface vehicle team of the Institute of Atmospheric Physics is an unmanned, rugged, and high-endurance autonomous navigation vessel designed for the collection of long-term, continuous and real-time marine meteorological measurements, including atmospheric sounding in the lower troposphere. A series of river and sea trials were conducted from May 2016 to November 2017, and the first rocketsonde was launched from the USSV. Real-time meteorological parameters in the marine atmospheric boundary layer(MABL) were obtained, including sea surface temperature, and vertical profiles of the pressure, temperature, relative humidity, wind speed,and wind direction. These data are extremely useful and important for research on air–sea interactions, sea surface heat and latent heat flux estimations, MABL modeling, and marine satellite product validation. 展开更多
关键词 unmanned SEMI-SUBMERSIBLE vehiclE rocketsonde marine METEOROLOGICAL observation marine ATMOSPHERIC BOUNDARY layer
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异构无人潜水器水声通信技术发展综述 被引量:3
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作者 童峰 周跃海 +2 位作者 陈东升 李姜辉 张小康 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1963-1976,共14页
作为构建无人潜水器水下信息链路的关键技术,水声通信一方面受不确定海洋环境下水声信道多径、多普勒、环境噪声等制约因素严重影响;同时,不同类型异构无人潜水器具有完全不同的工作模式、航行状态、平台适装要求,对水声通信造成极大挑... 作为构建无人潜水器水下信息链路的关键技术,水声通信一方面受不确定海洋环境下水声信道多径、多普勒、环境噪声等制约因素严重影响;同时,不同类型异构无人潜水器具有完全不同的工作模式、航行状态、平台适装要求,对水声通信造成极大挑战。本文的目的是对异构无人潜水器水声通信技术近年来取得的研究进展进行分类综述。首先对自主式水下航行器、水下滑翔机、波浪滑翔机等典型异构无人潜水器水声通信面临的挑战进行介绍,然后从模型方法理论、技术系统实现及工程化应用等方面分析异构无人潜水器水声通信国内外的研究现状。考虑到当前异构无人潜水器水声通信技术仍无法满足高性能海洋立体信息体系建设的需求,本文围绕典型应用场景探讨了相关技术发展趋势并从适应性、体系化、一体化等角度进行展望。 展开更多
关键词 无人潜水器 异构 水下滑翔机 波浪滑翔机 自主式水下航行器 水声通信 水声信道 海洋环境
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甲醇燃料的应用现状及其展望 被引量:4
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作者 姚春德 姚安仁 《汽车安全与节能学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期521-535,共15页
甲醇的物性与汽油、柴油相近,常温、常压下是液体,生产资料丰富,方便储存、运输和加注。绿色甲醇已经被国际航运界公认为低碳和碳中和的燃料,在船舶动力上应用日益增长。中国是具有全球最大甲醇产能以及最大产量的国家,产能和产量都占... 甲醇的物性与汽油、柴油相近,常温、常压下是液体,生产资料丰富,方便储存、运输和加注。绿色甲醇已经被国际航运界公认为低碳和碳中和的燃料,在船舶动力上应用日益增长。中国是具有全球最大甲醇产能以及最大产量的国家,产能和产量都占全球近60%。甲醇生产不仅可用煤炭和天然气做原料,更具有用可再生电力制氢,然后与二氧化碳合成绿色甲醇的能力。中国对甲醇用作替代石油燃料的研发工作由来已久,不仅在工农业领域得到大量应用,而且也大量应用在交通运输领域。自20世纪70年代以来开展的甲醇在内燃机上替代汽油、柴油研究,目前已经在应用技术上取得根本突破。不仅在乘用车、商用车得到规模应用,也在工程机械、内燃机车和中高速船舶动力应用上取得突破,实现甲醇应用技术完全独立自主。该综述简要介绍甲醇的生产、对甲醇毒性的认识、绿色甲醇的发展、甲醇在工农业和交通领域方面的应用概况,重点介绍在车辆、船舶、内燃机车、发电机组的汽油机和柴油机上应用甲醇的技术特点,指出其发展存在问题并展望甲醇应用的未来。 展开更多
