中高密集度浮冰区船体冰水动力试验研究

船冰作用力的预报是冰区船航行性能评估环节的重点。本文针对某冰区航行船开展操纵性斜航模型试验研究,采用以聚丙烯为主材的圆形非冻结模型冰,通过模型试验给出船在无冰水域和中高密集度浮冰区的船体受力,研究船体在不同航速和漂角下的船体受力特性,并基于典型工况分析试验数据的重复性,发展冰区航行船的非冻结模型冰模型试验技术。研究结果表明:浮冰密集度、航速和漂角的增大会使船体受力增大,高密集度和大漂角下船冰接触区域更大,试验数据重复性也较好。

基于SAR的触底湖冰遥感研究进展

湖冰的变化是区域乃至全球气候变化的敏感指示器。已有研究大多关注于湖冰的物候,或表层冻结的类型,而对其纵向的类型(浮冰和触底冰)关注相对较少。相对于浮冰,触底冰能够在整个封冻期对湖底基质提供0℃以下的保护环境,延滞湖底冻土融区的发育及碳排放等,因此,准确识别和分类浮冰和触底冰对于冰冻圈多个领域的研究均有重要意义。星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)为大范围识别和周期性监测湖冰类型及其变化提供了先进的手段。近年来,随着遥感技术特别是合成孔径雷达技术的进一步发展,遥感数据的种类日益多样化,时空分辨率显著提高,给湖冰研究带来了新的机遇和挑战。目前,对湖冰的遥感研究大多集中在湖冰的物候或厚度上,而对湖冰的纵向发育(能否触底)关注较少。到目前为止,还没有关于利用合成孔径雷达遥感识别触底湖冰的文献综述。因此,有必要全面系统地回顾该领域的研究进展,总结取得的成就,找出存在的问题和挑战,进一步推动SAR数据在快速湖冰监测中的应用,为相关的气候变化和湖泊生态研究提供支持。本文对SAR遥感识别触底冰和浮冰的相关研究进行了全面综述,阐明其识别的基本原理和常用的方法,并梳理了湖冰类型识别对相关研究的支撑作用和指示意义。研究表明:(1)浮冰的后向散射增强主要由冰水界面的高粗糙度和气泡导致,但在不同的波长下,两者分别能够产生的后向散射增量仍有待进一步研究;(2)识别方法从阈值法逐步发展到面向对象分割、时间序列聚类,以及机器学习等,然而,识别精度仍受冰面融水、积雪覆盖、湖泊边界精度等因素影响;(3)触底湖冰的产生能够体现封冻期湖冰的纵向发育过程,因此可以反映冰厚对气候变化的响应,以及触底湖冰对不同深度湖泊底部冻土层的影响,这对气候、生态,以及淡水资源研究等具有指示意义。

基于车载多通道探冰雷达的三维冰下地形提取方法

冰盖模型的建立对于未来全球气候预测至关重要,获得准确冰下地形特征是开发更真实精确的冰盖模型的重要条件,而具有高精度探测及定位优势的车载多通道冰雷达适用于获得开发冰盖模型所需的基础信息。传统基于频率波数域(f-k)偏移的冰雷达数据处理算法仅能对行进轨迹测线下的二维冰下地形进行测量,需要地理插值才能得到三维冰下地形,插值精度影响到最终的三维地形图精度,特别是在冰流速较大区域,该地理插值方案会引起较大的地形误差。本文针对上述问题展开深入研究,结合格陵兰岛车载多通道冰雷达探测数据的处理,提出一种基于多通道冰雷达数据的三维冰下地形提取方法,利用层析处理技术结合空间谱估计方法得到精确的数字高程模型(DEM)数据,实现对冰盖的条带模式探测,具有空间分辨率高、冰下地形误差小等优点。仿真及实测数据处理结果验证了本文提出的三维冰下地形提取方法的有效性。

基于模型的星载PolSAR海冰自适应极化分解法

提出了基于模型的星载PolSAR海冰自适应极化分解法,该算法涉及体散射分量自适应分解以及表面、二面散射分量自适应分解两方面。在体散射自适应分解方面,推导了体散射功率的解析表达式从而实现了对极化信息的完整利用,构建了完全覆盖海冰粒子水平、垂直和随机定向的三个体散射模型,并采用基于最大功率拟合的自适应模型选择策略,解决了当前海冰极化分解法无法根据冰层中夹杂的盐水包裹体构成的粒子云的定向方式自适应匹配体散射模型的问题。在表面和二面散射自适应分解方面,将标准Huynen二分法用于对体散射分解后的剩余相干矩阵的降秩分解,根据实际冰面的散射机制自适应选取分解方法,提取了表面散射和二面散射功率信息,在实现极化散射信息完整利用的同时保证分解结果不会退化。基于高分三号(GF-3)卫星全极化合成孔径雷达获取的南极洲普利兹湾海冰数据开展了体散射模型和分解算法的有效性验证。体散射分量的分解结果首次从极化分解角度揭示了冰层中盐水包裹体以垂直定向为主导、同时存在次级随机定向以及不可忽视的水平定向的定向特征。

