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基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究

海洋测绘 2024年第1期44卷 26-30页

作者：罗宇王浩辛明真程梦迪张世照亓家宝山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一... 详细信息

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明:在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。

关键词：水声定位 BELLHOP模型时延测距抗多径宽带扩频

黑潮延伸体中甲基环己烷降解菌的微生物多样性研究

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应用海洋学学报 2024年

作者：冯珂李颖超李淑君刘金艳郝童郑立崔志松自然资源部第一海洋研究所山东省海洋资源与环境研究院山东省海洋生态修复重点实验室山东科技大学

原油中含有50%～98%的烃类化合物，而环烷烃占这些烃类化合物的20%～45%。环烷烃对水生动物和人类具有明显的毒性作用，其环境效应不容忽视。然而，目前国内外关于环烷烃微生物降解的研究工作却十分有限。黑潮延伸体(Kuroshio extensio... 详细信息

原油中含有50%～98%的烃类化合物，而环烷烃占这些烃类化合物的20%～45%。环烷烃对水生动物和人类具有明显的毒性作用，其环境效应不容忽视。然而，目前国内外关于环烷烃微生物降解的研究工作却十分有限。黑潮延伸体(Kuroshio extension，简称KE)不仅具有复杂的水动力过程，其水体微生物多样性也非常丰富。本研究以KE为研究对象，以甲基环己烷(methylcyclohexane，简称MCH)作为唯一碳源和能源对KE表层、中层和深层的海水进行富集和转接培养实验，并通过16S rRNA高通量测序技术对KE中MCH降解菌的微生物多样性及群落组成进行分析。α多样性分析结果表明，MCH的添加使微生物群落的丰度和多样性显著降低。采用PLS-DA分析了各处理组之间的群落组成差异，与自然微生物群落相比，MCH的添加使微生物群落结构发生了明显的变化，形成了独立特征的微生物群落。通过物种组成分析得出，KE的中层和深层海水中存在MCH降解菌，主要包括科贝特氏菌属(Cobetia)、假交替单胞菌属(Pseudoalteromona)、交替单胞菌属(Alteromonas)、副栖海冰菌属(Paraglaciecola)、栖盐田菌属(Salinicola)、盐单胞菌属(Halomonas)和潜在新属C1-B045等。该研究为海洋环境中石油污染相关的生物修复工作提供必要的微生物新资源，同时丰富了我们对黑潮延伸体海域中存在的环烷烃降解微生物多样性的认知，为后续深入开发利用黑潮延伸体的微生物资源提供了参考依据。

关键词：黑潮延伸体环烷烃甲基环己烷富集转接微生物多样性

基于DPC算法的星载激光雷达数据去噪方法在水深测量中的应用

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海洋通报 2024年第5期43卷 632-638页

作者：陈鲁宾李杰孟文君董志鹏唐秋华山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590

美国冰、云和陆地高程二号卫星(The Ice,Cloud,and Land Elevation Satellite-2,ICESat-2)是ICESat卫星的继任者,旨在监测地球的冰盖、冰川、海洋和陆地高程的变化等,其携带的地形激光高度计系统(ATLAS)发射532 nm波长的激光,具备一定... 详细信息

美国冰、云和陆地高程二号卫星(The Ice,Cloud,and Land Elevation Satellite-2,ICESat-2)是ICESat卫星的继任者,旨在监测地球的冰盖、冰川、海洋和陆地高程的变化等,其携带的地形激光高度计系统(ATLAS)发射532 nm波长的激光,具备一定的水体穿透能力。作为光子计数式激光雷达,ICESat-2的数据易受外界环境影响而接收到大量噪声光子,导致光子数据密度分布不均匀。本文提出了一种基于密度峰值聚类(Density Peak Clustering,DPC)算法的光子去噪方法,通过数据集的欧式距离计算局部密度作为点云数据的属性,采用基尼指数自适应选择最优截断距离,分别对日间和夜间数据进行多次实验,得出了两类数据的局部密度阈值参数。本文选取三处实验区域进行信号光子去噪分析,使用本文方法的去噪精度F值优于官方置信度标签去噪和传统密度聚类算法(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN),可以应用于星载激光雷达数据去噪处理。最后,对去噪后的华光礁区域信号光子进行折射校正,与收集的DEM数据进行对比可见,结合本文去噪方法可以使用ICESat-2数据进行浅水域的水深测量。

关键词： ICESat-2卫星光子去噪水深测深 DPC算法基尼指数

海南岛西部近岸海底沙波几何参数及其与环境变量的关联性分析

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海洋学报 2024年第2期46卷 52-63页

作者：何艺玮马小川高敏龚腾中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590

在发育复杂海底沙波的海域,对整个海域沙波几何参数空间分布规律的定量研究较为少见,且沙波复杂几何参数与环境变量的关联性尚未厘清。基于海南岛西部实测水深数据、沉积物粒度数据和流速数据,量化和提取了研究区的环境变量;并利用沙丘... 详细信息