关键词 甲醇 甲醇燃料 甲醇热力燃烧 甲醇汽车 甲醇船舶
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多无人海洋运载器协同编队任务分配方法 被引量:1
15
作者 吴洁 郝子康 +2 位作者 李明昊 朱汉华 姚玉南 《中国航海》 CSCD 北大核心 2023年第2期144-151,160,共9页
为更好地处理海面溢油,针对无人海洋运载器集群队形控制过程中任务分配延迟、收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,提出将上层的巡回规划过程与下层的任务指派过程紧密结合的多无人海洋运载器协同编队任务分配方法。首先以匈牙利算法建立... 为更好地处理海面溢油,针对无人海洋运载器集群队形控制过程中任务分配延迟、收敛速度慢和易陷入局部最优的问题,提出将上层的巡回规划过程与下层的任务指派过程紧密结合的多无人海洋运载器协同编队任务分配方法。首先以匈牙利算法建立多运载器代价矩阵并完成运载器集群个体“可能围油任务”的协同分配,其次以蚁群算法求解运载器集群航迹规划问题,最后得到运载器集群最短闭循环巡回路径。仿真结果表明,通过该方法求得的总航迹长度缩短了15.13%,算法平均运行时间减少了46.57%,任务分配合理性得以有效提升。 展开更多
关键词 无人海洋运载器 航迹规划 蚁群算法 匈牙利算法 溢油处理
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基于LSTM的跨海桥梁危化品车辆行驶轨迹预测 被引量:3
16
作者 郭健 杨淼禧 +3 位作者 骆成 马开疆 吴继熠 翁永祥 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期101-108,共8页
我国沿海地区气象环境复杂,跨海桥梁上车辆混杂密集,车流量大、车辆混杂和侧风环境等因素都对跨海桥梁危化品车辆的安全行驶产生了极大的影响,因此跨海桥梁危化品车辆行驶轨迹研究对于加强危化品运输安全管理具有重要的现实意义。针对... 我国沿海地区气象环境复杂,跨海桥梁上车辆混杂密集,车流量大、车辆混杂和侧风环境等因素都对跨海桥梁危化品车辆的安全行驶产生了极大的影响,因此跨海桥梁危化品车辆行驶轨迹研究对于加强危化品运输安全管理具有重要的现实意义。针对跨海桥梁危化品运输车辆的轨迹预测问题,利用深度学习方法,建立了一种基于长短时记忆网络(LSTM)与注意力机制的跨海桥梁危化品车辆行驶轨迹预测模型,该预测模型包括信息输入模块、注意力层和轨迹输出模块,并利用沿海一座跨海大桥上危化品车辆行驶环境实测轨迹数据对预测模型的预测性能进行了分析与验证。结果表明:LSTM能适应长时域的车辆行驶轨迹预测,注意力机制提高了预测模型的训练速度;由于考虑了车辆间交互影响因素,该预测模型具有更高的准确性和计算效率,同时LSTM也减少了预测模型在时域较长情况下车辆行驶轨迹预测的误差。 展开更多
关键词 危化品车辆 行驶轨迹预测 长短时记忆网络(LSTM) 注意力机制 海域环境
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波浪能量采集及自供能海洋无人机电系统研究进展
17
作者 邹鸿翔 苏昌胜 +2 位作者 赵林川 张文明 魏克湘 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2115-2131,共17页
海洋环境传感器、航行器/机器人等无人机电系统可用于海洋军事侦察、资源探测、生态监测、海洋大型设备设施状态监测等,有益于海洋生态保护、海洋经济发展和海洋权益维护.长期有效供能是制约海洋无人机电系统在辽阔海域作业的瓶颈难题.... 海洋环境传感器、航行器/机器人等无人机电系统可用于海洋军事侦察、资源探测、生态监测、海洋大型设备设施状态监测等,有益于海洋生态保护、海洋经济发展和海洋权益维护.长期有效供能是制约海洋无人机电系统在辽阔海域作业的瓶颈难题.电池电量有限且污染环境,线缆供电成本高且限制了海洋机电系统的机动性.波浪能是最丰富并且可以被大规模利用的可再生能源之一.将波浪能量转换为电能,可以实现海洋环境机电系统的自供能传感、控制与驱动,具备可持续、灵活便捷和节能环保的优势,有望破解海洋无人机电系统供能瓶颈难题.此外,随着化石能源面临着枯竭和严重的环境问题,开发海洋能源能够缓解能源危机、减少环境污染并促进经济发展.文章全面论述波浪能量采集、基于波浪能量采集的自供能海洋无人机电系统和海洋无人机电系统的研究进展,讨论目前自供能海洋无人机电系统面临的关键挑战并进行展望,为解决海洋无人机电系统长期有效供能难题提供多维度参考,推动自供能传感、控制与驱动等技术的发展与应用,助力海洋无人机电系统应用于深海远海. 展开更多
关键词 波浪能量采集 海洋无人机电系统 自供能传感器 自供能航行器/机器人
