申報單位基本情況

單位

名稱

大連海事大學

企業

性質

大專院校

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

技術人員人數

1170

固  定

資  產

36819    萬元

項目負責人

姓名

付先平

職  務

職  稱

國際合作與交流處處長

正高級

電  子

郵  件

fxp@dlmu.edu.cn

電話

0411-84729336

傳  真

手  機

13842872008

項目總投入

    50   萬元

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、產品主要用途、主要差距、項目進展、市場前景、經濟效益等）

一、項目背景及存在主要差距

我國是海洋大國，海洋經濟是現代國家重大發展戰略的重要組成部分。近年來我國海產品養殖總產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者的身體損傷嚴重，安全風險高，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，實現水下智能機器人在復雜海洋環境中小目標的自主識別和高效抓取，替代傳統捕撈方式，不僅是海洋牧場良性發展的迫切產業需求，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，如勘探、水文調查和科學考察等任務，但能在動態渾濁淺海環境中進行自主、敏捷、高效抓取的水下智能機器人尚屬空白。鑒于此，國家自然科學基金委提出進一步凝聚科研力量，推動和引導該領域相關理論技術的深入研究，大力推動水下捕撈機器人領域的發展。 近年來，隨著陸上機器人和旋翼式無人機技術的日益成熟，水下智能裝備平臺、運動及控制等方面研究也逐漸加強，但水下智能裝備的視覺能力，特別是如何提高復雜環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題，直接關系到水下智能裝備的作業能力和智能化水平，對實現水下捕撈機器人的產業化起到決定性作用。 目前在水下可見度較低時光學圖像質量較差，特別是在動態渾濁環境下，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量。因為水介質不僅存在嚴重的光吸收現象，而且在渾濁海洋環境中大量懸浮粒子也會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，會加劇水下懸浮粒子的后向散射現象，并進一步增強圖像的光照不均勻性，導致圖像質量惡化；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同樣被增強，圖像的有效質量不會改善。 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量，但水下環境變化較大，尤其是水下環境的渾濁度動態變化，上述方法無法適應動態渾濁水下成像環境。近年來，腦科學研究催生了人工智能和類腦計算研究的新一輪高潮。人腦感知的外界信息，80%來自于視覺通道。這些信息未顯現出相關性和不變性，但人類的視覺系統，從視網膜的輸入到高級皮層形成認知的各個階段，卻能以某種方式理解或整理這些雜亂無章的視覺輸入數據。研究指出，視覺系統入口視網膜的細胞信息處理機制已經較為清晰，其傳遞給視中樞的視覺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、亮度動態范圍壓縮等視覺任務在視網膜層面已部分完成。 人類視覺系統使人眼和大腦高效有機聯動實現視覺認知，幾乎可以在任意環境下感知任意目標。因此，從人類視覺認知機理出發，可啟發設計新的感知模型，提升水下圖像的實時清晰化水平，提高水下智能裝備的海洋環境感知能力。

二、前期引進外專的工作基礎

項目依托于大連海事大學計算機科學與技術一級學科、海底工程技術與裝備國際聯合研究中心、中國科學院沈陽自動化研究所水下機器人研究室和哈爾濱工程大學水下機器人國防科技重點實驗室，為國內水下智能捕撈機器人領域具備較強國際競爭力的學術隊伍。近年來，本團隊與美國哈佛大學醫學院人眼視覺相關研究領域的國際知名專家建立了穩定長久的合作關系，邀請國際知名專家學者來本學科交流訪問，具有良好的國際合作研究基礎，這些交流活動為本團隊更深層次的科學研究創造了條件。 美國哈佛大學醫學院資深教授、Schepens研究所所長Eli Peli于2009、2016、2018年三次訪問本學科，開展了關于人眼視覺感知與圖像清晰化處理算法有關系列講座，并與本學科成員就相關感知分析算法在水下智能裝備領域的應用展開了深入的討論。從2009年起，Eli Peli教授一直是本校的講座教授，多次到校舉辦學術講座和指導研究生培養工作，建立了長期的良好合作關系。 美國哈佛大學醫學院講師、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月來本學科訪問，做了關于光學或電子視覺輔助與人體視覺結合的相關學術報告，建議把人體視覺觀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膜或皮質植入等視覺假體。通過本次學術訪問，本學科已與Jae-Hyun Jung博士建立了良好的合作基礎和合作條件。

二、項目實施單位簡介：單位性質、實力、技術水平、同行業地位等

大連海事大學（原大連海運學院）是交通運輸部所屬的全國重點大學，是國家“211工程”重點建設高校、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。學校素有“航海家的搖籃”之稱，是中國著名的高等航海學府，是被國際海事組織認定的世界上少數幾所“享有國際盛譽”的海事院校之一。