在发育复杂海底沙波的海域,对整个海域沙波几何参数空间分布规律的定量研究较为少见,且沙波复杂几何参数与环境变量的关联性尚未厘清。基于海南岛西部实测水深数据、沉积物粒度数据和流速数据,量化和提取了研究区的环境变量;并利用沙丘参数自动提取和分析方法计算了复杂海底沙波的形态参数,分析了沙波几何参数之间及其与环境变量的相关性。结果表明:研究区海底沙波形态特征复杂多变,平均波长范围为64~340 m,平均波高为0.39~4.13 m。波高与陡峭度、背流面平均角度存在强正相关性,波长与对称度之间存在强正相关性,沉积物中值粒径与背流面平均角度和波高之间存在较强正相关性。研究区海底沙波的发育特征受水深的影响较小。潮流作用下沉积物运移方式以推移质运移为主,海底沙波受到的侵蚀作用较弱;沙波演化以垂向生长和迁移为主,沙波波高增长优先于波长增大。在稳定潮流背景下,区域沉积物供应以及沉积物粒度均能影响海底沙波的规模。

关键词：沙波几何参数沉积物相关性分析分布特征

基于Argos漂流浮标资料的南海及邻近海域次中尺度涡识别及特征分析

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海洋科学进展 2024年第3期42卷 490-500页

作者：崔虎山孙佳郭延良熊学军山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061 山东省海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

次中尺度涡作为连接中尺度涡和微小湍流之间的纽带,对海洋中能量串级和物质输运具有重要的影响。为研究南海及邻近海域次中尺度涡的分布特征和变化规律,本文开发了一种基于拉格朗日漂流轨迹几何特征的次中尺度涡识别方法,并对全球浮标... 详细信息

次中尺度涡作为连接中尺度涡和微小湍流之间的纽带,对海洋中能量串级和物质输运具有重要的影响。为研究南海及邻近海域次中尺度涡的分布特征和变化规律,本文开发了一种基于拉格朗日漂流轨迹几何特征的次中尺度涡识别方法,并对全球浮标计划中2000年至2022年进入研究海域的1 685个Argos漂流浮标轨迹数据进行了分析,共识别得到11 988个次中尺度涡。研究海域次中尺度涡的半径和生命周期呈正相关,多在3 km和24 h以内,反气旋涡与气旋涡数量之比约为5∶1。次中尺度涡高频出现于南海北部,由吕宋海峡西北部沿陆坡向西南方向递减。在中南半岛南部,次中尺度气旋涡相对更为活跃。研究海域次中尺度涡季节变化信号明显,冬、夏季相对活跃,春、秋季较少。

关键词： Argos漂流浮标次中尺度涡涡旋识别南海及邻近海域

OPC-MCA固化剂对盾构废泥的固化性能及其微观作用机制研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第4期55卷 1492-1508页

作者：张恒根王卫华邓声贵何昊刘涛山东省海洋环境与地质工程重点实验室中国海洋大学山东青岛266100 中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 青岛海洋科技中心海洋地质过程与环境功能实验室山东青岛266237

通过添加高炉矿渣(GGBS)、脱硫石膏(FGDG)、铝酸钙粉、生石灰和明矾到普通硅酸盐水泥P.O42.5(OPC)中,制备一种新型盾构废泥改良材料OPC-MCA。首先,通过正交测试法确定OPC-MCA中各原料的最优配比。然后,使用该材料和OPC在10%~40%的掺量... 详细信息

通过添加高炉矿渣(GGBS)、脱硫石膏(FGDG)、铝酸钙粉、生石灰和明矾到普通硅酸盐水泥P.O42.5(OPC)中,制备一种新型盾构废泥改良材料OPC-MCA。首先,通过正交测试法确定OPC-MCA中各原料的最优配比。然后,使用该材料和OPC在10%~40%的掺量下处理芜湖市城南过江隧道工程产生的盾构废泥,并检测不同固化时间(3、7、28 d)下的抗压强度。最后,采用扫描电镜(SEM)、工业CT系统和X射线衍射(XRD)观察和分析固化后废泥试样的微观形貌、孔隙和裂纹特征以及矿物成分变化。研究结果表明:OPCMCA的最优材料配比为51%OPC、32%GGBS、8%FGDG、5%铝酸钙粉、3%生石灰、1%明矾;OPCMCA对芜湖盾构废泥的固化能力比OPC的强,在低掺量情况下更是如此;固化剂掺量和固化时间的增加会导致试样强度增加、脆性增强,并使部分试样转变为拉伸破坏;在OPC-MCA固化的试样中检测到了OPC固化试样中未检测到的水化硅铝酸钙(C-A-S-H)和单硫型硫铝酸盐(AFm),并且钙矾石(AFt)含量也更高;在同等掺量下,OPC-MCA固化试样中大尺寸孔隙的比例以及孔隙的总体积均比OPC固化试样的小。

