创新国际化海洋测绘人才培养体系的问题与对策研究

海洋测绘信息是国家战略性资源,是遂行海上军事活动、推进海洋强国建设、构建人类深海命运共同体、实现共商共建共享全球治理观的重要保障。随着海军走向深蓝、国家深远海开发进程的加快,现有的海洋测绘保障难以满足海洋深层次发展需求,急需一支国际化海洋环境保障人才队伍。本文研究了海洋深层次发展的实际需求,分析了目前我国海洋测绘人才培训体系中存在的一些问题,提出了创新国际化海洋测绘人才培养体系的相应对策。

面向测绘技术与保障专业的海洋GIS课程改革

海洋GIS课程是测绘技术与保障专业最重要的专业基础课之一,为海洋环境信息保障人才培养提供了理论、方法及工具支撑。在分析测绘技术与保障专业海洋GIS课程教学中存在问题的基础上,从优化课程顶层设计,突出课程国际接轨,完善课程教学内容,规划课程教师梯队以及强化实验实践教学等5个方面提出针对性的海洋GIS课程改革思路,以期提高测绘技术与保障专业海洋GIS课程的教学质量和效果,培养适应海军军事转型需求的复合型海洋环境信息保障人才。

多波束系统搜索水下失联目标的效能评估

针对当前运用多波束系统进行水下失联目标搜索时所布测线效能较低的问题,提出一种改进的测线布设方式。首先,分析并建立了典型测线布设方式的水下目标搜索耗时计算方法,然后对给定条件下搜索耗时的影响因素进行数值模拟计算,从而确定出多波束系统的不同波束开角、船舶长度、区域海水深度等不同因素影响下的测线布设最优方案。试验结果表明,小船作业时,采用梭织法与跨行法的搜索效率明显优于向心法与套行法,大船作业时,采用跨行法的搜索效率最优。这些结论有助于深入了解各因素之间的相互作用和影响规律,进而找出影响搜索效率的主要因素,并提出相应的改进措施和优化建议。

美国海军业务化海洋预报系统发展历程及启示

海上作战受到复杂多变海洋环境的影响和制约,必须对环境效应作出准确评估,而这项工作的前提是能够对海洋环境作出准确的预报。美国海军在海洋环境预报领域一直走在世界前列,本文主要从模式结构、关键技术、模式性能等方面介绍美国海军投入业务化应用的海洋数值预报模式发展历程和现状,以期对我国军事海洋环境预报的发展起到一定的启示和借鉴作用。

聚焦国际化与军事化特征的海洋GIS课程教学改革探讨

鉴于海洋GIS课程对海洋GIS人才培养的重要性,开展海洋测绘专业的海洋GIS课程教学研究非常必要。本文从军队海洋测绘专业使命任务、海洋GIS课程地位等方面对军队海洋测绘专业海洋GIS教学存在的国际化与军事化特征不明显的现状及问题成因进行了深入剖析,然后重点从课程顶层设计、教学内容、国际接轨、教学改革、师资梯队以及实践教学等方面提出了合理化建议供相关人员参考。

AI时代海洋地理信息科学一流专业建设实践

紧贴海洋地理环境保障的实战化需求,深入研究海洋地理信息科学课程教学规律,灵活运用AI时代下信息赋能的新优势,在横向、纵向、时间三个维度上对海洋地理信息科学专业课程的教学内容、教材体系、教学模式、教学方法、考核标准等进行全方位的教改实践,深挖军地实践教学资源,将科研成果有机融入课堂教学,构建海洋地理信息科学专业课程教学新体系,并对AI时代下海洋地理信息科学专业建设进行了初步的探索与实践。

不规则凸区域的水面舰艇最短搜潜航路自动规划

针对已有水面舰艇区域搜潜航路规划主要围绕规则矩形区域进行而没有考虑不规则区域复杂情形的现状,对不规则凸区域的水面舰艇最短搜潜航路自动规划进行了研究。推导搜潜航路总长度与转向次数的线性关系公式,并在此基础上构建最短搜潜航路的长度计算模型;挖掘最优搜潜航向与不规则凸区域边界的内在关联规律,设计最优搜潜航向求解算法;基于前面推求的转向次数最少和搜潜航向最优原理,提出一种能为不规则凸区域自动规划出总航程最短的搜潜航路实现方法。实验结果表明:该方法能为水面舰艇在不规则凸区域搜潜求取最优搜潜航向,并在此基础上自动规划得到最短搜潜航路。

基于变分模态分解与注意力机制的海洋风速预测

海洋风速预测对远洋航行安全与航线规划具有重大影响.风速同时受多种外在自然因素影响,表现出强烈的非线性、非平稳性与随机性等特性,使得预测准确性受到极大考验.为提高风速预测准确性,创新性地提出一种基于变分模态分解与融合注意力机制的神经网络的风速预测方法.首先,利用变分模态分解将风速序列分解为一系列调幅调频信号,以降低数据复杂度,有效提取特征并提高噪声鲁棒性,减少风速自身对预测准确性的影响.其次,对分解后的不同模态子序列利用融合注意力机制的神经网络进行风速预测.最后,用实测数据验证所提方法的有效性.与其他典型风速预测模型相比,所提方法可有效提高风速预测准确性.