基于类固醇合成途径的生物进化及其产物的饲料资源利用

类固醇作为一类具有环戊烷多氢菲骨架结构和具有多种生理活性的物质,其骨架结构具有合成之后不可再分解的特性,成为生物分子进化的重要事件。通过自身合成或食物来源,不同进化程度的生物体富集了高含量的固醇合成途径的中间产物,尤其在抵御恶劣环境条件下,这些物质成为维持其生长、繁育和生存的必需物质。这些类固醇合成中间产物同样是养殖动物的必需物质,必须在配合饲料中进行有效的补充。认识这些物质的化学结构、性质及其在自然生物中的分布,对于创新性地开发生物资源、了解饲料中“未知生长因子”或“未知必需物质”的种类及其来源是非常必要的。

多策略ATLAS数据优选与影像匹配相结合的SAR高程控制点提取

为了精化星载SAR影像几何参数并提高立体定位精度,借鉴星载激光测高数据光学遥感影像高程控制点提取思路,设计了一种多策略高级地形激光测高系统(ATLAS)数据优选与影像匹配相结合的SAR高程控制点提取方法。该方法采用非夜间观测光子滤除、高置信度光子选取、SRTM DEM辅助的粗差剔除、大偏心率椭圆滤波核平坦区域光子筛选等多种策略,从ATLAS数据ATL03级产品中提取高质量、平坦区域的激光高程点,再依据SRTM DEM对斜距SAR影像进行地理编码,按激光高程点的平面坐标选取局部谷歌地球影像作为足印影像,采用秩自相似描述子进行足印影像与SAR地理编码影像的匹配,得到与激光高程点对应的SAR影像像点坐标,从而提取SAR高程控制点。采用中国登封市、日本横须贺市两个区域的ATLAS数据进行了高分三号SAR高程控制点提取实验,利用提取的高程控制点进行SAR影像几何参数精化,大幅提升了立体定位精度,验证了该文高程控制点提取方法的可行性和有效性。

基于双极化SAR图像的U-Net海冰多分类模型

北极多年冰在近几十年有明显的减少趋势,与北极海冰的厚度、体积和夏季最小海冰范围的减少密切相关。合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)具有全天时、全天候成像能力,基于SAR卫星影像的海冰分类对监测北极多年冰具有重要意义。基于深度学习U-Net模型,以SAR图像的双极化信息为模型输入,构建了像素级的海水、一年冰和多年冰多分类模型。与已有SAR图像海冰分类方法(支持向量机、随机森林和卷积神经网络)进行对比,基于双极化SAR图像的U-Net海冰分类模型的准确率、平均重叠度和Kappa系数,分别达到了90.73%、0.831和0.849,优于其他对比模型,分别提升了4.08%~19.04%,0.063~0.321和0.111~0.335。此外,针对SAR图像水平-垂直极化(horizontal-vertical polarization,HV)有明显的条状热噪声和水平-水平极化(horizontal-horizontal polarization,HH)受入射角效应而亮度不均匀的特点,设计敏感性实验,研究HV噪声、入射角和灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix,GLCM)纹理信息对本文U-Net海冰分类模型的影响。结果表明,传统的机器学习方法对噪声更敏感,而深度学习模型有一定的抗噪声能力;使用入射角校正更适合分类一年冰和多年冰;单一GLCM纹理对U-Net模型的海冰分类效果无明显提高。综上,基于双极化SAR图像的U-Net能够实现高精度的海水、一年冰和多年冰分类。该模型具有一定的抗噪声能力,是更具鲁棒性的海冰分类方法。

基于SAR卫星观测的北极冰涡时空分布特征

北冰洋复杂的寒、暖洋流交汇作用为涡旋的生成和发展提供了适宜的条件。在北极边缘冰区,上层浮冰示踪海洋涡旋,形成冰涡特征。冰涡通过垂直热量传输加速上层浮冰的消融,影响着边缘冰区的演变,间接调节全球气候。本文利用高空间分辨率的合成孔径雷达(SAR)卫星影像开展了北极冰涡检测识别与时空特征分析研究。基于SAR影像构建训练数据集,采用YOLOv7目标检测模型完成模型训练任务;对2022年北极冰涡影像进行检测识别,在此基础之上进行目视解译处理。基于目视解译结果开展冰涡特征分析。目视解译共确定3615个气旋型冰涡和1482个反气旋型冰涡,这些冰涡主要在7-11月生成,集中分布于格陵兰岛东部沿岸和格陵兰海中北部,冰涡的平均直径为21.2 km,平均海冰占比为41.76%。本文的冰涡检测识别和时空特征分析研究结果为北极地区海洋现象分析与气候研究提供了有价值的方法参考和遥感分析资料。

