申報單位基本情況

單位

名稱(chēng)

大連海事大學(xué)

企業(yè)

性質(zhì)

大專(zhuān)院校

通訊

地址

大連市甘井子區凌海路1號

郵政

編碼

116026

員工

人數

2030

技術(shù)人員人數

1170

固  定

資  產(chǎn)

36819    萬(wàn)元

項目負責人

姓名

付先平

職  務(wù)

職  稱(chēng)

國際合作與交流處處長(cháng)

正高級

電  子

郵  件

fxp@dlmu.edu.cn

電話(huà)

0411-84729336

傳  真

手  機

13842872008

項目總投入

    50   萬(wàn)元

項目起止年月

2019-01-01至2019-12-31

一、項目概況：（項目背景介紹、國內、國外情況、產(chǎn)品主要用途、主要差距、項目進(jìn)展、市場(chǎng)前景、經(jīng)濟效益等）

一、項目背景及存在主要差距

我國是海洋大國，海洋經(jīng)濟是現代國家重大發(fā)展戰略的重要組成部分。近年來(lái)我國海產(chǎn)品養殖總產(chǎn)量一直穩居世界首位，然而，目前自然養殖的海珍品，仍然需要潛水員人工抓捕。人工抓捕不僅對作業(yè)者的身體損傷嚴重，安全風(fēng)險高，而且效率極低，成本高。此外，十九大報告中明確要求“確保邊疆鞏固、邊境安全。堅持陸海統籌，加快建設海洋強國”。因此，實(shí)現水下智能機器人在復雜海洋環(huán)境中小目標的自主識別和高效抓取，替代傳統捕撈方式，不僅是海洋牧場(chǎng)良性發(fā)展的迫切產(chǎn)業(yè)需求，也對維護國家海洋權益，增強水下國防力量具有重要意義。 目前，水下機器人雖能完成部分水下作業(yè)，如勘探、水文調查和科學(xué)考察等任務(wù)，但能在動(dòng)態(tài)渾濁淺海環(huán)境中進(jìn)行自主、敏捷、高效抓取的水下智能機器人尚屬空白。鑒于此，國家自然科學(xué)基金委提出進(jìn)一步凝聚科研力量，推動(dòng)和引導該領(lǐng)域相關(guān)理論技術(shù)的深入研究，大力推動(dòng)水下捕撈機器人領(lǐng)域的發(fā)展。 近年來(lái)，隨著(zhù)陸上機器人和旋翼式無(wú)人機技術(shù)的日益成熟，水下智能裝備平臺、運動(dòng)及控制等方面研究也逐漸加強，但水下智能裝備的視覺(jué)能力，特別是如何提高復雜環(huán)境中水下小目標檢測與識別能力成為水下智能裝備亟需解決的核心問(wèn)題，直接關(guān)系到水下智能裝備的作業(yè)能力和智能化水平，對實(shí)現水下捕撈機器人的產(chǎn)業(yè)化起到?jīng)Q定性作用。 目前在水下可見(jiàn)度較低時(shí)光學(xué)圖像質(zhì)量較差，特別是在動(dòng)態(tài)渾濁環(huán)境下，在水下智能裝備上安裝人工強光源和低照度相機的方法并不能改善水下圖像質(zhì)量。因為水介質(zhì)不僅存在嚴重的光吸收現象，而且在渾濁海洋環(huán)境中大量懸浮粒子也會(huì )造成嚴重的前向散射和后向散射現象。在水下智能裝備上安裝人工強光源，會(huì )加劇水下懸浮粒子的后向散射現象，并進(jìn)一步增強圖像的光照不均勻性，導致圖像質(zhì)量惡化；如果采用低照度相機，前向和后向散射光造成的低對比度和模糊現象也會(huì )同樣被增強，圖像的有效質(zhì)量不會(huì )改善。 雖然現有圖像增強和復原方法在一定程度上提高了水下圖像質(zhì)量，但水下環(huán)境變化較大，尤其是水下環(huán)境的渾濁度動(dòng)態(tài)變化，上述方法無(wú)法適應動(dòng)態(tài)渾濁水下成像環(huán)境。近年來(lái)，腦科學(xué)研究催生了人工智能和類(lèi)腦計算研究的新一輪高潮。人腦感知的外界信息，80%來(lái)自于視覺(jué)通道。這些信息未顯現出相關(guān)性和不變性，但人類(lèi)的視覺(jué)系統，從視網(wǎng)膜的輸入到高級皮層形成認知的各個(gè)階段，卻能以某種方式理解或整理這些雜亂無(wú)章的視覺(jué)輸入數據。研究指出，視覺(jué)系統入口視網(wǎng)膜的細胞信息處理機制已經(jīng)較為清晰，其傳遞給視中樞的視覺(jué)信息不僅僅是輸入圖像的像素再現，還包含高度處理后的圖像特征。有證據顯示，顏色恒常、圖像增強、亮度動(dòng)態(tài)范圍壓縮等視覺(jué)任務(wù)在視網(wǎng)膜層面已部分完成。 人類(lèi)視覺(jué)系統使人眼和大腦高效有機聯(lián)動(dòng)實(shí)現視覺(jué)認知，幾乎可以在任意環(huán)境下感知任意目標。因此，從人類(lèi)視覺(jué)認知機理出發(fā)，可啟發(fā)設計新的感知模型，提升水下圖像的實(shí)時(shí)清晰化水平，提高水下智能裝備的海洋環(huán)境感知能力。