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应用机载高光谱与机器学习法的绿藻识别算法研究 被引量:1
18
作者 孙琳 毕卫红 +6 位作者 刘桐 武家晴 张保军 付广伟 金娃 王兵 付兴虎 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3637-3643,共7页
绿潮是一种海洋大型藻暴发性生长聚集形成的藻华现象,严重影响沿海的生态环境。绿潮覆盖面积的精准监测对绿潮灾害预防、监测和治理有着重要意义。利用光谱方法进行遥感监测拥有非接触、成本低和损耗小等优势,其中机载高光谱遥感凭借其... 绿潮是一种海洋大型藻暴发性生长聚集形成的藻华现象,严重影响沿海的生态环境。绿潮覆盖面积的精准监测对绿潮灾害预防、监测和治理有着重要意义。利用光谱方法进行遥感监测拥有非接触、成本低和损耗小等优势,其中机载高光谱遥感凭借其光谱和空间分辨率高及成像通道多的优势,在海洋领域拥有广泛的应用前景。利用大疆M300 RTK专业级无人机搭载410 Shark高光谱成像系统对秦皇岛市金梦海湾海域的绿藻暴发区进行数据采集。对采集到的光谱数据进行数据预处理,提取不同地物的光谱特征,基于该特征构建了容量为30000的光谱特征数据集,随机的将数据集划分为训练集和测试集,其中训练集占比75%,测试集占比25%。通过决策树、随机森林、支持向量机(SVM)、K最近邻(KNN)和三输入的投票分类器五种机器学习算法建立高光谱绿潮反演模型。对基于机载高光谱成像系统的地面分辨单元(GRC)计算绿潮暴发区的绿潮覆盖面积,并基于数据集内准确率、Kappa系数和预设标准面积误差验证法测试反演模型的分类精度。结果表明:在对高光谱数据进行绿藻像元和其他地物像元的二分类和利用所构建的分类器进行大数据预测时,先进行波段选择可节约大量时间;对高光谱数据进行对数处理增强谱间差异后再构建分类器模型,可有效提高模型的分类准确率;基于随机森林、SVM和KNN的三输入的投票分类器建立的高光谱绿潮反演模型的反演精度最高,数据集准确率达到98.95%,Kappa系数为0.9789,预设标准面积误差验证法得到的分类误差为6.06%。通过对实验区高光谱图像的预测应用,证明了该模型在预测大数据时仍保持较高准确率,且对混合像元区的水中绿藻像元也能给出定义,证明了该方法在绿潮遥感监测领域的可行性和优越性,在绿潮面积监测领域具有普适性,在海洋监测领域具有广泛的应用前景。 展开更多
关键词 海洋监测 无人机 高光谱 绿潮 机器学习
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面向海上搜救的ASV与AUV的协同控制 被引量:1
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作者 仝世豪 孙建波 +3 位作者 陈亚辉 冯伟 孙涛 王浩亮 《船舶工程》 CSCD 北大核心 2023年第7期1-8,共8页
针对采用由自主水面船和自主水下航行器组成的异构海洋航行器集群进行协同搜救的问题,采用大地坐标系和船体坐标系建立自主水面船和自主水下航行器的运动学模型;基于视距制导策略,引入流体坐标系,设计适用于自主水面船和自主水下航行器... 针对采用由自主水面船和自主水下航行器组成的异构海洋航行器集群进行协同搜救的问题,采用大地坐标系和船体坐标系建立自主水面船和自主水下航行器的运动学模型;基于视距制导策略,引入流体坐标系,设计适用于自主水面船和自主水下航行器的三维异构协同路径跟踪控制器,实现协同搜救;基于李雅普诺夫稳定性原理证明闭环系统的稳定性。仿真结果表明,提出的面向海洋搜救的三维异构协同路径跟踪控制器是有效的。 展开更多
关键词 无人船 水下无人航行器 协同路径跟踪 视距制导策略 海洋搜救
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基于无人机多光谱光学特性的海面油污辨识方法 被引量:1
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作者 王家彬 侯宝年 +5 位作者 胡哲 邓杰 黄小卫 梁健 龙跃 邢书浩 《武汉工程大学学报》 CAS 2023年第2期208-213,共6页
为提高海洋溢油识别能力以满足海洋巡检应用要求,通过对无人机海面油污巡检系统进行改进,建立了基于多光谱成像光学特性的综合海面油污巡检系统。首先,分析了多光谱成像辨识海面油污的工作原理,建立基于多光谱成像的无人机与人工巡检相... 为提高海洋溢油识别能力以满足海洋巡检应用要求,通过对无人机海面油污巡检系统进行改进,建立了基于多光谱成像光学特性的综合海面油污巡检系统。首先,分析了多光谱成像辨识海面油污的工作原理,建立基于多光谱成像的无人机与人工巡检相结合的海面油污巡检系统,得到基于该系统下的海面油污实验结果,测量结果验证了对油污辨识的准确性。然后,基于建立的海面油污巡检系统,采用长距离无人机自主海面巡检与人工船舶海面巡检相结合的方法,能够准确快速地对海面油污进行辨识。最后,通过该系统对我国某港口附近海面进行油污检测,得到了海面溢油空间的准确位置和分布情况,油污辨识结果验证了该方法的准确性和可行性。 展开更多
关键词 海洋溢油 无人机 海面油污 多光谱成像 巡检系统
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