面向海洋环境信息保障的海洋GIS人才培养新体系思考与研究

针对国家海洋强国战略和海军战略转型对海洋GIS人才培养提出的新要求,分析了传统海洋GIS人才培养体系存在的主要问题和发展目标,从统筹规划,做好顶层设计;需求牵引,加强课程建设;技能为王,强化实践教学;创新为上,优化教学模式;软硬兼施,注重保障效能;以战养战,锤炼教学团队等六个方面论述了新时期以海洋环境信息保障效能为目标牵引的,提高海洋GIS人才创新与实践能力的途径与对策。可为面向海洋环境信息保障的海洋GIS人才培养体系建设和创新提供参考借鉴。

动力滑翔机航磁系统的海洋磁力测量实践

为了有效解决沿岸及岛礁等复杂区域难以开展大比例尺船载海洋磁力测量的问题,在总结梳理动力滑翔机航磁系统海上测量实施流程基础上,以黄海某区域航磁试验为例,探讨了动力滑翔机航磁系统开展海区磁力测量中的关键技术。研究结果表明:结合本文给出的海上测量实施流程,本次试验的飞行质量评价指标、系统动态噪声水平均满足《航空磁测技术规范》要求,切割线统计的均方误差满足《海洋磁力测量要求》一等精度测量要求,重复线均方误差的统计结果进一步验证了该系统在试验区域测量的稳定性;不同高度的实际测量结果可以为测区地磁分布特征的描述及相关延拓算法的验证提供数据基础,从而为构建海区三维磁空间背景场模型提供数据支撑。

滚动球变换支持下的TIN-DDM地形特征线自动提取方法

针对传统规则格网数字高程模型地形特征线提取方法中存在阈值难以定量调控、连接方式无法自适应调整以及地形特征线类型不完整的问题,将滚动球变换模型应用于不规则三角网数字水深模型(triangulated irregular network digital depth model,TIN-DDM)地形特征线的自动提取,在构建临界滚动球半径关联的地形特征点定量识别判定准则基础上,引入地形形态边界点概念,采用逆向工程的建模思路,建立了以剖分单元为基础的地形特征线自动提取模型,结合地形类型判定准则的多尺度表达特性及顾及水深数值的地形特征优化模型,提出了可多尺度表达且类型完整的地形特征线自动提取方法。试验结果表明:相比于经典地表流水模拟方法,该方法可实现完整、连续且细分的TIN-DDM地形特征线自动提取及多尺度表达,且提取的地形特征线具有更高的地形重构精度。

面向电子航海图分发服务的多级可逆水印算法

针对电子航海图(ENC)分发过程中存在的版权归属不清、泄露责任难以认定的问题,在顾及ENC对数据扰动敏感、精度要求高特点的基础上,以高隐蔽性ENC数据多级分发版权保护为目标,提出了一种面向ENC分发服务的多级可逆水印算法。首先通过精度移位创造独立水印信息嵌入空间确保算法的可逆,其次通过控制水印信息嵌入的坐标位置减小对数据精度的干扰,然后利用极坐标转换的方式隐藏水印信息,最后基于水印信息的提取与再嵌入实现动态多级分发。实验结果表明:该算法具有较好的不可感知性和充足的水印容量,能有效实现ENC多级分发过程中的版权溯源,预防数据盗版。

面向人员岸滩行进的三维路径规划算法研究

针对当前无法为人员岸滩行进提供科学合理的路径规划这一问题,论文基于蚁群算法提出了面向岸滩行进的最优路径规划算法。首先对基本的蚁群算法进行了改良,包括路径搜索方式、信息素更新策略和启发函数的合理设计等,改善了算法的收敛效率;然后定量结合多类岸滩场路径规划影响因子,构建了满足岸滩行进的代价函数;最终实现了面向岸滩行进的算法构建。该算法可为实现复杂地形条件下岸滩行进的最优路径解算和基于蚁群算法的相关三维路径规划分析研究提供参考借鉴。

基于物理关联深度学习的海浪浪高预测方法

精确的海浪有效波高(简称浪高)预测对于海上生产生活具有重要意义。针对现有海浪浪高预测模型对不同海洋要素间关联信息考虑不足,以及长时序浪高数据本身存在非平稳性的问题,本文设计了一种考虑物理约束与差值约束的海浪浪高时间序列预测方法。该方法基于风速与浪高之间的物理关联,设计物理约束,并通过提取差分信息设计差值约束,结合现有基于深度学习的时间序列预测模型,实现浪高预测。采用黄海和东海的6个不同站点浮标数据进行了大量实验。实验结果表明,本文提出的方法可以利用海洋要素间的物理关联,有效提高浪高预测精度,并避免因不同要素间融合造成的信息间干扰;同时,利用差值约束,限制时间序列预测结果的变动范围。本文方法可以与不同类型的时间序列预测模型相结合,显著提升原有模型的性能,并在长时间序列的预测中体现出很好的鲁棒性,为海洋要素预测中物理与数据驱动模型的有效结合提供了思路和验证。