二、前期引進(jìn)外專(zhuān)的工作基礎

項目依托于大連海事大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科、海底工程技術(shù)與裝備國際聯(lián)合研究中心、中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所水下機器人研究室和哈爾濱工程大學(xué)水下機器人國防科技重點(diǎn)實(shí)驗室，為國內水下智能捕撈機器人領(lǐng)域具備較強國際競爭力的學(xué)術(shù)隊伍。近年來(lái)，本團隊與美國哈佛大學(xué)醫學(xué)院人眼視覺(jué)相關(guān)研究領(lǐng)域的國際知名專(zhuān)家建立了穩定長(cháng)久的合作關(guān)系，邀請國際知名專(zhuān)家學(xué)者來(lái)本學(xué)科交流訪(fǎng)問(wèn)，具有良好的國際合作研究基礎，這些交流活動(dòng)為本團隊更深層次的科學(xué)研究創(chuàng )造了條件。 美國哈佛大學(xué)醫學(xué)院資深教授、Schepens研究所所長(cháng)Eli Peli于2009、2016、2018年三次訪(fǎng)問(wèn)本學(xué)科，開(kāi)展了關(guān)于人眼視覺(jué)感知與圖像清晰化處理算法有關(guān)系列講座，并與本學(xué)科成員就相關(guān)感知分析算法在水下智能裝備領(lǐng)域的應用展開(kāi)了深入的討論。從2009年起，Eli Peli教授一直是本校的講座教授，多次到校舉辦學(xué)術(shù)講座和指導研究生培養工作，建立了長(cháng)期的良好合作關(guān)系。 美國哈佛大學(xué)醫學(xué)院講師、馬塞諸塞州眼耳科斯格本斯眼科研究院博士后Jae-Hyun Jung博士于2018年7月來(lái)本學(xué)科訪(fǎng)問(wèn)，做了關(guān)于光學(xué)或電子視覺(jué)輔助與人體視覺(jué)結合的相關(guān)學(xué)術(shù)報告，建議把人體視覺(jué)觀(guān)念中的理論應用于提高視力，尤其是用于視野缺損患者的視野擴大棱鏡眼鏡以及為盲人提供視網(wǎng)膜或皮質(zhì)植入等視覺(jué)假體。通過(guò)本次學(xué)術(shù)訪(fǎng)問(wèn)，本學(xué)科已與Jae-Hyun Jung博士建立了良好的合作基礎和合作條件。

二、項目實(shí)施單位簡(jiǎn)介：?jiǎn)挝恍再|(zhì)、實(shí)力、技術(shù)水平、同行業(yè)地位等

大連海事大學(xué)（原大連海運學(xué)院）是交通運輸部所屬的全國重點(diǎn)大學(xué)，是國家“211工程”重點(diǎn)建設高校、國家“雙一流”建設高校，是交通運輸部、教育部、原國家海洋局、遼寧省人民政府、大連市人民政府共建高校。學(xué)校素有“航海家的搖籃”之稱(chēng)，是中國著(zhù)名的高等航海學(xué)府，是被國際海事組織認定的世界上少數幾所“享有國際盛譽(yù)”的海事院校之一。

