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低频小振动能量收集的伞型摩擦纳米发电机

中国电机工程学报 2024年第10期44卷 4103-4111,I0030页

作者：刘安国苏玉香罗健锋赵柯洋赵西增浙江海洋大学海洋工程装备学院浙江省舟山市316022 浙江大学海洋学院浙江省舟山市316021

针对摩擦纳米发电机功率密度低、触发难、耐久度差的问题,该文设计一种伞型摩擦纳米发电机(umbrella-shape triboelectric nanogenerator,U-TENG)用于收集低频小振动能量。U-TENG以纸基作为连接机构,使上下伞叶在振动环境中进行有序开合... 详细信息

针对摩擦纳米发电机功率密度低、触发难、耐久度差的问题,该文设计一种伞型摩擦纳米发电机(umbrella-shape triboelectric nanogenerator,U-TENG)用于收集低频小振动能量。U-TENG以纸基作为连接机构,使上下伞叶在振动环境中进行有序开合,可以有效增加摩擦层数量、增大接触面积、改善接触面的贴合效果。另外,在摩擦电单元的设计上,通过叠放氟橡胶提高导电层上的感应电荷量,以优化电能输出性能。实验结果表明:当两个摩擦电单元并联运行时,UTENG的最大短路电流和开路电压分别能够达到125.9μA和804 V;在低频小幅振动下其瞬时功率密度最高达到509.3 W/m^(3);U-TENG可以收集环境中不同形式的振动能,以收集脉冲式振动的能力尤为突出,最多可驱动960个LED灯。该方法可为环境中低频振动能的高效捕获提供思路。

关键词：摩擦纳米发电机伞型振动能收集高能量密度叠加输出

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一种自适应的三维荧光光谱去散射方法

光谱学与光谱分析 2024年第4期44卷 969-976页

作者：伍卓慧黄冰佳李学勤王晓萍浙江大学海洋学院浙江舟山316021 浙江大学海南研究院海南三亚572025 海洋感知技术与装备教育部工程研究中心浙江舟山316021

三维荧光光谱因其数据量大、灵敏度高等优点,在食品科学、分析化学、生物化学和环境科学等领域应用广泛。然而,因为同时存在瑞利散射和拉曼散射,给三维荧光光谱的定量分析和数据显示带来了困难。因此,在数据处理前期,消除散射干扰对其... 详细信息

三维荧光光谱因其数据量大、灵敏度高等优点,在食品科学、分析化学、生物化学和环境科学等领域应用广泛。然而,因为同时存在瑞利散射和拉曼散射,给三维荧光光谱的定量分析和数据显示带来了困难。因此,在数据处理前期,消除散射干扰对其具有重要意义。在已有方法中,对较低浓度溶液和散射峰与物质荧光信号重叠严重光谱的去散射算法的研究相对空白。针对现有问题,提出了一种自适应的三维荧光光谱去散射方法。首先,该方法通过减去每次实验获取的溶剂的光谱基线来校正拉曼散射和背景干扰。然后综合考虑散射峰与物质峰的荧光强度和重叠程度将光谱分为五类情况对应三个重叠等级:无重叠、微弱重叠和严重重叠,分别采用置零法、分段三次Hermite插值多项式算法和高斯拟合-分段三次Hermite插值多项式耦合算法对瑞利散射进行校正处理。此方法基于一维插值,仅对单个发射光谱进行研究,降低了算法复杂度,计算时间较短。通过对酪氨酸、黄腐酸、萘乙酸和罗丹明B四种典型有机化合物进行实验,评估了该方法扣除散射干扰的有效性。并且与现阶段研究中使用最多的Delaunay三角形内插值法进行比较,以重叠区域散射校正后的数据对四种有机化合物分别进行浓度回归,此自适应方法所得的平均决定系数为0.9962,相比于Delaunay三角形内插值法提高了5.04%。同时,通过对比天然有机化合物黄腐酸分别经此方法和Delaunay三角形内插值法进行散射校正后的三维荧光光谱,进一步证明了该方法更好地保持了物质荧光光谱区域的结构特征,有效地避免了过拟合现象的发生。最后,利用该方法对模拟突发污染水样进行监测,验证了此方法具有很好的普适性,有实际应用价值,为三维荧光光谱去散射提供了一种新的思路。

关键词：三维荧光光谱瑞利散射拉曼散射自适应去散射

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遥感统计推断理论与应用初探

光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 891-900页

作者：朱渭宁浙江大学海洋学院东海实验室浙江舟山316021

提出一种新的介于遥感分类(定性分析)与遥感反演(定量分析)之间的遥感定性-定量分析方法,即遥感统计推断。遥感统计推断在理论上基于统计光学和概率分布变换,主要研究在一定区域范围内的地物参数的概率分布特征(如土壤的湿度、温度,水... 详细信息

