FGSC-23：面向深度学习精细识别的高分辨率光学遥感图像舰船目标数据集

目的 基于光学遥感图像的舰船目标识别研究广受关注,但是目前公开的光学遥感图像舰船目标识别数据集存在规模小、目标类别少等问题,难以训练出具有较高舰船识别精度的深度学习模型。为此,本文面向基于深度学习的舰船目标精细识别任务研究需求,搜集公开的包含舰船目标的高分辨率谷歌地球和GF-2卫星水面场景遥感图像,构建了一个高分辨率光学遥感图像舰船目标精细识别数据集（fine-grained ship collection-23,FGSC-23）。方法 将图像中的舰船目标裁剪出来,制作舰船样本切片,人工对目标类别进行标注,并在每个切片中增加舰船长宽比和分布方向两类属性标签,最终形成包含23个类别、4 052个实例的舰船目标识别数据集。结果 按1：4比例将数据集中各类别图像随机划分为测试集和训练集,并展开验证实验。实验结果表明,在通用识别模型识别效果验证中,VGG16（Visual Geometry Group 16-layer net）、ResNet50、Inception-v3、DenseNet121、MobileNet和Xception等经典卷积神经网络（convolutional neural network,CNN）模型的整体测试精度分别为79.88%、81.33%、83.88%、84.00%、84.24%和87.76%;在舰船目标精细识别的模型效果验证中,以VGG16和ResNet50模型为基准网络,改进模型在测试集上的整体测试精度分别为93.58%和93.09%。结论 构建的FGSC-23数据集能够满足舰船目标识别算法的验证任务。     

双向航道集装箱港口船舶调度优化算法

针对拥有双向航道的集装箱港口中船舶进出港所遇到的会遇和追越等问题,提出了一种重点考虑服务规则的新型船舶调度优化算法。首先,同时考虑双向航道的现实约束和港口夜航的安全规定;然后,构建了以所有船舶在港总等待时间最小为目标的混合整数规划模型来得出最佳的船舶进出港次序;最后,设计了嵌入聚合策略的分支切割算法对模型进行求解。通过数值实验可知,运用嵌入聚合策略的分支切割算法所得结果与下界值的平均相对偏差为2.59%。同时,与模拟退火算法与量子差分进化算法的对比结果表明,所提的分支切割算法所得的目标函数值相较于两个对比算法所得目标函数值分别减少了23.56%和17.17%,验证了该算法的有效性。在用所提算法得到方案的敏感性分析中比较了不同抵港安全时间间隔和船舶类型比例对方案结果的影响,为双向航道集装箱港口的船舶调度优化提供了决策支持。     

多特征融合和尺度变化估计的船舶跟踪方法

传统的船舶视觉跟踪任务主要集中于单目标船舶跟踪,对多目标船舶跟踪研究相对较少。为解决该问题,提出一种多维特征融合机制和尺度变化估计的多目标船舶跟踪框架,该框架引入位置滤波器对输入的船舶训练样本进行学习,并将其应用于待跟踪的船舶图片序列,通过寻找最大响应的方法判定图像中的船舶位置。在此基础上,构建船舶尺度估计滤波器以确定待跟踪船舶的图像尺寸。通过和中值流跟踪算法和多示例学习跟踪算法对比分析,实验结果表明不同海事交通场景下的船舶跟踪误差均小于10像素,验证了算法的有效性和可靠性。     

船载S频段测控系统全频段校相方法研究

航天测量船S频段测控系统采用双通道单脉冲跟踪体制,其跟踪接收机必须经过校相保持和、差通道相位一致性才能确保跟踪性能;测量船传统校相方法是码头对塔校相与海上微波自检的方式,但已无法满足卫星工作频点不断增多的需要,因此提出一种全新的全频段校相方法;首先阐述了双通道单脉冲体制的跟踪原理、校相原因,解析了和、差通道相位差的组成及近场效应对塔校相的影响;通过分析不同和、差通道物理长度差条件下相位差与频率的变化关系,并确定和、差通道固定波程差的计算方法;基于码头对塔校相数据的分析计算,得出整个工作频段的相位计算公式,并验证了公式的正确性;基于数据分析归纳总结出测量船海上相位标校/修正方法,有效解决海上全频段校相的难题,提高相位标校工作效率.     