本項目依托于大連海事大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)一級學(xué)科、海底工程技術(shù)與裝備國際聯(lián)合研究中心、中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所水下機器人研究室和哈爾濱工程大學(xué)水下機器人國防科技重點(diǎn)實(shí)驗室，為國內水下智能捕撈機器人領(lǐng)域具備較強國際競爭力的學(xué)術(shù)隊伍。近5年承擔了國家科技支撐計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和一般項目、國家973、國家863、國家科技重大專(zhuān)項等國家項目30項，國家級項目到款超過(guò)2500萬(wàn)元，科研項目總到款超過(guò)7600萬(wàn)元，發(fā)表國內外重要學(xué)術(shù)期刊等論文EI收錄145篇，SCI收錄81篇。張淑芳教授被科技部聘為國家智能交通系統專(zhuān)家咨詢(xún)委員會(huì )委員，被總裝備部聘為國家重大專(zhuān)項中國二代衛星導航系統方案設計專(zhuān)家組和標準化專(zhuān)家組成員，被遼寧省政府聘為信息與通信工程學(xué)科指導委員會(huì )成員和電子信息工程本科教學(xué)指導委員會(huì )副主任?；貓F隊成員房少軍教授獲遼寧省高等學(xué)校中青年學(xué)科帶頭人。本學(xué)科作為主要參與團隊之一，獲得了國家發(fā)改委批復的船舶導航系統國家工程研究中心。獲得交通運輸部“十一五”《交通運輸行業(yè)優(yōu)秀科技創(chuàng )新團隊》——船舶通信導航技術(shù)團隊，團隊負責人獲得了《交通運輸行業(yè)特殊科技貢獻獎》。 此外，本項目在現有研究基礎、國際合作交流、人才培養等軟件方面也具有良好基礎。近年來(lái)學(xué)科與國內外著(zhù)名大學(xué)、研究所開(kāi)展了多層次、多方位的科研合作與學(xué)術(shù)交流活動(dòng)。先后與美國、加拿大、日本及法國等國家的學(xué)校和研究所進(jìn)行學(xué)術(shù)交流。學(xué)科參加了中歐伽利略合作的第一個(gè)重大項目EGNOS中國測試，獨立承擔了動(dòng)態(tài)測試任務(wù)，受到了科技部專(zhuān)家的好評，在國內和歐盟產(chǎn)生了良好的影響。本學(xué)科多名成員自2006年至今，被交通運輸部海事局聘為中國代表團成員，參與了國際航標協(xié)會(huì )IALA、國際海事組織IMO、和國際電信聯(lián)盟ITU的技術(shù)工作，是IMO e-Navigation 發(fā)展戰略研究通信工作組成員，參與了未來(lái)海事無(wú)線(xiàn)電通信和無(wú)線(xiàn)電導航計劃的編制工作，參與了世界無(wú)線(xiàn)電大會(huì )WRC19的水上業(yè)務(wù)標準體系的研究工作。2012年3月在中國衛星導航系統管理辦公室和中國海事局的支持下主筆撰寫(xiě)、向IMO的通信與搜救分委會(huì )COMSAR提交了信息文件，并代表中國首次在大會(huì )上宣讀了該信息文件：“BeiDou--the new member of GNSS for e-Navigation”，是中國北斗衛星導航系統進(jìn)入IMO標準體系的里程碑文件，為北斗衛星導航系統進(jìn)入國家標準化體系和進(jìn)入國際市場(chǎng)奠定了基礎。