提出一种新的介于遥感分类(定性分析)与遥感反演(定量分析)之间的遥感定性-定量分析方法,即遥感统计推断。遥感统计推断在理论上基于统计光学和概率分布变换,主要研究在一定区域范围内的地物参数的概率分布特征(如土壤的湿度、温度,水体盐度、叶绿素浓度等)如何改变和影响传感器所观测到的光学参数(如地表反射率、水体的遥感反射率等)的概率分布特征(称之为光谱概率分布),以及如何基于传感器观测到的光谱概率分布去反向推断地物参数在此区域内的统计分布特征,从而为刻画地物参数提供相应的定性与定量信息。相比于传统的遥感分类和反演,遥感统计推断的优点在于:(1)能够快速地获取地物参数的全局统计特征,如均值、方差、极值等等,而不需要反演分析每一个像素光谱,这一优点对于当前很多基于大数据、高分辨率的遥感应用尤为重要,因为有些应用部门的管理人员最感兴趣的往往是管理对象(如湖泊、水库、农田)的整体特征,他们并不需要知道在每一个像素处的地物参数的大小;(2)地物的光谱概率分布可以直接用于地物的分类研究,提供了一种有别于基于像素光谱签名特征的传统遥感分类的新分类方法,这种方法提供的是研究区域的整体分类(如一个湖泊的分类)而不是每个像素的分类(如水质的分类);(3)遥感统计推断可以为遥感反演建模提供辅助信息,基于这些信息调整反演模型的函数和/或参数,使得反演模型结果的统计特征与遥感统计推断的结果相匹配。该文简要介绍了遥感统计推断的一些基本概念、原理以及其相较于遥感分类和反演的优势、推断的适用对象和面向推断的遥感数据处理方法,分析了国内主要湖泊水体的光谱概率分布特征,并基于杭州西湖实地采测数据,提出了一种基于自展法(bootstrap-based)的用于推断关键统计分布参数(例如西湖悬浮颗粒浓度的平均值)的简易遥感统计推断方法。

关键词：遥感统计推断光谱概率分布统计光学水色遥感自展法

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孤立波与多排水平板相互作用的数值研究

海洋工程 2024年

作者：李慧敏丁伟业蔡涛孙宏月赵西增浙江大学海洋学院 .浙江海洋大学船舶与海运学院浙江海洋大学海洋工程装备学院

利用FLUENT进行二维波浪水槽数值模拟，对孤立波作用下多排水平板的水动力特性开展研究。首先，通过与实验结果的对比，验证数值模型在处理孤立波与水平板相互作用问题上的准确性。然后分析相对波高、板宽、相对板间隙和相对潜深等参数... 详细信息

利用FLUENT进行二维波浪水槽数值模拟，对孤立波作用下多排水平板的水动力特性开展研究。首先，通过与实验结果的对比，验证数值模型在处理孤立波与水平板相互作用问题上的准确性。然后分析相对波高、板宽、相对板间隙和相对潜深等参数对多排水平板消浪性能的影响，通过分析流场和涡量场，讨论多排水平板结构的消波机理。研究表明：当相对板间隙j/B在0.02～0.1范围内时，多排水平板的消浪效果达到最好，优于单排水平板。多排水平板为水体交换提供了空间，并降低了结构受力，在减少施工用料的同时还具有良好消浪能力。

关键词：多排水平板反射系数透射系数能耗系数涡量场

改进鱼类营养和饲料研究范式:从大口黑鲈和大黄鱼配合饲料在养殖生产中的应用谈起

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水产学报 2024年第4期48卷 222-240页

作者：王岩浙江大学海洋学院

鱼类营养和饲料研究起始于20世纪50年代，并借鉴对人类和畜、禽营养研究的经验建立了研究范式。在过去70年中，鱼类营养和饲料研究遵循已有的范式取得了大量的成果，这些研究成果推动了水产配合饲料技术的进步，为水产饲料产业从无到有... 详细信息

