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并行化的多目标优化海缆路由规划算法研究

光通信研究 2024年

作者：蒋佳芮赵赞善段茂生高冠军北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室中国科学院声学研究所南海研究站陵水海洋信息海南省野外科学观测研究站

【目的】本文为了解决传统蚁群优化（Ant Colony Optimization，ACO）算法更新同一张地图导致无法并行规划的缺陷，提出一种并行多目标优化海缆路由规划算法，实现了局部区域的精细规划。【方法】本文采用分治思想将目标海域的栅格地图... 详细信息

【目的】本文为了解决传统蚁群优化（Ant Colony Optimization，ACO）算法更新同一张地图导致无法并行规划的缺陷，提出一种并行多目标优化海缆路由规划算法，实现了局部区域的精细规划。【方法】本文采用分治思想将目标海域的栅格地图分割成多个栅格子图，建立并行化多目标优化海缆路由规划算法模型，并对模型关键参数进行优化，然后在最佳模型参数下利用并行化蚁群优化（Parallel Ant Colony Optimization，PACO）算法进行海底光缆路由规划，统计Pareto前沿解下的海底光缆路由方案。【结果】仿真结果表明并行多目标优化算法模型在分块数量为6，蚁群规模大小为150时获得最佳的搜索能力和效率。并行化蚁群算法规划出来的海底光缆路由比传统蚁群算法在相同风险条件下节省了33.9%成本，且路由成本均小于传统蚁群算法，路由最大成本比传统蚁群算法的最小成本还降低了20.6％，同时相应的风险降低65.8%。【结论】与传统的蚁群算法相比，并行化多目标优化海底光缆路由规划算法不仅在规划结果上比传统的蚁群算法更优，而且运算时间效率提高至少8倍。

关键词：海缆路由规划并行蚁群算法多目标优化

机器学习辅助的多目标优化海底光缆路由规划研究

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光通信技术 2024年

作者：赵赞善高冠军甘维明王皓宇段茂生康达北京邮电大学电子工程学院中国科学院声学研究所南海研究站陵水海洋信息海南省野外科学观测研究站哈尔滨工程大学水声工程学院

海底光缆是国际通信重要的基础设施，承载着全球大约99%的国际通信业务，其成本和可靠性是海底光缆路由规划阶段必须要考虑的两大因素。在本文中，我们提出并展示了一种机器学习辅助（MLA）的海底光缆路由规划算法，以最小化海底光缆的... 详细信息

海底光缆是国际通信重要的基础设施，承载着全球大约99%的国际通信业务，其成本和可靠性是海底光缆路由规划阶段必须要考虑的两大因素。在本文中，我们提出并展示了一种机器学习辅助（MLA）的海底光缆路由规划算法，以最小化海底光缆的累积成本和风险。利用强化学习不断优化其搜寻策略的优势，MLA可以提升海底光缆路由多目标优化的全局优化能力和算法的收敛速度。结果表明，与传统的蚁群优化算法（ACO）相比，在相同风险下，MLA可以节省27.45%的成本。MLA获得的累积成本最大的Pareto解的累积风险仅为ACO获得的最小成本Pareto解对应累积风险的四分之一左右，同时MLA算法可以将时间效率提高了330倍以上。ACO的大部分Pareto解明显偏离了其前沿面，而MLA算法的解则几乎全部位于其前沿面上，这表明MLA在海底光缆路由规划中的全局优化能力更为稳健。

关键词：海底光缆路由规划多目标优化强化学习 Q-earning 海缆系统经济性优化海缆系统生存性优化

亚龙湾珊瑚礁大型礁栖生物的群落结构及生态警示

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生态学杂志 2021年第2期40卷 412-426页

作者：黄丁勇王建佳陈甘霖郑新庆自然资源部第三海洋研究所福建厦门361005 福建省海洋生态保护与修复重点实验室福建厦门361005 福建海洋研究所福建厦门361013 漳州海岛海岸带野外科学观测研究站福建厦门361005 海峡西岸海岛海岸带生态系统野外科学观测研究站福建厦门361005

鱼类和大型底栖生物等礁栖生物是珊瑚礁生态系统的重要组成部分,其群落信息是全面评价珊瑚礁生态系统健康状况的必要基础数据。基于录像样带法,分析了2018年12月底海南省三亚市亚龙湾珊瑚礁区17个站位礁栖鱼类和大型底栖生物的群落结构... 详细信息