本項目依托于大連海事大學計算機科學與技術一級學科、海底工程技術與裝備國際聯合研究中心、中國科學院沈陽自動化研究所水下機器人研究室和哈爾濱工程大學水下機器人國防科技重點實驗室，為國內水下智能捕撈機器人領域具備較強國際競爭力的學術隊伍。近5年承擔了國家科技支撐計劃、國家自然科學基金重點和一般項目、國家973、國家863、國家科技重大專項等國家項目30項，國家級項目到款超過2500萬元，科研項目總到款超過7600萬元，發表國內外重要學術期刊等論文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家咨詢委員會委員，被總裝備部聘為國家重大專項中國二代衛星導航系統方案設計專家組和標準化專家組成員，被遼寧省政府聘為信息與通信工程學科指導委員會成員和電子信息工程本科教學指導委員會副主任?；貓F隊成員房少軍教授獲遼寧省高等學校中青年學科帶頭人。本學科作為主要參與團隊之一，獲得了國家發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”《交通運輸行業優秀科技創新團隊》——船舶通信導航技術團隊，團隊負責人獲得了《交通運輸行業特殊科技貢獻獎》。 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。近年來學科與國內外著名大學、研究所開展了多層次、多方位的科研合作與學術交流活動。先后與美國、加拿大、日本及法國等國家的學校和研究所進行學術交流。學科參加了中歐伽利略合作的第一個重大項目EGNOS中國測試，獨立承擔了動態測試任務，受到了科技部專家的好評，在國內和歐盟產生了良好的影響。本學科多名成員自2006年至今，被交通運輸部海事局聘為中國代表團成員，參與了國際航標協會IALA、國際海事組織IMO、和國際電信聯盟ITU的技術工作，是IMO e-Navigation 發展戰略研究通信工作組成員，參與了未來海事無線電通信和無線電導航計劃的編制工作，參與了世界無線電大會WRC19的水上業務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、向IMO的通信與搜救分委會COMSAR提交了信息文件，并代表中國首次在大會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入IMO標準體系的里程碑文件，為北斗衛星導航系統進入國家標準化體系和進入國際市場奠定了基礎。

三、被聘請專家所在單位簡介：單位性質、實力、技術水平、同行業地位等

    （1）Chein-I Chang教授

現任美國馬里蘭大學巴爾的摩郡分校電機工程系終身教授，同時也是IEEE終身會士(IEEE Life Fellow)、SPIE會士(SPIE Fellow)、教育部長江學者講座教授、臺灣教育部玉山學者等。CHEIN-I CHANG教授是高光譜圖像處理領域的知名學者，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，并在此基礎上創立了一系列經典算法，論文被引超過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1153次)、用于混合像素量化和線性解混的全約束最小二乘法 (被引次數超過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201次)、用于非監督端元提取的自動目標產生過程方法 (被引次數超過283次)、用于端元尋找的單形體增長算法 (被引次數超過300次)、以及用于估計端元數量的虛擬維度法 (被引次數超過668次)等。上述方法已經成為高光譜領域的代表性技術。

（2）Eliezer Peli教授

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

（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，同時也是哈佛大學醫學院眼科系講師（終身教職）。馬塞諸塞州耳科眼科斯格本斯研究所為他頒發了2017年初級職員艾麗斯阿德勒獎學金獎，韓國首爾國立大學電氣工程學院為他頒發了2011年最佳研究員獎，國際信息顯示學會為他頒發了2009年默克青年科學家獎。他多次榮獲光學或電氣工程領域會議杰出論文獎。

2012年，獲得韓國首爾國立大學的電氣工程博士學位。Jung博士的主要研究領域集中在視覺康復中的光學成像、三維顯示、圖像處理、計算攝影等，已申請5項專利，發表30余篇期刊論文，70余篇會議論文。

四、需要引智工作解決的問題：

1）從人眼視覺相關研究出發，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人場景感知過程。

2）提出基于視網膜信息處理流程的水下場景類腦視覺感知方案。

3）建立基于類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）協同通信與快速組網解決方案，完成新型路由、拓撲優化、資源分配的算法協議設計，并完成理論分析與仿真實驗驗證

6）開發新型海上無線寬帶通信網絡仿真實驗平臺。

7）建立完善的海上—水下無線層析感知網絡系統，在無線感知成像方法、無線網絡架構方面有新的理論突破。

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

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

五、專家工作實際或預期成效，以及對研究技術或產品的評價和市場預測

1、通過本項目的實施，擬在以下方面開展合作：

1）從人眼視覺相關研究出發，研究低視力患者眼部機理與解決方案。

2）基于視網膜信息處理流程的水下場景類腦視覺感知方案。

3）基于類腦機制的小目標識別解決方案。

4）水下智能裝備實驗平臺研究。

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）協同通信與快速組網解決方案研究。

7）新型海上無線寬帶通信網絡仿真實驗平臺研究。

8）海上—水下無線層析感知網絡系統中無線感知成像方法、無線網絡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, 為本學科的發展培養后備科研力量。     

通過和項目支助專家的合作交流，通過國際化授課等方式將先進的教學理念和國外先進技術用于學生培養，為學科今后培養具有國際化視野的學生，促進本學科中人才培養的體系更加科學，規范，有效。     

通過和海外專家的交流合作，在本學科內重點培養中青年拔尖人才，能夠掌握各自研究領域內最先進的研究理論及方法技術，成為推動海上通信導航智能信息技術創新的中堅力量。

3、在學科建設方面促：進信息與通信工程學科發展，提升學科國際競爭力，以本項目為研究平臺，通過引進來，走出去的策略，為本學科注入新的活力。通過海外學術大師專家的指導及海外骨干專家的合作交流，將海上交通信息與通信工程技術研究，尤其是通航環境和航行狀態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研究水平和國際競爭力，提高學科研究特色和水平。

六、申報單位意見

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

     負責人（簽字）：                   單位公章

                  年  月  日

七、市級主管部門意見

負責人（簽章）：                   單位公章

                                    年  月  日