申报单位基本情况

单位

名称

大连海事大学

企业

性质

大专院校

通讯

地址

大连市甘井子区凌海路1号

邮政

编码

116026

员工

人数

2030

技术人员人数

1170

固  定

资  产

36819    万元

项目负责人

姓名

付先平

职  务

职  称

国际合作与交流处处长

正高级

电  子

邮  件

fxp@dlmu.edu.cn

电话

0411-84729336

传  真

手  机

13842872008

项目总投入

    50   万元

项目起止年月

2019-01-01至2019-12-31

一、项目概况：（项目背景介绍、国内、国外情况、产品主要用途、主要差距、项目进展、市场前景、经济效益等）

一、项目背景及存在主要差距

我国是海洋大国，海洋经济是现代国家重大发展战略的重要组成部分。近年来我国海产品养殖总产量一直稳居世界首位，然而，目前自然养殖的海珍品，仍然需要潜水员人工抓捕。人工抓捕不仅对作业者的身体损伤严重，安全风险高，而且效率极低，成本高。此外，十九大报告中明确要求“确保边疆巩固、边境安全。坚持陆海统筹，加快建设海洋强国”。因此，实现水下智能机器人在复杂海洋环境中小目标的自主识别和高效抓取，替代传统捕捞方式，不仅是海洋牧场良性发展的迫切产业需求，也对维护国家海洋权益，增强水下国防力量具有重要意义。 目前，水下机器人虽能完成部分水下作业，如勘探、水文调查和科学考察等任务，但能在动态浑浊浅海环境中进行自主、敏捷、高效抓取的水下智能机器人尚属空白。鉴于此，国家自然科学基金委提出进一步凝聚科研力量，推动和引导该领域相关理论技术的深入研究，大力推动水下捕捞机器人领域的发展。 近年来，随着陆上机器人和旋翼式无人机技术的日益成熟，水下智能装备平台、运动及控制等方面研究也逐渐加强，但水下智能装备的视觉能力，特别是如何提高复杂环境中水下小目标检测与识别能力成为水下智能装备亟需解决的核心问题，直接关系到水下智能装备的作业能力和智能化水平，对实现水下捕捞机器人的产业化起到决定性作用。 目前在水下可见度较低时光学图像质量较差，特别是在动态浑浊环境下，在水下智能装备上安装人工强光源和低照度相机的方法并不能改善水下图像质量。因为水介质不仅存在严重的光吸收现象，而且在浑浊海洋环境中大量悬浮粒子也会造成严重的前向散射和后向散射现象。在水下智能装备上安装人工强光源，会加剧水下悬浮粒子的后向散射现象，并进一步增强图像的光照不均匀性，导致图像质量恶化；如果采用低照度相机，前向和后向散射光造成的低对比度和模糊现象也会同样被增强，图像的有效质量不会改善。 虽然现有图像增强和复原方法在一定程度上提高了水下图像质量，但水下环境变化较大，尤其是水下环境的浑浊度动态变化，上述方法无法适应动态浑浊水下成像环境。近年来，脑科学研究催生了人工智能和类脑计算研究的新一轮高潮。人脑感知的外界信息，80%来自于视觉通道。这些信息未显现出相关性和不变性，但人类的视觉系统，从视网膜的输入到高级皮层形成认知的各个阶段，却能以某种方式理解或整理这些杂乱无章的视觉输入数据。研究指出，视觉系统入口视网膜的细胞信息处理机制已经较为清晰，其传递给视中枢的视觉信息不仅仅是输入图像的像素再现，还包含高度处理后的图像特征。有证据显示，颜色恒常、图像增强、亮度动态范围压缩等视觉任务在视网膜层面已部分完成。 人类视觉系统使人眼和大脑高效有机联动实现视觉认知，几乎可以在任意环境下感知任意目标。因此，从人类视觉认知机理出发，可启发设计新的感知模型，提升水下图像的实时清晰化水平，提高水下智能装备的海洋环境感知能力。

二、前期引进外专的工作基础

项目依托于大连海事大学计算机科学与技术一级学科、海底工程技术与装备国际联合研究中心、中国科学院沈阳自动化研究所水下机器人研究室和哈尔滨工程大学水下机器人国防科技重点实验室，为国内水下智能捕捞机器人领域具备较强国际竞争力的学术队伍。近年来，本团队与美国哈佛大学医学院人眼视觉相关研究领域的国际知名专家建立了稳定长久的合作关系，邀请国际知名专家学者来本学科交流访问，具有良好的国际合作研究基础，这些交流活动为本团队更深层次的科学研究创造了条件。 美国哈佛大学医学院资深教授、Schepens研究所所长Eli Peli于2009、2016、2018年三次访问本学科，开展了关于人眼视觉感知与图像清晰化处理算法有关系列讲座，并与本学科成员就相关感知分析算法在水下智能装备领域的应用展开了深入的讨论。从2009年起，Eli Peli教授一直是本校的讲座教授，多次到校举办学术讲座和指导研究生培养工作，建立了长期的良好合作关系。 美国哈佛大学医学院讲师、马塞诸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月来本学科访问，做了关于光学或电子视觉辅助与人体视觉结合的相关学术报告，建议把人体视觉观念中的理论应用于提高视力，尤其是用于视野缺损患者的视野扩大棱镜眼镜以及为盲人提供视网膜或皮质植入等视觉假体。通过本次学术访问，本学科已与Jae-Hyun Jung博士建立了良好的合作基础和合作条件。