鱼类营养和饲料研究起始于20世纪50年代，并借鉴对人类和畜、禽营养研究的经验建立了研究范式。在过去70年中，鱼类营养和饲料研究遵循已有的范式取得了大量的成果，这些研究成果推动了水产配合饲料技术的进步，为水产饲料产业从无到有、从小到大做出了贡献。然而，随着全球水产养殖规模的不断扩大，水产养殖产业面临的资源和环境压力日益增加，对水产饲料也提出了更多和更高的要求。养殖生产实践表明，根据一些肉食性鱼类营养和饲料研究结果设计配方生产的饲料不能取得预期的应用效果，这意味着遵循已有研究范式所得到的结果难以完全满足现代鱼类养殖生产的需要。本文总结了两种具有重要经济价值的肉食性鱼类(大口黑鲈和大黄鱼)配合饲料在养殖生产中应用的曲折历程，指出早期研究明显低估了饲料蛋白水平是导致配合饲料长期无法在养殖生产中成功应用的主要原因。早期研究报道大口黑鲈的饲料蛋白需求为400～440 g/kg，大黄鱼的饲料蛋白需求为450～470 g/kg，但投喂配合饲料的鱼的生长明显比投喂冰鲜鱼的鱼慢。重新评估发现大口黑鲈和大黄鱼饲料蛋白需求分别为480～510 g/kg和490～520 g/kg，投喂含适量蛋白的配合饲料时鱼生长与投喂冰鲜鱼时接近。对大口黑鲈和大黄鱼饲料蛋白需求的明显低估反映出已有鱼类营养和饲料研究范式中存在不足，其表现为：(1)强调食物对鱼类生长的影响，但忽视了鱼类遗传背景和食物外的其他环境条件对鱼类生长和摄食的作用；(2)强调鱼类个体生长可反映其营养需求和饲料质量，但忽视了鱼类个体生长并不能完全反映养殖产量和效益；(3)强调生长和饲料利用效率在评价水产养殖效益方面的重要性，但忽视了投饵养殖对自然资源和环境所产生的负面影响是限制水产养殖可持续发展的瓶颈；(4)基础饲料配方对评价营养需求或饲料质量的影响没有得到足够重视，因基础饲料组成不合理导致一些研究结果缺乏实际意义。针对上述问题，作者建议对已有范式的概念、理论和研究方法做如下改进：(1)重视鱼类遗传背景和食物以外的其它环境条件对鱼类生长的影响，明确鱼类生长潜力决定营养需求，而食物营养是实现生长潜力的条件；(2)重视食物中各种营养素之间的相互作用，明确不同饲料原料在配方的营养平衡中发挥不同的作用；(3)进行饲养实验时重视实验鱼种质和种群结构，重视对照组和处理组个体生长的差异幅度在判断处理效应方面的指示意义，重视饲料配方对自然资源和环境等制约水产养殖可持续发展的因素的影响。改进后的研究范式更符合现代水产养殖生产实际，遵循其开展研究获得的结果能够更好地指导饲料配方设计，所生产的配合饲料也能更好地应用于水产养殖生产。

关键词：大口黑鲈大黄鱼配合饲料范式饲料蛋白需求饲料鱼粉替代生长

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含连续不均匀椭圆缺陷管道的屈曲失稳分析

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 32-43页

作者：谢鹏陈昇琳常江涛中山大学海洋工程与技术学院广东珠海519082

为研究外压作用下轴向连续不均匀残余缺陷对海底管道屈曲承载能力的影响,本文基于数值仿真方法研究了轴向含均匀、单峰以及双峰椭圆缺陷管道的屈曲失稳行为,利用弧长法求解管道的屈曲压力,并与DNV-OS-F101规范计算结果进行对比,研究验证... 详细信息

为研究外压作用下轴向连续不均匀残余缺陷对海底管道屈曲承载能力的影响,本文基于数值仿真方法研究了轴向含均匀、单峰以及双峰椭圆缺陷管道的屈曲失稳行为,利用弧长法求解管道的屈曲压力,并与DNV-OS-F101规范计算结果进行对比,研究验证了DNV规范预测轴向含非均匀椭圆缺陷管道屈曲压力的保守性,分析了轴向含连续不均匀椭圆缺陷管道屈曲失稳的激发位置及影响参数。研究结果表明:轴向含连续不均匀椭圆缺陷管道的屈曲压力主要由均匀椭圆度以及最大局部椭圆度决定,各缺陷间距范围内屈曲压力变化规律各不相同,且上升下降幅度受椭圆缺陷间距与最大椭圆度间耦合作用影响。

关键词：深海海底管道椭圆缺陷屈曲失稳压溃弧长法有限元分析数值模拟

基于视觉语义和点线融合的无人艇动态水面环境感知SLAM算法

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南方水产科学 2024年第3期20卷 120-132页

作者：龚远瑾杨淑洁浙江海洋大学海洋工程装备学院浙江舟山316022

无人艇在复杂水面环境下的自主导航能力是其完成养殖作业的基础,其在智能水产养殖中的发展前景巨大。视觉同时定位与地图构建(Simultaneouslocationandmapping,SLAM)技术可以提供实时的环境信息,是实现无人艇自主导航的关键。然而,水面... 详细信息

