基于视频特征的近岸浪周期检测方法研究

来源 :上海海洋大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lijun1111
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近岸浪与沿海海岸地形地貌,工程设计,浅海岸生产作业密切相关,海浪要素如浪高、周期、波长等,是反映海浪特性,体现海面状况的重要指标,因此监测近岸浪的运动变化趋势需要对海浪要素高精度检测。海浪周期为两个连续波经过一个相同点所需的时间,反映了海浪的运动规律,在冲浪预报、海洋导航定位和沿海岸的地理环境变迁中有着举足轻重的作用。目前已有的近岸浪周期检测方法主要分为直接和非直接检测法两类。直接检测法主要依赖于海洋浮标,海洋浮标测得的海浪周期与真实海浪周期基本符合,被作为评价其他测量方法的参照依据,但海洋浮标置放点有限且浮标置放成本高,无法实现海浪周期的覆盖检测;非直接检测法主要基于海浪谱分析,这种方法需要人工设计提取算法,从海浪谱中提取海浪周期等要素,计算量较大,且对计算设备要求较高。由于海浪监控视频记录了丰富的海浪运动信息,近年来,涌现出基于计算机视觉检测海浪要素的方法。深度学习神经网络因其能够有效提取视频时空特征,目前已被应用于近岸浪海浪要素检测中,但主要针对近岸浪浪高检测以及海浪谱分析,将深度学习与基于视频的近岸浪周期检测相结合仍然面临诸多难点,包括:如何处理视频数据,充分保留与周期相关的海浪特征,作为深度学习网络模型的输入;与人工提取相关特征不同,如何设计深度学习模型从视频中自动提取与海浪周期相关的时空融合特征。因此本研究针对已有海浪周期研究背景,结合深度学习,从一个全新的角度提出了可行的研究方法:(1)结合现有研究方法,针对海浪在视频中表现出的空间和时间特性,将近岸浪在时间维度上的变化转换为频域特征,建立了融合空频特征的海浪周期检测模型。在近岸浪监控视频中,每30个连续帧截取宽度为2个像素的像素列,并在时间维度上堆叠,构成同时包含图像空间与时间变化信息的原始堆叠图像数据集;再对原始堆叠图像集作傅里叶变换,构成频谱图像数据集;针对这两种数据集同时用Res Net18网络分别提取高维空间和频域特征,对提取的高维空频特征融合并与海浪周期作映射,进行回归训练。同时,将Res Net18网络与VGG16网络对比,发现Res Net18在测试集上检测误差更低(平均绝对误差=0.69),精度高,符合海浪周期业务化监测的要求。(2)为避免将时间维度特征转化为频域特征过程中的信息丢失问题,建立了直接提取时空特征的融合的卷积神经网络模型(CNN-2D1D),该方法以连续海浪视频帧为输入,首先利用二维卷积神经网络(2D-CNN)提取视频帧的空间特征,将空间特征在时间维度上拼接成序列,再通过一维卷积神经网络(1D-CNN)提取时间维度特征,这种融合卷积神经网络(CNN-2D1D)能够实现海浪时空信息的有效融合,最后,采用注意力机制对融合后的特征进行权重调整,并线性映射为海浪周期。本研究方法对比了基于VGG16网络的单纯空间特征的检测方法,以及基于Conv LSTM和三维卷积C3D网络的时空特征融合的检测方法。实验结果表明,C3D和CNN-2D1D检测精度最好,平均绝对误差分别0.47s和0.48s,但CNN-2D1D比C3D的检测结果更稳定,RMSE分别为0.66和0.81,且CNN-2D1D需要的训练参数更少。这表明CNN-2D1D模型在周期检测中的有效性。本研究的主要贡献包括:首次提出了适用于近岸视频的海浪周期自动检测方法;设计了基于空频特征的深度学习网络模型,且在近岸浪周期检测中获得了较高的检测精度;进一步设计了能够直接提取视频时空特征的深度学习网络模型,对比现有的视频时空特征提取方法,验证了本研究提出的模型对近岸浪周期检测精度更高,模型更稳定,所用参数更少,在近岸浪周期检测上有良好的应用前景。
