基于多源信息融合的ADCP流速全剖面精确重构

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41806114
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0608.海洋物理与观测探测技术
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) has advantages of high precision and can obtain three-dimensional velocity profile so that it is widely adopted in flow velocity measurement and hydrological survey. However, due to complex measurement circumstances and influence on performances of instrument, in most cases it is difficult to acquire in a high precision and a full profile of measuring result. To this end, this project plans to reconstruct velocity profile on the basis of multi-source information fusion to solve this problem. The project firstly studies on systemic substitute methods of external boat speed and boat orientation reference, and according to that, a universal and accurate flow measurement method of ADCP based on information fusion of multisource external sensors has proposed. After that, the project studies on attitude change and deviation of sound velocity’s correction model of depth cell of velocity and spatial position of ADCP, according to that the flow velocity profile reconstruction method is put forward. What’s more, combining vertical gradient change rules of flow velocity with common velocity distribution models, a self-adaption determination method of flow velocity model in blind zone by different tense and flow regime is give out. Finally, combining reconstructed ADCP flow profile with flow velocity of blind zone that determined by self-adoption method, the full and high-precision profile of flow velocity is obtained. The project study improves the precision of ADCP measurement, expands the application of ADCP, and provides theoretical and methodological support for applications in hydraulic engineering and research of hydrologic sciences.
声学多普勒流速剖面仪(ADCP)具有测量速度快、可获得三维流速剖面等优势,在流速测量和水文测验中被广泛采用。但受复杂测量环境及仪器性能影响,ADCP测量结果往往难以全剖面、高精度获取。为此,项目在多源信息融合的基础上提出一种ADCP流速全剖面高精度重构方法。首先,替代现有ADCP流速测量的船速和方位基准数学模型,提出一种基于自适应卡尔曼滤波的多源信息融合方法,获取准确、稳健的船速和方位基准;其次,研究声速、姿态变化以及流场差异对实测流速剖面及其空间位置的影响机理,构建流速剖面精确重构模型;再次,根据重构的实测流速剖面的垂向梯度变化规律,研究不同时态、流态下上、下盲区流速的最优模型;最后,将重构的实测区流速剖面和最优模型确定的盲区流速融合,实现ADCP流速全剖面、高精度重构。项目研究成果提高ADCP的测量精度,拓展ADCP的应用范围,为水文科学研究及水利工程应用提供理论和方法支撑。

结项摘要

受仪器性能及复杂测量环境影响,声学多普勒流速剖面仪(ADCP)在实际应用中仍存在流速测量结果存在偏差及流速剖面不完整等问题。本项目通过基于多源信息融合的ADCP船速和方位基准精确确定、顾及声速/姿态变化及流场差异的ADCP实测区流速剖面精确重构以及基于流速垂向梯度变化的ADCP盲区流速精确估计等3个方面的研究,实现了ADCP流速的全剖面、高精度重构。主要研究成果包括:.(1)针对底质流动引起的ADCP船速不准及内置磁罗经精度偏低且易受外部磁场干扰带来的方位不准问题,给出了基于多源信息融合的ADCP流速精确确定的系统性解决方案和数据处理方法。实验结果表明,该方法完全消除了上述因素对流速测量的影响,并获得了±0.03 m/s及±3.8°的流速和流向测量精度,远优于传统方法的±0.06 m/s及±20.0°的测量精度。.(2)借助姿态和方位信息将波束坐标系下的流速值转换为地理坐标系下的绝对流速剖面后,然后对剖面中各水深单元位置插值重构,实现流速剖面的准确归位;在此基础上,基于相邻历元交会和多测次流速观测值,采用最小二乘方法实现了ADCP流速剖面的精确重构。.(3)总结了4种常用的流速分布模型,并针对这些模型待求参数较多、不能直接应用于ADCP盲区计算的不足,对各模型进行了简化并推导出了适用于盲区流速的推算模型;在此基础上,针对现有垂线流速变化具有单一性假设的缺陷,结合流速垂向梯度变化规律给出了一种ADCP盲区流速最优推算模型的自适应确定方法。实验表明,最优模型相较于传统的单一模型可以提高2%的流量估计精度。对于年均流量达到28700 m3/s的长江来说,这个改进仍然可观。.在本基金项目的资助下,项目负责人共发表了4篇期刊论文(其中2篇为SCI检索,1篇为EI检索)、1篇会议论文(SCI检索),撰写了1部专著,申请了1项国家发明专利,完成了1项软件著作权登记,完全达到了预期的研究计划。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(1)
Vertical structure of tidal currents in the Xuliujing Section of Changjiang River Estuary
长江口徐六泾段潮流垂直结构
  • DOI:
    10.1007/s13131-021-1976-y
  • 发表时间:
    2023-02
  • 期刊:
    Acta Oceanologica Sinica
  • 影响因子:
    1.4
  • 作者:
    Zhigao Chen;Ya Ban;Xiaoye Chen;Dajun Li;Shengping Wang
  • 通讯作者:
    Shengping Wang
A method for correcting discharge of boat-mounted ADCP measurements
一种修正船载 ADCP 测量放电的方法
  • DOI:
    10.1016/j.flowmeasinst.2021.101954
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Flow Measurement and Instrumentation
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhigao Chen;Shun Pan;Fengnian Zhou;Ya Ban;Meng Li;Dajun Li
  • 通讯作者:
    Dajun Li
长江口局域时空流场构建及实时流量精确估计
  • DOI:
    10.11947/j.agcs.2020.20190256
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    测绘学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志高
  • 通讯作者:
    陈志高
长江口徐六泾水域余流及潮流垂直结构变化规律研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1674-3504.2020.03.011
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    东华理工大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志高;陈小叶;王胜平;王真祥
  • 通讯作者:
    王真祥

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其他文献

Tween 80作用下芘降解细菌Pyr9在三叶草中的定殖及效能
  • DOI:
    10.11654/jaes.2020-0282
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业环境科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志高;顾玉骏;张海丽;刘娟;高彦征
  • 通讯作者:
    高彦征
心力衰竭相关异常呼吸的新机制、临床意义及治疗策略
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1000-3614.2015.11.023
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国循环杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志高;孙兴国;黄洁
  • 通讯作者:
    黄洁
基于集成外部传感器的ADCP精确测量方法研究
  • DOI:
    10.13203/j.whugis20130311
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张红梅;陈志高;赵建虎;黄家勇;王真祥
  • 通讯作者:
    王真祥
震后GPS坐标时序中对数弛豫时间的估计
  • DOI:
    10.13203/j.whugis20200475
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李萌;严丽;肖根如;陈志高
  • 通讯作者:
    陈志高
基于ARM11的无创心血管健康评估系统设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    计算机测量与控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈志高;刘善剑;徐北平;朱健铭
  • 通讯作者:
    朱健铭

其他文献

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陈志高的其他基金

基于ADCP流速最优估计及各向异性格网化的三维流场精细构建
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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