无人艇在复杂水面环境下的自主导航能力是其完成养殖作业的基础,其在智能水产养殖中的发展前景巨大。视觉同时定位与地图构建(Simultaneouslocationandmapping,SLAM)技术可以提供实时的环境信息,是实现无人艇自主导航的关键。然而,水面环境是一种缺乏足够有效特征点的低纹理场景,且受水面波纹和反光影响存在大量动态无效特征点,导致视觉SLAM位姿的计算精度较差、性能严重下降。为此,提出了一种面向动态水面环境的基于视觉语义和点线融合的SLAM系统。首先,对ORB-SLAM3算法框架进行改进,增加语义分割线程,利用语义信息生成掩码消除水面无效特征点,以消除动态水面环境的干扰。其次,加入线特征来加强系统稳定性,提出了一种基于几何约束的线段匹配方法,提高水面线特征提取和跟踪的准确性,并利用点线特征融合提高数据关联的准确性,解决传统SLAM算法在水面低纹理场景中提取不足的问题。在USVInland数据集上的实验结果显示,与ORB-SLAM3和PL-SLAM算法相比,改进后算法的定位精度在直线航行中平均提高了44.74%和55.48%,在机动航行中最多提高了76.60%和70.15%,有效消除了水面干扰对位姿估计的影响,提升了视觉SLAM系统在水面低纹理场景中位姿估计的准确性和鲁棒性。

关键词：无人艇智能水产养殖视觉SLAM 点线特征语义分割机器视觉

中浅水深漂浮式风机系泊系统失效影响数值研究

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海洋工程 2024年

作者：李雅丽高洋洋王立忠浙江大学海洋学院浙江大学海南研究院

基于FAST-OrcaFlex风机时域一体化计算模型，开展了中浅水深15 MW半潜漂浮式风机系泊系统连续失效数值模拟研究，分析了正常发电和停机工况下系泊系统失效过程对漂浮式风机动力响应特性的影响规律。研究结果表明：在水深h=50 m，有效波... 详细信息

基于FAST-OrcaFlex风机时域一体化计算模型，开展了中浅水深15 MW半潜漂浮式风机系泊系统连续失效数值模拟研究，分析了正常发电和停机工况下系泊系统失效过程对漂浮式风机动力响应特性的影响规律。研究结果表明：在水深h=50 m，有效波高Hs=8.30 m，谱峰周期Tp=12.05 s，湍流风平均风速为16 m/s时，当与风浪同向单根锚链在导缆孔处破断时，同向剩余两根锚链在导缆孔处张力会显著增大，风机基础并不会发生较大偏移；当多根锚链在导缆孔处连续破断时，半潜式基础纵荡和横荡平均漂移距离最大可达152.64 m和6.72 m，导致剩余锚链悬空段减小，导缆孔张力降低；海流的作用显著增大系泊系统破断后漂浮式风机的漂移距离；极端停机工况下，半潜式基础纵荡和横荡平均漂移距离最大可达452.46 m和2.13 m。此外，动态海缆在漂浮式风机产生较大偏移后，弯曲曲率会超过其限值，极易发生破断失效，导致风机停机。

关键词：漂浮式风机系泊系统破断一体化分析运动响应系泊张力动态海缆

明渠水流挟沙力与紊动特性相互关系的简化分析

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泥沙研究 2024年

作者：程年生卢叶盛李奇骏浙江大学海洋学院

过去有关明渠水流挟沙力的研究均采用了维利坎诺夫或张瑞瑾的能量平衡观点，通常将挟沙Sv*表达为无量纲参数U3/（ghω）的线性或指数函数。目前对挟沙水流能量变化机理的认识仍然有限，基于能量平衡的挟沙力分析方法还有待完善。通过考... 详细信息

过去有关明渠水流挟沙力的研究均采用了维利坎诺夫或张瑞瑾的能量平衡观点，通常将挟沙Sv*表达为无量纲参数U3/（ghω）的线性或指数函数。目前对挟沙水流能量变化机理的认识仍然有限，基于能量平衡的挟沙力分析方法还有待完善。通过考虑明渠水流的紊动特性，提出了一种挟沙力分析的简化方法。所获得的公式结构与前人的结果基本一致，即Sv*与U3/（ghω）和f1.5呈线性关系，其中f为阻力系数。引入表征水流紊动的特征参数，该方法可推广应用于高含沙水流和非均匀流等复杂情况。

关键词：水流挟沙力紊动强度明渠水流