一种面向微网监测的传感器协作覆盖算法

提出一种微网中的传感器协作覆盖算法。该算法在不同的时间片周期通过连通的协作覆盖集的构造和调度两个步骤实现整个传感器网络节点能源的高效利用,延长传感器网络的生命周期。仿真实验表明,提出的协作覆盖算法能够以较高的效率明显地延长传感器网络的生命周期。     

大场景 SAR图像舰船目标快速检测

基于SAR图像的舰船目标检测是海洋监视应用的重要方面,随着SAR图像资源的不断丰富,计算速度成为衡量舰船目标检测算法的重要指标。针对大场景SAR图像,提出一种基于分块CFAR的舰船目标快速检测算法。首先通过图像增强提高舰船目标与海洋杂波之间的对比度,然后利用差异性参数进行分块筛选,剔除不包含目标的区域,最后对待检测区域实现基于积分图的快速CFAR检测。TerraSAR_X实测数据的实验结果验证了该方法的有效性。     

Micro-motion feature analysis and parameter estimation methods for moving ship

Micro-motion parameter estimation is an important way to improve ability of radar to detect the ship target. Focusing on the difficulty and speed problems existing in the current parameter estimation method of a complex moving ship, based on the analytical result of the echo's time-frequency features, a novel method to estimate the micro-motion period by calculating the backward shift cross-correlation coefficients of the echo's sparse time-frequency matrix is proposed in this paper. Firstly, the backward shift cross-correlation coefficients of the echo's sparse time-frequency matrix are calculated using the FFT (fast Fourier transform) algorithm. The peaks positions of the cross-correlation coefficients matrix are then detected. Finally, the period can be figured out quickly. Compared with the general method, the proposed method can estimate the micro-motion period accurately and quickly. A computer simulation is given to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

水流中船舶单双锚泊偏荡运动响应研究

为研究不同形式锚泊船在流中偏荡运动响应特性及规律,给出了比较全面的船舶锚泊操纵运动数学模型及数值求解方案。采用数值仿真研究方法,对单锚泊和双锚泊(八字锚、一字锚等)多种锚泊形式展开了详尽的计算分析。将船舶和锚链分别建模,锚泊船采用MMG操纵运动方程,并计入低速时水动力影响;对于水下锚链,为准确地计入三维情况下其和海底之间的各种作用力,采用最基本的集中质量法来描述其运动;而后通过边界条件将船-链耦合成为一个整体。最后通过仿真计算研究了各种形式锚泊船在流中的偏荡运动,以此为基础对单、双锚泊之间的运动特性进行了对比研究;并分析了诸多因素(如微速倒车)对其运动的影响,通过总结给出了规律性结论。     

钢板移动式感应加热的多场耦合数值分析

针对钢板的感应加热弯板成形问题,利用ANSYS软件的物理环境法建立了钢板移动式感应加热的电磁-热-结构耦合分析的数值模型。为了实现移动加热的模拟,采用节点约束方程解决了钢板、感应器和空气间隙组成的求解域的多场耦合问题,数值计算结果与实验数据吻合,验证了数值模型的正确性。然后,对钢板感应加热过程进行了数值分析,得出结论:感应加热过程中,涡流集中分布于感应器前端的钢板金属,有利于钢板快速升温,并迅速进入准稳态加热状态;在加热结束时,磁通密度外扩形成感应加热过程所特有的端部效应,从而影响钢板端部的温度分布及最终的板边变形。     

基于动态能耗模型的微电网经济运行优化

微电网系统是一个具有多能源输入的综合性能耗网络系统,系统高昂的运行成本已成为其大规模推广应用的一个关键性障碍。针对微电网系统内冷、热、电等多种负荷的能耗特性及能耗设备的运行特性,采用智能算法对数据进行分析拟合,得到系统内各能耗设备的动态能耗模型。通过分析一次能源对冷、热、电三种负荷的转换利用方式及各能源之间的互补关系,构建了微电网系统的经济运行优化模型,采用量子行为粒子群优化算法对其进行优化求解,得到系统的最佳能源结构及综合运行成本。考虑不同季节下系统的运行特点及负荷特性,利用不同的算例对所提模型的有效性和可行性进行了验证。