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水上水下一体化测绘关键技术研究

水上水下一体化测绘关键技术研究

作者：帅晨甫上海海洋大学

学位级别：硕士

海洋测绘是一门研究海洋、江河、湖泊以及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的学科,是测绘学的一个重要分支,是一切海洋军事、海洋科学研究及开发和利用活动的基础。其中水上水下一体化测绘... 详细信息

海洋测绘是一门研究海洋、江河、湖泊以及毗邻陆地区域各种几何、物理、人文等地理空间信息采集、处理、表示、管理和应用的学科,是测绘学的一个重要分支,是一切海洋军事、海洋科学研究及开发和利用活动的基础。其中水上水下一体化测绘作为海洋测绘的一个分支有着极其重大的意义。传统的海岛礁、河岸测绘通常采用地面RTK配合全站仪以及水下单波束测深仪进行的,该种方法受到地形地貌、环境条件等制约因素的影响通常测绘效率不高。如何高效地同时获取水上和水下地形地貌数据成为测绘学界的难题。基于此本文在实施海洋强国的时代背景下,将船载激光雷达扫描系统和多波束声呐测深系统相结合,组成水上水下一体化测绘系统具有极大的创新性和实用性。本文围绕船载激光雷达扫描系统和多波束声呐测深系统组成的水上水下一体化测绘系统进行数据采集和地物分类开展以下研究:(1)本文详细地介绍了船载激光雷达扫描系统和多波束测深系统的原理、组成,使用秒脉冲PPS解决了多传感器的高精度时间同步问题并将多传感器进行刚性连接解决了空间配准问题,提出了一套切实可行的水上水下一体化测绘的解决方案。(2)对船载激光雷达扫描数据和导航定位定向系统数据进行解析,联合解算生成三维点云数据,并利用检校场对船载激光雷达数据进行安置角偏差消除,经验证船载激光雷达扫描系统精度达到厘米级,满足1:1000精度的地图绘制。并对多波束测深系统进行粗差剔除、潮位改正、声速改正和换能器安装偏差补偿等水深数据改正处理以达到多波束测深系统的最优状态。(3)分析了水上水下一体化测绘系统噪声的来源,介绍了几种常用去噪算法,并对船载激光雷达扫描系统和多波束测深系统的数据分别进行半径滤波法自动去噪处理,取代了传统人机交互的去噪方式,大大提升了效率,能够节约70%以上的内业处理时间,为高效测绘提供了技术支持。(4)本文创新地将改进的Point Net网络与目前精度较高的大场景语义分割Rand LA-Net神经网络应用于水上水下一体化点云数据进行分割,以原始点云数据和三维特征作为输入分别达到了86.57%和87.81%的总体分类精度,验证了方法的准确性和普适性,可应用于大部分船载水上水下一体化测绘场景点云数据的语义分割。本文利用了如今高效的深度学习和人工神经网络算法,针对水上水下一体化点云数据和大部分激光雷达场景点云数据进行语义分割,实现了地物分类,为后续生成DEM和三维重建等工作提供了有效的方法。

关键词：水上水下一体化测绘船载激光雷达多波束测深系统点云去噪深度学习语义分割

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多波束点云滤波算法初步研究及适用性分析

海洋测绘 2021年第5期41卷 12-16页

作者：崔晓冬沈蔚帅晨甫惠笑上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海河口海洋测绘工程技术研究中心上海201306 国家海洋局东海信息中心上海200137 中船勘察设计研究院有限公司上海200063

为提高多波束数据处理的准确性和简便性,研究了多波束水深点云处理的策略和关键算法,构建了kd-tree(k-dimensional tree)结构加速点云查找,针对大尺度噪点设计了半径滤波和统计滤波算法,针对小尺度噪点提出了双边滤波算法,并对以上算法... 详细信息

为提高多波束数据处理的准确性和简便性,研究了多波束水深点云处理的策略和关键算法,构建了kd-tree(k-dimensional tree)结构加速点云查找,针对大尺度噪点设计了半径滤波和统计滤波算法,针对小尺度噪点提出了双边滤波算法,并对以上算法的适用性进行了探讨分析。实验结果表明,当设置适合的滤波阈值,半径滤波和统计滤波能高效去除大尺度噪点,且保留地形特征,总误差分别为2.25%和2.76%。在大尺度噪点去除的基础上,改进的双边滤波可以实现地形平滑的同时,保持水深点云的有效数据量。研究成果为多波束点云数据的自动化处理提供了解决方案,对多波束测量工作的效果和效率提升做了有益尝试。