鱼类和大型底栖生物等礁栖生物是珊瑚礁生态系统的重要组成部分,其群落信息是全面评价珊瑚礁生态系统健康状况的必要基础数据。基于录像样带法,分析了2018年12月底海南省三亚市亚龙湾珊瑚礁区17个站位礁栖鱼类和大型底栖生物的群落结构、数量分布及相似性,揭示了其中的生态警示,并提出相应的监管建议,旨在保护和恢复亚龙湾的珊瑚礁。结果表明:亚龙湾西岸及东排、西排共发现鱼类8科21属35种,以雀鲷科、隆头鱼科为主,平均密度为0.20尾·m^(-2),金尾雀鲷、斑棘眶锯雀鲷和细鳞光鳃鱼为优势种;最近15年来,亚龙湾的鱼类资源持续衰退,目前已近于枯竭。另一方面,调查区的大型底栖生物以软珊瑚、大型底栖藻类、海百合和海胆为主,各类群的数量分布有所不同;造礁珊瑚的敌害生物小核果螺和长棘海星密度皆很低,目前尚不会对珊瑚礁构成威胁;整体而言,大型礁栖生物群落在亚龙湾西岸与东排、西排有较大的差异,间接反映出岛礁与岸礁环境存在差别,不过亚龙湾西岸湾口段的环境条件可能更接近岛礁;由于部分海区大型底栖藻类较多及可能存在的富营养化趋势,维持金尾雀鲷或其他植食性鱼类与藻类规模两者间的平衡,对恢复和保持亚龙湾珊瑚礁生态系统的健康尤为重要;同时,管控来自青梅河等的陆源污染,也是控制亚龙湾大型海藻增殖的关键;相比于海参,海百合对大型底栖藻类的依赖程度较低。调查区造礁珊瑚覆盖率与礁栖生物数量之间没有显著相关,可能与亚龙湾珊瑚礁退化严重及现存的种类以团块状造礁珊瑚为主,其构建的珊瑚礁生境空间异质性相对较低有关。为更好地保护亚龙湾的珊瑚礁,建议关注亚龙湾的水质,加强对捕鱼、潜水观光等旅游活动的监督管理,特别是应该立即实施长时间的渔业禁捕来恢复亚龙湾的渔业资源,并定期监控关键种群的数量变动。

关键词：亚龙湾鱼类大型藻类群落结构生态平衡

基于组合物种分布模型研究江苏南部海域小黄鱼的空间分布特征及其影响因素

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上海海洋大学学报 2024年第6期33卷 1345-1356页

作者：张虎沈独清薛莹石东雨祝超文贲成恺袁健美胡海生肖悦悦祖凯伟江苏省海洋水产研究所中国海洋大学水产学院海州湾渔业生态系统教育部野外科学观测研究站

为了应对近海渔业资源日益衰退的问题，为实施基于空间的渔业管理提供必要信息，以江苏南部海域小黄鱼为研究对象，根据2019—2022年在该海域进行的季节性渔业资源综合调查，结合5个生物和非生物因子，采用组合物种分布模型（Ensemble s... 详细信息

为了应对近海渔业资源日益衰退的问题，为实施基于空间的渔业管理提供必要信息，以江苏南部海域小黄鱼为研究对象，根据2019—2022年在该海域进行的季节性渔业资源综合调查，结合5个生物和非生物因子，采用组合物种分布模型（Ensemble species distribution model, ESDM），研究了该海域小黄鱼的空间分布特征及其主要影响因素。结果显示，相较于单一物种分布模型，组合物种分布模型具有更高的AUC值（春季：0.995±0.002；秋季：0.985±0.001）和TSS值（春季：0.935±0.038；秋季：0.903±0.029）。在春季，底层水温和底层盐度的重要性水平最高（0.40和0.38），而在秋季叶绿素a和饵料生物丰度对小黄鱼空间分布的影响较大，其重要性分别为0.53和0.46。春季小黄鱼主要分布在近岸浅海区域，整体呈条带状分布；秋季小黄鱼则主要分布于水深较深的远岸水域，且适宜分布的海域范围要大于春季，整体呈块状分布。此外，小黄鱼的空间分布特征亦呈现出明显的年际差异，例如在2021年，其适宜栖息地面积明显小于其他年份，分布范围也仅限于局部区域。研究表明，组合物种分布模型具有更优的预测性能，能够更好地反映小黄鱼的栖息分布特征及其影响因素；不同季节小黄鱼的适生区及影响因素各有差异。本研究可为揭示该海域小黄鱼的时空分布特征及其变化规律提供理论依据，为实施基于空间的渔业管理和保护区选划提供基础资料。

关键词：小黄鱼栖息地适宜性影响因素组合物种分布模型江苏南部海域

夏季珠江口两种网型网采浮游动物的群落特征比较

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广东海洋大学学报 2023年第2期43卷 51-59页

作者：田丰歌何静王符菁黄颖华庄泽彬黄彬彬国家海洋局南海环境监测中心海南南沙珊瑚礁生态系统国家野外科学观测研究站广东广州510300

【目的】研究珠江口海域两种不同浮游生物网网采浮游动物群落的差异,探讨在近岸及河口进行浮游动物调查时的适宜网型。【方法】于2017―2020年每年8月在珠江口海域分别用浅水Ⅰ型和Ⅱ型浮游生物网(以下分别称“Ⅰ型网”“Ⅱ型网”)采集... 详细信息