水深点与等深线协同综合的强化学习方法

针对当前海图中水深点与等深线两要素的自动综合过程相对独立,二者相互影响考虑不够充分,导致结果不够理想的问题,提出一种水深点与等深线协同综合的强化学习方法。首先,获取用于水深点与等深线协同综合的训练样本;然后,构建并训练强化学习模型,挖掘水深点与等深线在综合过程中的相互影响关系;最后,利用训练后的模型,动态自适应调整水深点与等深线的综合策略。试验结果表明,在航海安全保证的可靠性、制图综合结果的图理性、海底地貌表达的准确性及海图要素分布的美观性等方面,强化学习法的性能均要优于当前常见的简单综合法、冲突避免法及协调水深法,更适用于处理水深点与等深线的协同综合问题。

天基引导对海打击杀伤链构建方法

针对远海作战条件下传统侦察手段保障对海精确打击受限的问题,提出一种基于天基侦察信息引导对海打击的杀伤链构建方法。明确天基引导对海打击杀伤链的基本定义,设计该杀伤链的一般作战流程;建立杀伤链模型,提出打击能力和闭合时间两类性能评估指标及其综合评估方法;设计了杀伤链的构建算法,可以遍历寻找打击每一个目标的所有杀伤链,并按照性能指标评估方法将杀伤链进行排序输出。在实验验证中,基于某作战想定生成了45种杀伤链结果,验证了该方法的合理性。

基于MODWT变换的海洋重力观测航行数据滤波方法

厄特弗斯效应是动态海洋重力测量的主要误差来源,厄特弗斯改正精度与航速和航向角精度密切相关。本文从最大重叠离散小波变换系数的分布特性入手,利用改进的定量化Lipschitz条件来确定观测曲线的正则性,提出了一种海洋重力观测中含噪航行数据的滤波方法,该方法在抑制噪声干扰的同时能够很好地保留测量信号的局部特征。本文提供了两组海洋重力测量中航速和航向角数据的处理结果,充分验证了本文方法的可靠性与有效性。

多波束测深系统海底目标探测能力评估方法

为了有效衡量多波束测深系统的目标探测性能,提高舰船水下目标搜寻、援潜救生和打捞能力等,对当前多波束测深系统目标探测问题进行分析,推导了多波束测深系统目标探测分辨率估计模型。以SONIC 2024型多波束测深系统为例,分析了不同水深下在多波束测深系统垂直航迹方向、沿航迹方向分辨率的变化规律及量级大小,对覆盖宽带和航速等参数指标设置提出了合理建议,为多波束测深系统目标探测能力的准确评估提供依据,具有一定参考价值。

基于锋线提取和VMD-LSTM的东海黑潮温度锋强度预测

东海黑潮锋是黑潮与东海陆架水的交界,对东海海洋环境和气候变化产生重要影响。本文基于JCOPE2M(Japan Coastal Ocean Predictability Experiment 2 Modified)再分析数据和WOA23(World Ocean Atlas2023)气候态平均数据,结合等温线和纬向最高温度梯度提取东海黑潮锋的锋线,针对东海黑潮锋强度存在不同时间尺度变化的特性,构建了基于变分模态分解(Variational Mode Decomposition, VMD)和长短期记忆网络(Long Short-Term Memory, LSTM)的预测模型,研究结果表明:本研究提出的锋线识别方法适用于全水深和弱锋区域,在东海黑潮锋识别中取得了较好的效果;通过锋线提取得到的东海黑潮锋强度序列可分解为趋势变化项、周期变化项及不规则波动变化项,次表层水锋强显著高于表层和中层水,并呈逐年递增的趋势,可达0.033 4 (℃/km)/a;VMD-LSTM组合模型预测的东海黑潮锋强度与原始值的接近程度高,预测效果优秀,精度较季节性差分自回归滑动平均模型和LSTM模型提升显著,具有一定的推广价值。

星载激光雷达观测大气气溶胶成分研究

基于CALIPSO卫星的气溶胶类型产品,研究和分析台湾海峡海域在2008至2018年期间各类型大气气溶胶的时空分布特征:1) 受北方沙尘气候和季风气候的影响,台湾海峡主导气溶胶类型为清洁大陆型(34%),煤烟型(27%)和沙尘海洋型(15%),合计占比75%以上;2) 不同类型气溶胶的垂直分布特点差别明显:其中清洁海洋型、污染大陆型、沙尘海洋型主要分布在2500米之下,沙尘型、污染沙尘型、煤烟型分布在2500米之上;3) 各类型气溶胶占比时间变化随季节变化明显,主要集中在春季,冬季其次,秋季比冬季略低,夏季最低。