关键词：滤波算法半径滤波统计滤波双边滤波多波束点云数据

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船载移动激光三维测量系统安置角偏差检校

测绘通报 2020年第2期 126-130页

作者：沈蔚帅晨甫惠笑栾奎峰张华臣马建国上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海河口海洋测绘工程技术中心上海201306

船载移动激光三维测量系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航测量单元等于一体的多传感器集成系统,具有效率高、精度高、三维测量等特点,可解决码头、河道、海岛礁测绘中传统方法难以测量的难题。船载移动激光三维测量系统的高精... 详细信息

船载移动激光三维测量系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航测量单元等于一体的多传感器集成系统,具有效率高、精度高、三维测量等特点,可解决码头、河道、海岛礁测绘中传统方法难以测量的难题。船载移动激光三维测量系统的高精度时空同步是实现数据融合和高精度三维测量的保证,安置角偏差检校是船载移动激光三维测量的关键步骤。本文首先分析了船载移动激光三维测量系统中相关坐标系之间的转换关系,提出了一种以桥体为检校场的安置角偏差消除方法。该方法在时空配准的基础上,通过扫描测线内桥体结构的偏移量分别计算侧滚角、俯仰角及航向角的安置角偏差,最后通过控制点验证误差改正后的测量精度。试验结果证明,本文方法易于实施,且具有较高的准确性,能够有效保障船载移动激光测量数据的质量和精度。

关键词：安置角偏差检校时空同步船载移动激光测量系统

尺度重组视角下英国大都市区治理实践及启示——基于英格兰6个大都市区研究

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城市规划学刊 2024年第4期 41-50页

作者：张栩晨 David SHAW 赵民张艺帅同济大学建筑与城市规划学院利物浦大学规划系自然资源部国土空间智能规划技术重点实验室香港大学建筑学院

全球化语境下，大都市区等区域空间已经成为参与全球竞争的主要载体，其治理问题亦成为区域空间研究的热点议题。从尺度重组视角出发，在梳理大都市区治理发展历程与研究内容的基础上，聚焦英格兰大都市区，从治理主体、治理工具和治理... 详细信息

全球化语境下，大都市区等区域空间已经成为参与全球竞争的主要载体，其治理问题亦成为区域空间研究的热点议题。从尺度重组视角出发，在梳理大都市区治理发展历程与研究内容的基础上，聚焦英格兰大都市区，从治理主体、治理工具和治理机制等三方面解析英国区域治理演进特征和运作模式。研究发现，在英国大都市区的治理过程中，治理主体从单一走向多元、治理工具从独立走向协作、治理机制从科层走向网络。基于英国经验的启示，针对我国区域治理尺度建构滞后于区域空间尺度重组的问题，从建立都市圈治理架构并界定主体权责、复合使用各类治理工具、完善区域网络治理体制机制等三方面作若干探讨。

关键词：尺度重组大都市区区域治理英格兰

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Overhauser磁力仪功能设计与实现

Overhauser磁力仪功能设计与实现

作者：师晨帅吉林大学

学位级别：硕士

Overhauser质子旋进磁力仪是一种用于测量磁场强度的标量磁力仪。它具有高采样率、高灵敏度和低功耗等特点,在地质勘探、火山与地震预测、考古发掘、航空航天、国防军事等领域得到广泛应用。由于其研制长期受到国外垄断,国家制定了实施... 详细信息