关键词：盾构废泥固化剂 CT扫描力学性能反应机理

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一种基于重力正演理论的海底地形反演迭代算法

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 64-74页

作者：公维梁屠泽杰孙月文邢赛赵福玺阳凡林山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590 浙江省水利河口研究院(浙江省海洋规划设计研究院) 浙江杭州310020

重力数据反演海底地形的方法是获取全球海底地形数据的重要途径。针对传统地形反演算法需要间接引入经验参数的问题,本研究以不采用经验公式为原则,从空间域方法入手,结合重力正演公式,建立重力异常与地形之间的解析观测方程,采用最小... 详细信息

重力数据反演海底地形的方法是获取全球海底地形数据的重要途径。针对传统地形反演算法需要间接引入经验参数的问题,本研究以不采用经验公式为原则,从空间域方法入手,结合重力正演公式,建立重力异常与地形之间的解析观测方程,采用最小二乘方法进行求解。为了得到观测方程最优解,建立牛顿迭代关系,引入正则化参数,增强方程组的收敛性。顾及边缘效应对正演的影响,采用双线性插值算法对原始重力异常数据进行加密处理和无约束网格扩充以削弱误差。在太平洋海域(155°E~156°E,16°N~17°N)构建了1′×1′分辨率的海底地形模型,并通过船测水深数据验证。相比于传统空间域算法——重力地质法,本研究方法的均方根误差降低了12.7%,验证了其可行性与准确性。

关键词：重力数据重力正演地形反演正则化参数边缘效应

基于多维度声学特征优选的多波束海底底质分类

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海洋通报 2024年第2期43卷 198-209页

作者：宋佰万付明生崔晓东牛冲山东省地质测绘院山东济南250000 山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590

海底表层底质分布信息的准确获取在构建海洋基础地理数据库中发挥着重要作用。目前,多波束是实现大范围海底底质分类的有效手段之一,基于多波束测深和反向散射强度数据所派生的声学特征被广泛应用于底质分类建模。然而,随着特征维度的增... 详细信息

海底表层底质分布信息的准确获取在构建海洋基础地理数据库中发挥着重要作用。目前,多波束是实现大范围海底底质分类的有效手段之一,基于多波束测深和反向散射强度数据所派生的声学特征被广泛应用于底质分类建模。然而,随着特征维度的增加,特征空间中存在的无关和冗余特征严重影响底质分类精度。为了定量评估声学特征对底质类别的表征能力,并消除无效特征对分类结果的干扰,本文提出了基于多维度声学特征优选的海底底质分类方法。首先,结合实际底质样本的物理属性对多维特征进行排序和优选,排除冗余和无关特征。其次,分别应用支持向量机、随机森林和深度信念网络构建海底底质监督分类模型。通过利用爱尔兰海南部多波束调查数据和实地取样信息进行试验,结果表明提出方法对海底底质的总体分类精度和Kappa系数分别最高达到了86.20%和0.834,相较于主成分分析和熵指标特征选择方法有明显提高,突出了该方法在海底底质探测及制图的应用潜力。

关键词：海底底质分类多波束测深系统特征优选反向散射强度海底地形

基于三角面元的海岸带机载/船载LiDAR点云配准方法研究

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山东科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期43卷 41-50页

作者：程玉璐于孝林王贤昆孔锁财宿殿鹏阳凡林山东科技大学测绘与空间信息学院山东青岛266590 自然资源部海洋测绘重点实验室山东青岛266590 自然资源部北海调查中心山东青岛266061 山东瑞智飞控科技有限公司山东青岛266590

机载LiDAR系统与船载LiDAR系统是获取海岸带点云数据的常用方式。两种测量系统所测数据具有空间差异性和互补性,对这两类非同源点云数据进行配准具有重要意义。本研究提出一种基于三角面元的LiDAR点云配准算法,根据空间分布将目标点云... 详细信息

机载LiDAR系统与船载LiDAR系统是获取海岸带点云数据的常用方式。两种测量系统所测数据具有空间差异性和互补性,对这两类非同源点云数据进行配准具有重要意义。本研究提出一种基于三角面元的LiDAR点云配准算法,根据空间分布将目标点云分割成若干不规则的三角面元作为配准基元,利用点-面变换模型,最小化源点云中的测量点与其平面位置处的三角面元间的距离,最终实现海岸带区域点云配准。实验结果表明,配准前后的样本点距离平均误差和点-面距离均方根误差分别从3.30和1.51 m降低到0.76和0.17 m,本研究基于三角面元的点云配准方法可以有效消除海岸带非同源点云数据测量空隙、角度偏差等现象。

关键词：点云配准海岸带机载激光雷达船载激光雷达 Delaunay不规则三角网