【目的】研究珠江口海域两种不同浮游生物网网采浮游动物群落的差异,探讨在近岸及河口进行浮游动物调查时的适宜网型。【方法】于2017―2020年每年8月在珠江口海域分别用浅水Ⅰ型和Ⅱ型浮游生物网(以下分别称“Ⅰ型网”“Ⅱ型网”)采集浮游动物样品,分析并对比两种网型网采浮游动物的种类组成、丰度、优势种、多样性指数以及群落年际变化等方面的差异。【结果】在4次调查中,Ⅰ型网采集的浮游动物平均丰度为135.7~388.4 m^(-3),而Ⅱ型网采集的丰度为19 097.6~24 608.2 m^(-3),远高于前者。两种网型均能采集到较多对方未采获的种类。相似百分比分析(SIMPER)结果显示,两种网型调查结果的最主要区别在于中小型类群,尤其是以强额孔雀哲水蚤(Parvocalanus crassirostris)为代表的中小型桡足类丰度差异,Ⅰ型网漏采多数中小型桡足类。Ⅰ型网调查得到的优势种信息同样严重低估中小型桡足类的优势程度。两种网型网采浮游动物的年际变化趋势不一致,Ⅱ型网采浮游动物的变化幅度较小。【结论】在近岸及河口调查研究中,Ⅰ型网和Ⅱ型网的调查结果有一定互补性,仅使用I型网难以全面真实反映调查海域的浮游动物生态状况,建议加强Ⅱ型网的使用。

关键词：浮游动物浅水Ⅰ型网浅水Ⅱ型网年际变化群落特征珠江口

Swin-Transformer故障信息挖掘的海底观测网故障定位方法

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网络新媒体技术 2024年第3期13卷 47-56页

作者：栾韶泽李光炬甘维明季桂花邢炜光赵赞善中国科学院声学研究所南海研究站海口570105 中国科学院大学北京100190 陵水海洋信息海南省野外科学观测研究站陵水572423 自然资源部海洋观测技术重点实验室天津300112

海底观测网长期受海洋环境与人为因素影响,易使光电复合缆绝缘破损与海水接触形成电学故障点。如何准确地定位电学故障点,对提高海底观测网输电与信息传输的可靠性至关重要。首先根据海底观测网输电结构建立海底观测网输电模型,推导与... 详细信息

海底观测网长期受海洋环境与人为因素影响,易使光电复合缆绝缘破损与海水接触形成电学故障点。如何准确地定位电学故障点,对提高海底观测网输电与信息传输的可靠性至关重要。首先根据海底观测网输电结构建立海底观测网输电模型,推导与模拟电学故障点传播至观测点的暂态电流,然后由连续小波变换提取暂态电流与故障点对应的内在关联特征量,最后通过Swin-Transformer神经网络挖掘内在关联特征量与故障距离的匹配关系来定位电学故障点。研究结果表明,在内在关联特征量样本测试集条件下,光电复合缆≤160 km的电学故障点定位误差小于400 m,可为长距离光电复合缆的海底观测网电学故障点定位提供参考。

关键词：海底观测网光电复合缆电学故障点暂态电流 Swin-Transformer 故障点定位

基于GIS的2001—2020年广东近岸海域赤潮时空分布

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环境工程 2023年第S2期41卷 49-53页

作者：陈炜婷姜广甲邓伟石荣贵胡慧娜黄盛国家海洋局南海环境监测中心/海南南沙珊瑚礁生态系统国家野外科学观测研究站广州510300

结合2001—2020年广东近岸海域赤潮发生记录,利用地理信息系统(GIS)技术研究该海域赤潮发生的时空分布特征,并对其危害程度进行了评估。结果表明,广东近岸海域赤潮发生最频繁的区域为珠江口海域及大鹏湾、大亚湾海域,其次为粤东潮汕海... 详细信息

结合2001—2020年广东近岸海域赤潮发生记录,利用地理信息系统(GIS)技术研究该海域赤潮发生的时空分布特征,并对其危害程度进行了评估。结果表明,广东近岸海域赤潮发生最频繁的区域为珠江口海域及大鹏湾、大亚湾海域,其次为粤东潮汕海域和粤西湛江海域;20年以来广东近岸海域共发生赤潮202次,其中影响面积超过100 km^(2)的有28次;赤潮发生次数最多的月份是4月,高发季节是春季;粤西湛江附近海域多发硅藻赤潮,珠江口附近海域及大鹏湾、大亚湾海域多发甲藻赤潮,粤东潮汕地区附近海域多发金藻赤潮;粤西湛江东部、大亚湾以及汕尾西部海域所发生的赤潮对渔业资源的危害较大,而其他区域赤潮高发主要受到近岸水体富营养化以及港口船舶压舱水的影响。利用GIS绘制广东省赤潮灾害分布图有助于政府部门形成广东省赤潮整体分布概念,为监测预警等工作总体布局提供支撑。