其他文献
“解决问题的策略(选择策略)”是小学阶段最后一次策略教学,是综合运用策略,形成问题解决能力的关键。从策略选择需求不足的现实困境出发,立足教材编排体系、前后内容关联和策略选择逻辑三个方面探寻破解路径,并基于整体性教学思维对整个单元的教学目标、内容架构、流程范式和教学过程进行重构,进而激活策略认知体验多样性,激发选择需要聚焦独特性,升华策略领悟理解共通性,优化策略选择提升灵活性。
英语世界《三国演义》二百年学术史可分为四个时期:发轫期(1815—1925年),过渡期(1926—1959年),繁荣期(1960—1989年),多元期(1990—2019年)。各时期呈现出不同的研究视角与研究特征:发轫期以译介为主;过渡期是专业研究的开始;繁荣期转向文学内部研究,开始关注文体、主题、结构、人物等;多元期呈现文化研究转向与理论、方法、视角多元化的特征。四个时期总体发展趋势遵循从作者研
伴随劳动力整体素质提升、经济增速放缓的现状,社会所能提供的就业机会跟不上人们就业需求的增长速度。越来越多的人不得不接受低要求的工作,也就出现了全球范围内的"资质过剩"现象。本文分别从资质过剩的概念内涵、结构测量、前因研究、影响结果四个方面对国内外现有文献进行回顾与梳理,并对今后的研究方向提出建议与展望,以期为未来的研究方向提供参考。
在极限边缘与自我身心斗争的攀岩者,展现了攀岩者“身心三重”的交织:训练和攀爬过程中的身心磨炼;攀岩者的身心和岩壁的相互铭刻;攀岩者们彼此激励、传递身心经验和生活世界意义价值的建立。在身心、自然、共同体的交织中,个体会聚社群之中而获得支持和鼓励,又在不断探寻极限边界的过程中点亮攀岩群体的希望之光。这一“极限过程”带来了攀岩者的身心成长、生命世界的开阔、社群的交融与生生不息。
为解决桥涵台背路基沉降问题,在阐述台背沉降成因及化学灌浆技术作用机理的基础上,结合某工程实际情况,对化学灌浆技术在其沉降治理过程中的具体应用进行深入分析,并提出了施工中需要注意的各项要点,可为同类施工提供参考。
针对无流体中小口径管道内部状况传统人工难以直接检测的问题,设计了一款基于STC89C52RC单片机的油气管道检测机器人。利用蓝牙模块HC-06,驱动模块L298N,温湿度传感器DHT11分别实现无线通信、电机驱动、和温湿度数据的采集。使用PROTEUS仿真软件设计检测机器人的内部控制电路,利用SOLIDWORKS软件对检测机器人外部结构框架进行三维建模。环境模拟实验表明,检测机器人能够有效检测油气
设■,获得了函数fα,β,+1的几何凹凸性,从而推广了f0,0,+1的相应已知结果;将函数fα,β,±1中的指数函数替换为双曲函数,通过研究其单调性与对数凹凸性,获得了关于gamma函数的一些不等式,从而改进了gamma函数相应的已知不等式。
<正>在当前社会经济不断发展的情况下,建筑施工企业的施工规模不断增长,而在此情况下提高建筑施工企业会计信息质量,实现企业管理水平提升,减少会计信息造假问题,能够保证建筑施工企业在工程项目施工中实现成本控制,减少成本支出,提高企业的管理效益,本文根据建筑施工企业当前会计信息控制存在问题进行分析,指出了如何提高企业会计信息质量的基本措施,希望能够提高企业会计信息质量,帮助建筑施工企业实现会计水平提升,
期刊
该文总结高校中外园林史课程的教学特点,提出专题化教学的相关思路,以历史时间为经,以经典园林为纬,将教学内容分为12个专题,其中中国部分7个,外国部分5个。中外园林史课程专题化教学要注重三个方面的问题:一要紧扣风景园林学的学科特性,讲清楚不同时期、不同地域、不同流派的造园历史,以及中外造园的分野、哲学对造园的影响、园林类型的分化、园林风格的变迁等知识,同时针对学科知识零散的特征,有意识地帮助学生建立