基于多尺度重建和约束聚类的海冰变化检测算法

针对多时相合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)图像在海冰变化检测中存在的固有斑点噪声问题,提出基于多尺度重建和约束聚类的海冰变化检测算法。首先,为了抑制斑点噪声,使用多尺度超像素重建方法生成差分图像,并利用局部空间同质信息增强边缘。然后,将两阶段中心约束模糊C均值聚类算法和并行策略相结合,以约束图像预分类过程中聚类中心的错误漂移。最后,在分类阶段将双树复小波变换引入卷积神经网络中构成卷积小波神经网络(Convolutional-Wavelet Neural Network,CWNN),并通过虚拟样本生成方法生成新样本,以缓解模型训练中样本有限的问题。在2个常规数据集和1个海冰数据集上的实验结果证明了该方法的有效性和鲁棒性,对海冰变化检测的准确率达98.50%。

碎冰条件下冰区船阻力性能试验研究

为了探究碎冰条件下冰区船试验方法和实船阻力预报方法 ,研究碎冰条件下冰区船舶阻力随速度变化规律,以及阻力随密集度变化规律,采用非冻结模型冰在拖曳水池中开展了4种密集度(60%、70%、80%、90%)工况下阻力试验。试验结果表明:随着碎冰密集度的增加,船模与碎冰的遭遇频率向更高速度点转移;碎冰密集度不同,船模总阻力不稳定区也不同;船模总阻力随着碎冰密集度的增加而增加;根据加拿大海洋技术研究所的Colbourne实船转换方法,预报了实船在1.05 m和2.0 m冰厚时的总阻力。

高效毛细管电泳-紫外检测法同时检测雪糕中多种添加剂

采用高效毛细管电泳-紫外检测法,对雪糕中常见的亮蓝、日落黄、苋菜红、新胭脂红、柠檬黄5种色素进行检测。电泳条件:缓冲溶液10 mmol/L Na2B4O7-5 mmol/L Na H2PO4(浓度为0.7 mmol/L的β-环糊精),pH 11.5,检测波长214 nm,外加电压25 k V。在该条件下,各色素线性范围在10~1 000μg/m L之间,r在0.997 5~0.999 9之间,检出限在1.2~8.6μg/m L之间(RSN=3),平均回收率为93.8%~108.5%,相对标准偏差不大于4.19%,结果表明该方法简便、准确可靠,可用于雪糕中合成色素的同时检测。

DUT-1非冻结合成模型冰的弯曲强度

简介了DUT 1非冻结合成模型冰的功能 .给出DUT 1模型冰的弯曲强度的测试装置和设备 .讨论该模型冰在不同加载速度下的破坏方式和发生峰值弯曲强度的条件 .通过悬臂梁上弯和下弯实验结果 ,说明DUT 1模型冰的各向同性 ,检验了浸水模型冰性能的稳定性和模型冰湿密度对峰值弯曲强度的效应 .

DUT-1非冻结合成模型冰物模技术及应用

基于渤海海冰的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经 验,较成功地研制出一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料——DUT-1模型冰. 该模型冰采用聚丙烯粉、水泥、塑料微珠等材料,加入一定量的水,由特制的搅拌机搅拌均 匀倒入模具后成型制成. 利用DUT-1模型冰材料,在实验室常温波流水槽中进行了冰排在波 浪作用下的断裂、冰排对直桩及锥体结构物作用的物理模型试验. 通过对试验现象的观察、 对实验结果的综合分析、对相关理论及经验公式计算结果的比较,证明DUT-1非冻结合成模 型冰材料物模实验技术有较好可靠性.

水泥含量和养生时间对合成模型冰物理力学性质的影响

试验研究一种新型水泥基合成模型冰的物理和力学性质,分别测取了7种水泥含量、8种养生时间试件的物理和力学参数,包括密度、压缩强度、弯曲强度和弹性模量,以分析水泥含量和养生时间对这种模型冰物理和力学指标的影响。试验结果发现模型冰密度等其他力学指标均随水泥含量增加呈指数增加;而随室温养生时间增加,模型冰的物理和力学指标约在140h处达到一峰值,然后下降。由试验结果获得的模型冰物理和力学指标等值图,可作为选择模型冰指标的基础。