Overhauser质子旋进磁力仪是一种用于测量磁场强度的标量磁力仪。它具有高采样率、高灵敏度和低功耗等特点,在地质勘探、火山与地震预测、考古发掘、航空航天、国防军事等领域得到广泛应用。由于其研制长期受到国外垄断,国家制定了实施重大技术装备攻关工程的战略部署。为推动国产Overhauser磁力仪的产业化,弥补国产磁力仪在功能性方面与国外的差距。本文对自主研制的JOM-5SF陆地便携式和JOM-HJ1海洋基站式Overhauser磁力仪功能进行了设计和开发,推动了自研Overhauser磁力仪朝着商业化标准迈进。针对JOM-5SF陆地便携式系统在多种应用场景中的需求,本文为其设计了多种测量模式(基站模式、移动模式模式)的人机交互界面和测量时序。为了精确控制测量时序并避免潜在的冲突,综合采用了外部中断和直接内存访问(DMA)技术,高效地对Larmor信号的频率和幅度进行了实时分析计算。通过对比实验,深入探究了多台磁力仪时间同步误差对测量结果的影响,研究结果表明,时间同步误差越小,同步法得到的灵敏度值更加接近于在弱磁计量站进行的评估结果。为了提升多台磁力仪协同工作时的时间同步精度,开发了两种时间同步方法,分别基于串口通信和北斗/GPS(Global Positioning System)系统。将授时误差成功控制在10微秒以内,从而显著提升了多磁力仪系统的整体测量性能。经过专业机构检验,JOM-5SF磁力仪在所有测量模式下均表现出稳定的工作性能,且灵敏度达到商用仪器水平(0.0063n T@3s,0.0193n T@1s)。针对JOM-HJ1海洋基站Overhauser磁力仪系统在应用场景中的低功耗需求,设计实现了JOM-HJ1在60s采样周期时的低功耗测量模式。在此模式下,利用实时时钟(RTC,Real Time Clock)模块产生的周期性唤醒中断,结合微控制器的停止模式(Stop Mode),实现了一种智能的电源管理策略。通过精确调校硬件与软件参数,这一节能方案能够在确保磁力仪维持其高灵敏度(0.015n T@60s)的同时,将仪器平均功率从500m W降低到80m W以下,极大增强了其在极端条件下的可持续监测能力。最后,为了增强磁力仪在实际应用中的操作便捷性和用户体验,本文还为磁力仪系统设计了信号质量评价功能,磁场值图形显示功能,数据存取功能,上位机通信功能等。这些功能的集成不仅提升了磁力仪的测量性能,还极大地简化了用户的操作流程,保证了高效、精准的地磁数据采集与分析。本文通过以上研究工作,提高了Overhauser磁力仪系统成熟度,加速了国产Overhauser磁力仪系统产业化进程,为地震预测、地质勘探、考古发掘、海洋勘探等领域提供了重要的装备支持。

关键词：地磁探测 Overhauser磁力仪 Larmor信号嵌入式软件设计

基于无源电压纹波注入的24脉航空交直流变换器

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哈尔滨工程大学学报 2024年第3期45卷 590-598页

作者：史艳博葛红娟王永帅潘怡晨南京航空航天大学民航学院江苏南京211106 南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单... 详细信息

针对航空线性交流直流变换拓扑输入侧电流谐波含量高的问题,本文提出一种基于无源电压纹波注入单元的多脉波航空变压整流器,它由12脉变压器、2组整流桥、1个平衡电抗器和无源电压纹波注入单元组成。结合平衡电抗器和无源电压纹波注入单元,该拓扑利用12脉变压器和2组整流桥实现了24脉波直流输出。本文详细描述了基于纹波电压极性,通过等比例交替调整2组整流桥输出电压矢量幅值,形成新的输出电压矢量,达到脉波倍增的过程;推导了相关表达式。本文对提出的变压整流器的工作模式、等效容量、源侧谐波含量等展开了详细分析;研制了样机,并通过实验研究验证了拓扑的可行性和正确性。

关键词：变压整流器脉波倍增无源电压纹波注入谐波抑制匝比多电飞机平衡电抗器移相变压器

聚丙烯纳米塑料对生物脱氮和功能基因的影响及机制

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中国环境科学 2024年

作者：黄健徐军帅张华罗涛何春华刘俊帅子晨安徽建筑大学环境与能源工程学院环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室安徽省生态文明研究院工业园区污染治理与资源化利用安徽省联合共建学科重点实验室

选取了聚丙烯纳米塑料（PP NPs）为研究对象来探究其对生物脱氮的影响.通过水质、氮转化功能基因丰度和污泥系统物生物活性的检测，并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法，探索不同浓度PP NPs (1～100 mg/L)对生物脱氮和功... 详细信息

选取了聚丙烯纳米塑料（PP NPs）为研究对象来探究其对生物脱氮的影响.通过水质、氮转化功能基因丰度和污泥系统物生物活性的检测，并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法，探索不同浓度PP NPs (1～100 mg/L)对生物脱氮和功能基因的影响及机制.结果表明，随着PP NPs浓度升高，抑制作用增强.低浓度PP NPs对脱氮性能的影响较微弱，高浓度PP NPs（100 mg/L）影响明显.qPCR表明，除nirK基因和norB基因外，其余氮转化功能基因的丰度随PP NPs浓度的升高而逐渐降低.随着PP NPs浓度升高，污泥细胞氧化应激状态严重，导致细胞膜结构受损、细胞活性下降.Pearson相关性表明，理化参数与部分功能基因之间存在较强的相关性.1 mg/L PP NPs胁迫下，好氧末端硝氮与功能基因的负相关性变为正相关性.1～100 mg/L PP NPs胁迫下，出水氨氮与nxrA、nirK、norB基因间呈不同程度的正相关性.线性回归模型表明，amoA和nxrA是氨氧化和硝化的关键驱动因素，nirS是亚硝酸盐还原的关键驱动因素，nosZ和narG是反硝化的关键驱动因素.该研究从分子生物学角度揭示PP NPs对生物脱氮的影响及机制.