三、被聘請專(zhuān)家所在單位簡(jiǎn)介：?jiǎn)挝恍再|(zhì)、實(shí)力、技術(shù)水平、同行業(yè)地位等

    （1）Chein-I Chang教授

現任美國馬里蘭大學(xué)巴爾的摩郡分校電機工程系終身教授，同時(shí)也是IEEE終身會(huì )士(IEEE Life Fellow)、SPIE會(huì )士(SPIE Fellow)、教育部長(cháng)江學(xué)者講座教授、臺灣教育部玉山學(xué)者等。CHEIN-I CHANG教授是高光譜圖像處理領(lǐng)域的知名學(xué)者，他首先從信號處理的角度探索了一套全新的高光譜理論體系，并在此基礎上創(chuàng )立了一系列經(jīng)典算法，論文被引超過(guò)5000次，H-index為53。主要代表算法有：用于混合像素解混的正交子空間投影法 (被引次數超過(guò)1153次)、用于混合像素量化和線(xiàn)性解混的全約束最小二乘法 (被引次數超過(guò)900次)、用于亞像元檢測的約束能量最小化方法 (被引次數超過(guò)201次)、用于非監督端元提取的自動(dòng)目標產(chǎn)生過(guò)程方法 (被引次數超過(guò)283次)、用于端元尋找的單形體增長(cháng)算法 (被引次數超過(guò)300次)、以及用于估計端元數量的虛擬維度法 (被引次數超過(guò)668次)等。上述方法已經(jīng)成為高光譜領(lǐng)域的代表性技術(shù)。

（2）Eliezer Peli教授

 Eliezer Peli是美國哈佛大學(xué)醫學(xué)院資深教授、Schepens眼科研究所所長(cháng)。Peli是美國眼科學(xué)會(huì )會(huì )員、美國光學(xué)學(xué)會(huì )會(huì )員、SID（社會(huì )信息顯示）研究員、SPIE（國際光學(xué)工程學(xué)會(huì )）研究員。美國視光學(xué)會(huì )為他頒發(fā)了2001年格倫A.弗萊講座獎和2009年威廉·芬布隆獎；猶太公會(huì )因他為盲人的貢獻頒發(fā)了2004年阿爾弗雷德·布萊斯勒視力科學(xué)獎（與馬克福博士共同授予）；燈塔國際為他頒發(fā)了2006年攝影視覺(jué)獎；美國光學(xué)學(xué)會(huì )和成像科學(xué)與技術(shù)學(xué)會(huì )聯(lián)合為他頒發(fā)了2009年“阿爾康研究”獎（與Mass博士共同授予）、2010年“SID信息顯示協(xié)會(huì )”奧托沙德獎、2010年Edwin H Land獎?wù)?；以及底特律眼科研究所的眼科、腦科和自動(dòng)化會(huì )議為他頒發(fā)了2015年巴蒂馬獎。 。他曾擔任許多國家委員會(huì )的顧問(wèn)，包括美國國家衛生研究院、美國航空航天局應用基礎平臺、航空運行系統咨詢(xún)委員會(huì )、美國空軍、退伍軍人事務(wù)部、美國海軍博士后研究金計劃、美國陸軍研究實(shí)驗室和美國交通運輸部、聯(lián)邦汽車(chē)運輸安全管理局。Peli博士發(fā)表了超過(guò)190篇同行評議的科學(xué)期刊論文，并獲得了9項美國專(zhuān)利。他還編輯了一本名為“目標檢測視覺(jué)模型”的書(shū)籍，書(shū)中特別強調軍事應用。此外他（與DoronPeli合作）聯(lián)合撰寫(xiě)了《駕駛信心》：低視率駕駛的實(shí)用指南。

（3）Jae-Hyun Jung博士

Jae-Hyun Jung博士是馬塞諸塞州耳科眼科斯格本斯研究所的研究員，同時(shí)也是哈佛大學(xué)醫學(xué)院眼科系講師（終身教職）。馬塞諸塞州耳科眼科斯格本斯研究所為他頒發(fā)了2017年初級職員艾麗斯阿德勒獎學(xué)金獎，韓國首爾國立大學(xué)電氣工程學(xué)院為他頒發(fā)了2011年最佳研究員獎，國際信息顯示學(xué)會(huì )為他頒發(fā)了2009年默克青年科學(xué)家獎。他多次榮獲光學(xué)或電氣工程領(lǐng)域會(huì )議杰出論文獎。

2012年，獲得韓國首爾國立大學(xué)的電氣工程博士學(xué)位。Jung博士的主要研究領(lǐng)域集中在視覺(jué)康復中的光學(xué)成像、三維顯示、圖像處理、計算攝影等，已申請5項專(zhuān)利，發(fā)表30余篇期刊論文，70余篇會(huì )議論文。

四、需要引智工作解決的問(wèn)題：

1）從人眼視覺(jué)相關(guān)研究出發(fā)，提出低視力患者眼部機理模型與解決方案，仿真水下多渾濁度類(lèi)人場(chǎng)景感知過(guò)程。