冰对螺旋桨水动力性能影响的试验研究

为了探究螺旋桨-冰相互作用过程中螺旋桨水动力性能的变化,研究了非冻结模型冰在轴向运动时螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离以及螺旋桨不同进速系数的变化规律,以及非冻结模型冰在横向和垂向运动时螺旋桨推力和扭矩的变化规律。试验结果表明,螺旋桨在阻塞状态下推力和扭矩的值与敞水实验值相比显著增加;螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离的减小,先逐渐增加后增加值不稳定;非冻结模型冰在横向运动时螺旋桨推力不变,扭矩表现为在横向右端时最大;非冻结模型冰沿垂向运动时越往下运动螺旋桨推力和扭矩越大;区分了非冻结模型冰极端尾涡和螺旋桨-冰之间距离对螺旋桨水动力性能的影响。文中的试验设计和相关结论对于螺旋桨-冰相互作用的进一步研究有着一定的指导意义。

DUT-1合成模型冰的弯曲强度和弹性模量实验分析

依据渤海海冰物理和力学特征值和国内水池实验室能力 ,以 1∶1 0～ 1∶30比尺要求 ,发展了DUT 1合成模型冰。文中简介该模型冰的理想参数、成分和制备过程。就其弯曲强度和弹性模量进行系统的实验分析。通过 5 0 0多次弯曲实验 ,获得该模型冰在不同加载速度下的破坏方式 ,各向同性证据和弯曲强度为 35～ 6 5kPa和弹性模量平均 5 3MPa的结果。并且得到弯曲强度和弹性模量在实测湿密度范围内呈递增关系 ,浸水模型冰性能稳定时间超过 4h ,弹性模量与弯曲强度之比 82 %超过 2 0 0 0。

非冻结合成模型冰物理模拟冰作用力的试验技术

基于渤海海冰的物理和力学特性、海冰物理模型试验的相似理论以及国际上已有模型冰的经验,研制了一种用于模拟我国渤海海冰的非冻结可破碎功能材料,被命名为DUT 1模型冰.该模型冰采用聚丙烯粉、塑料微珠、水泥等材料加入一定量的水由特制的搅拌机搅拌均匀倒入模具后成型制成.通过实验室常温波流水槽中进行的冰排对直桩、锥体及斜面墙结构作用的物模实验的现象观察、结果综合分析、相关理论及经验公式计算结果比较,验证了DUT 1模型冰试验技术的可靠性.在此基础上,进行了冰排对半圆型防波堤结构的作用、冰排与锥体结构动力相互作用的物理模型试验研究,展现了DUT 1模型冰的应用前景.

高效液相色谱法同时测定冰淇淋中的10种合成色素

建立了一种同时测定冰淇淋中靛蓝、新红、亮蓝、柠檬黄、日落黄、苋菜红、胭脂红、偶氮玉红、诱惑红、赤藓红10种合成色素的高效液相色谱分析方法。对提取试剂、流动相条件、最大吸收波长进行了研究，确定了最佳提取方法及色谱条件。待测样品经甲醇-水提取，加水稀释后上机分析，采用Symmetry C18柱（25cm×4．6mm×5μm），以甲醇-20mmol／L醋酸铵为流动相，在最佳梯度洗脱条件下对10种合成色素进行分离，二极管阵列检测器检测，外标法定量。结果表明，各组分在0．5～10．0mg／L范围内呈良好线性，相关系数（r）均大于0．997，在2、10、50mg／kg3个加标水平下的平均回收率为76％～108％，相对标准偏差（RSD）为0．56％～2．8％，检出限为0．2～1．0mg／kg。该方法简单、快速、灵敏、准确，可用于冰淇淋中10种合成色素的日常检测。

SAR海冰的三维区域MRF图像分割

SAR海冰图像分割对气候变化研究和航行安全保障具有重要意义。现有MRF分割算法仅能利用到单个极化SAR图像中的信息,易受相干斑噪声和地物信息不全面性的影响,不能准确有效地完成分割。为此,在充分利用单个极化SAR图像相邻区域之间的相似性的基础上,进一步融入多个极化SAR图像相同区域之间的一致性,由此提出了一种三维区域MRF(3DRMRF)的SAR海冰图像分割算法,能够实现SAR海冰图像的准确分割。通过RADARSAT-2和SIR-C获得的单视全极化SAR海冰图像的实验结果表明:和其他较先进的算法相比,所提出的算法优势明显,特别是具有更高的分割精度。

高分辨率SAR图像中特高压铁塔覆冰特性分析

利用高分辨率合成孔径雷达(SAR)卫星监测覆冰铁塔的安全状态对特高压线路的安全运行具有重要意义。为此进行了特高压铁塔模拟横担覆冰实验,利用环境气候实验室制作了覆冰厚度分别为10cm和4cm的实验横担。基于1m分辨率的SAR卫星影像研究了不同厚度覆冰与未覆冰情况下的铁塔横担雷达反射特征与参数变化,结果显示覆冰横担在雷达(VV)极化模式下后向散射特性未见明显削弱,可以利用高分辨率SAR卫星监测覆冰条件下特高压铁塔的安全状态。