关键词：纳米塑料生物脱氮功能基因相关性线性回归模型

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基于侧扫声纳的人工鱼礁自动识别方法研究

海洋测绘 2019年第6期39卷 34-37,42页

作者：沈蔚马建国张进帅晨甫管明雷上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海河口海洋测绘工程技术研究中心上海201306 深圳大学海岸带地理环境监测自然资源部重点实验室广东深圳518060

人工鱼礁的投放是海洋牧场建设的重要措施,为实现大范围人工鱼礁信息的自动识别提取,提出了一套基于侧扫声纳影像的人工鱼礁自动识别方法。首先使用侧扫声纳后处理软件对采集的数据进行预处理,再对预处理后的图像进行均值平滑滤波整体... 详细信息

人工鱼礁的投放是海洋牧场建设的重要措施,为实现大范围人工鱼礁信息的自动识别提取,提出了一套基于侧扫声纳影像的人工鱼礁自动识别方法。首先使用侧扫声纳后处理软件对采集的数据进行预处理,再对预处理后的图像进行均值平滑滤波整体去噪、自适应平滑滤波局部去噪、极差滤波锐化图像、提取目标边缘判定目标、二值化,最后进行矩阵运算提取礁体及其声影区,最终获得鱼礁的位置信息。实验结果表明,本方法应用于两种侧扫声纳图像人工鱼礁识别,正确度达94%以上,完整度达85%以上,且具有良好的通用性,能够为海洋牧场建设中人工鱼礁投放质量评估提供科学的数据支撑。

关键词：侧扫声纳声学遥感目标识别数字图像处理人工鱼礁

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制种玉米根腐病病原鉴定及其内生拮抗菌筛选

西北农林科技大学学报(自然科学版) 2024年 1-10页

作者：甫文疆赵芸晨曹建新河西学院农业与生态工程学院西北农林科技大学资源与环境学院

【目的】明确河西走廊制种玉米根腐病的主要致病菌,并筛选对其具有拮抗作用的内生菌,为玉米根腐病的生物防治提供参考。【方法】采用组织分离法从患玉米根腐病的病株中分离纯化病原菌,按柯赫氏法则检测其致病性;从玉米健株内分离内生菌... 详细信息

【目的】明确河西走廊制种玉米根腐病的主要致病菌,并筛选对其具有拮抗作用的内生菌,为玉米根腐病的生物防治提供参考。【方法】采用组织分离法从患玉米根腐病的病株中分离纯化病原菌,按柯赫氏法则检测其致病性;从玉米健株内分离内生菌,通过平板对峙法筛选拮抗菌;分别采用形态学和分子生物学方法对致病菌FW8和5株内生拮抗菌Z8,Z42,Z142,Z51和Z46进行鉴定;采用盆栽试验和大田试验验证5株内生拮抗菌对玉米根腐病的防治效果及其对玉米植株的促生作用。【结果】采用组织分离法从患玉米根腐病病株中共分离得到9株病原菌,其中FW8菌株对玉米具有较强致病力,鉴定为禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)。从玉米健株内分离获得56株内生细菌,其中5株内生菌(Z8、Z42、Z142、Z51、Z46)高效拮抗,平均抑菌率均大于65.05%。经形态学、分子生物学鉴定及系统发育树构建,鉴定菌株Z8和Z42为多粘类芽孢杆菌(Paenibacillus polymyxa),菌株Z46为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens),菌株Z142和Z51为贝莱斯芽孢杆菌(***)。盆栽和大田试验结果表明,5株内生拮抗菌对玉米根腐病均有较好防治效果,最佳防效高达66.05%;此外,5株内生拮抗菌对玉米植株均有显著促生效果(P<0.05)。【结论】禾谷镰刀菌(***)可导致制种玉米根腐病发生,多粘类芽孢杆菌*** Z142、*** Z51,贝莱斯芽孢杆菌*** Z142、*** Z51和解淀粉芽孢杆菌*** Z46均对制种玉米根腐病具有明显防治作用,同时对玉米植株有良好的促生效果。

关键词：制种玉米根腐病禾谷镰刀菌内生拮抗菌病原鉴定