2）提出基于視網(wǎng)膜信息處理流程的水下場(chǎng)景類(lèi)腦視覺(jué)感知方案。

3）建立基于類(lèi)腦機制的小目標精準識別模型框架。

4）提出海上寬帶通信系統的體系架構模型方案。

5）提出海上船（隊）協(xié)同通信與快速組網(wǎng)解決方案，完成新型路由、拓撲優(yōu)化、資源分配的算法協(xié)議設計，并完成理論分析與仿真實(shí)驗驗證

6）開(kāi)發(fā)新型海上無(wú)線(xiàn)寬帶通信網(wǎng)絡(luò )仿真實(shí)驗平臺。

7）建立完善的海上—水下無(wú)線(xiàn)層析感知網(wǎng)絡(luò )系統，在無(wú)線(xiàn)感知成像方法、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構方面有新的理論突破。

8）突破VDES、VDESR-Mode核心關(guān)鍵技術(shù)，研制VDES船站、岸站樣機，參與VDES相關(guān)國際標準的制定，包括ITU 2092、IEC設備測試標準等。

9）突破綜合PNT關(guān)鍵核心技術(shù)，給出船載電子信息融合方法，研制具有自主知識產(chǎn)權的高可靠性綜合船橋系統，參與IALA綜合PNT相關(guān)提案的撰寫(xiě)。

五、專(zhuān)家工作實(shí)際或預期成效，以及對研究技術(shù)或產(chǎn)品的評價(jià)和市場(chǎng)預測

1、通過(guò)本項目的實(shí)施，擬在以下方面開(kāi)展合作：

1）從人眼視覺(jué)相關(guān)研究出發(fā)，研究低視力患者眼部機理與解決方案。

2）基于視網(wǎng)膜信息處理流程的水下場(chǎng)景類(lèi)腦視覺(jué)感知方案。

3）基于類(lèi)腦機制的小目標識別解決方案。

4）水下智能裝備實(shí)驗平臺研究。

5）海上寬帶通信系統的體系架構模型方案研究。

6）海上船（隊）協(xié)同通信與快速組網(wǎng)解決方案研究。

7）新型海上無(wú)線(xiàn)寬帶通信網(wǎng)絡(luò )仿真實(shí)驗平臺研究。

8）海上—水下無(wú)線(xiàn)層析感知網(wǎng)絡(luò )系統中無(wú)線(xiàn)感知成像方法、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架構方面的理論研究。

2、在人才培養方面：     

建立特色鮮明的人才培養體系，在本項目擬定的研究方向培養一批青年拔尖人才, 為本學(xué)科的發(fā)展培養后備科研力量。     

通過(guò)和項目支助專(zhuān)家的合作交流，通過(guò)國際化授課等方式將先進(jìn)的教學(xué)理念和國外先進(jìn)技術(shù)用于學(xué)生培養，為學(xué)科今后培養具有國際化視野的學(xué)生，促進(jìn)本學(xué)科中人才培養的體系更加科學(xué)，規范，有效。     

通過(guò)和海外專(zhuān)家的交流合作，在本學(xué)科內重點(diǎn)培養中青年拔尖人才，能夠掌握各自研究領(lǐng)域內最先進(jìn)的研究理論及方法技術(shù)，成為推動(dòng)海上通信導航智能信息技術(shù)創(chuàng )新的中堅力量。

3、在學(xué)科建設方面促：進(jìn)信息與通信工程學(xué)科發(fā)展，提升學(xué)科國際競爭力，以本項目為研究平臺，通過(guò)引進(jìn)來(lái)，走出去的策略，為本學(xué)科注入新的活力。通過(guò)海外學(xué)術(shù)大師專(zhuān)家的指導及海外骨干專(zhuān)家的合作交流，將海上交通信息與通信工程技術(shù)研究，尤其是通航環(huán)境和航行狀態(tài)感知最新理論和思路引入到本項目，全面提升海上智能信息技術(shù)研究水平和國際競爭力，提高學(xué)科研究特色和水平。

六、申報單位意見(jiàn)

本單位承諾本表中所填信息準確真實(shí)，若有失實(shí)或造假行為，本單位愿承擔一切責任。

     負責人（簽字）：                   單位公章

                  年  月  日

七、市級主管部門(mén)意見(jiàn)

負責人（簽章）：                   單位公章

                                    年  月  日