关键词：海洋生物学赤潮地理信息系统生态灾害浮游植物

海平面上升和土地利用驱动下红树林生境脆弱性研究

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中国环境科学 2023年第1期43卷 266-275页

作者：梁姗姗刘捷苏尚柯陈光程陈顺洋陈彬刘文华胡文佳自然资源部第三海洋研究所海洋生态保护与修复重点实验室福建厦门361005 汕头大学海洋生物研究所广东汕头515063 国家海洋信息中心天津300171 自然资源部北部湾滨海湿地生态系统野外科学观测研究站广西北海536015

为了探索海平面上升(SLR)和土地利用导致的红树林生境潜在变化,本文以我国红树林分布最集中的雷州半岛为研究区域,基于SLAMM模型和景观生态模型建立了红树林生境脆弱性指数,设置4个SLR-土地利用组合情景(SLR4.5-土地开发利用、SLR4.5-... 详细信息

为了探索海平面上升(SLR)和土地利用导致的红树林生境潜在变化,本文以我国红树林分布最集中的雷州半岛为研究区域,基于SLAMM模型和景观生态模型建立了红树林生境脆弱性指数,设置4个SLR-土地利用组合情景(SLR4.5-土地开发利用、SLR4.5-土地自然转换、SLR8.5-土地开发利用、SLR8.5-土地自然转换),预测2050年雷州半岛红树林的生境变化和脆弱程度,并提出应对环境变化的管理策略.结果表明,①SLR和土地利用双重压力的叠加将造成红树林生境的显著退化,预测生境面积将减少16.59%~25.61%,减少地点集中在铁山港、安铺港、湛江港、雷州湾和流沙湾沿岸.②在土地自然转换情景下,尽管仍应对着海平面上升的压力,红树林潜在生境面积可增加44.66%~67.74%,增加的区域集中在岸线往内陆方向和沿水系向内陆延伸的两岸,但新增生境面临着破碎化程度高的问题.③在所有情景下均呈现红树林迁出现有保护区的趋势,保护区内红树林面积由5949.8hm^(2)下降至4732.1~5192.9hm^(2).④高脆弱区主要分布在雷州湾、湛江港近岸和流沙湾等地,土地自然转换情景下新增红树林的生境脆弱性普遍较高.未来应及时对土地利用模式及保护管理策略进行动态调整,关注高脆弱区域,增强红树林典型生境应对海平面上升等环境变化的韧性,促进区域可持续发展.

关键词：红树林气候变化 SLAMM模型景观空间格局生境脆弱性评价

海州湾及邻近海域金乌贼的空间分布特征及其与环境因子的关系

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水生生物学报 2024年第4期48卷 617-624页

作者：姜月张云雷逄志伟纪毓鹏徐宾铎张崇良任一平薛莹中国海洋大学水产学院青岛266003 国家海洋环境监测中心大连116023 日照市岚山区海洋与渔业监督监察大队日照276800 海州湾渔业生态系统教育部野外科学观测研究站青岛266003

研究根据2013—2020年在海州湾及其邻近海域进行的渔业资源和栖息环境综合调查数据,采用支持向量机(Support vector machine,SVM)模型,通过交叉验证,结合赤池信息准则(Akaike information criterion,AIC)等评判指标,构建了金乌贼(Sepia ... 详细信息

研究根据2013—2020年在海州湾及其邻近海域进行的渔业资源和栖息环境综合调查数据,采用支持向量机(Support vector machine,SVM)模型,通过交叉验证,结合赤池信息准则(Akaike information criterion,AIC)等评判指标,构建了金乌贼(Sepia esculenta)的空间分布模型,并分析环境因子对其空间分布的影响,旨在探究海州湾金乌贼的空间分布特征及其与环境因子的关系。结果表明,水深对金乌贼空间分布的影响最大,底层盐度次之,其次是底层水温和离岸距离。金乌贼的相对资源密度随水深的增大呈现先升高后降低的趋势,随盐度的升高而增大,随底层水温的升高而减小。在海州湾水深约27 m,离岸距离约40 km的海域,金乌贼的相对资源密度较高,其分布格局呈现出在东部和中北部海域丰度高,而西南部近岸海域丰度低的特点。研究将有助于深入了解海州湾金乌贼的空间分布规律,为其资源的合理利用和科学养护提供参考依据。

关键词：海州湾支持向量机模型空间分布环境因子金乌贼

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