二、项目实施单位简介：单位性质、实力、技术水平、同行业地位等

大连海事大学（原大连海运学院）是交通运输部所属的全国重点大学，是国家“211工程”重点建设高校、国家“双一流”建设高校，是交通运输部、教育部、原国家海洋局、辽宁省人民政府、大连市人民政府共建高校。学校素有“航海家的摇篮”之称，是中国著名的高等航海学府，是被国际海事组织认定的世界上少数几所“享有国际盛誉”的海事院校之一。

本项目依托于大连海事大学计算机科学与技术一级学科、海底工程技术与装备国际联合研究中心、中国科学院沈阳自动化研究所水下机器人研究室和哈尔滨工程大学水下机器人国防科技重点实验室，为国内水下智能捕捞机器人领域具备较强国际竞争力的学术队伍。近5年承担了国家科技支撑计划、国家自然科学基金重点和一般项目、国家973、国家863、国家科技重大专项等国家项目30项，国家级项目到款超过2500万元，科研项目总到款超过7600万元，发表国内外重要学术期刊等论文EI收录145篇，SCI收录81篇。张淑芳教授被科技部聘为国家智能交通系统专家咨询委员会委员，被总装备部聘为国家重大专项中国二代卫星导航系统方案设计专家组和标准化专家组成员，被辽宁省政府聘为信息与通信工程学科指导委员会成员和电子信息工程本科教学指导委员会副主任。基地团队成员房少军教授获辽宁省高等学校中青年学科带头人。本学科作为主要参与团队之一，获得了国家发改委批复的船舶导航系统国家工程研究中心。获得交通运输部“十一五”《交通运输行业优秀科技创新团队》——船舶通信导航技术团队，团队负责人获得了《交通运输行业特殊科技贡献奖》。 此外，本项目在现有研究基础、国际合作交流、人才培养等软件方面也具有良好基础。近年来学科与国内外著名大学、研究所开展了多层次、多方位的科研合作与学术交流活动。先后与美国、加拿大、日本及法国等国家的学校和研究所进行学术交流。学科参加了中欧伽利略合作的第一个重大项目EGNOS中国测试，独立承担了动态测试任务，受到了科技部专家的好评，在国内和欧盟产生了良好的影响。本学科多名成员自2006年至今，被交通运输部海事局聘为中国代表团成员，参与了国际航标协会IALA、国际海事组织IMO、和国际电信联盟ITU的技术工作，是IMO e-Navigation 发展战略研究通信工作组成员，参与了未来海事无线电通信和无线电导航计划的编制工作，参与了世界无线电大会WRC19的水上业务标准体系的研究工作。2012年3月在中国卫星导航系统管理办公室和中国海事局的支持下主笔撰写、向IMO的通信与搜救分委会COMSAR提交了信息文件，并代表中国首次在大会上宣读了该信息文件：“BeiDou--the new member of GNSS for e-Navigation”，是中国北斗卫星导航系统进入IMO标准体系的里程碑文件，为北斗卫星导航系统进入国家标准化体系和进入国际市场奠定了基础。

三、被聘请专家所在单位简介：单位性质、实力、技术水平、同行业地位等

    （1）Chein-I Chang教授

现任美国马里兰大学巴尔的摩郡分校电机工程系终身教授，同时也是IEEE终身会士(IEEE Life Fellow)、SPIE会士(SPIE Fellow)、教育部长江学者讲座教授、台湾教育部玉山学者等。CHEIN-I CHANG教授是高光谱图像处理领域的知名学者，他首先从信号处理的角度探索了一套全新的高光谱理论体系，并在此基础上创立了一系列经典算法，论文被引超过5000次，H-index为53。主要代表算法有：用于混合像素解混的正交子空间投影法 (被引次数超过1153次)、用于混合像素量化和线性解混的全约束最小二乘法 (被引次数超过900次)、用于亚像元检测的约束能量最小化方法 (被引次数超过201次)、用于非监督端元提取的自动目标产生过程方法 (被引次数超过283次)、用于端元寻找的单形体增长算法 (被引次数超过300次)、以及用于估计端元数量的虚拟维度法 (被引次数超过668次)等。上述方法已经成为高光谱领域的代表性技术。

（2）Eliezer Peli教授

 Eliezer Peli是美国哈佛大学医学院资深教授、Schepens眼科研究所所长。Peli是美国眼科学会会员、美国光学学会会员、SID（社会信息显示）研究员、SPIE（国际光学工程学会）研究员。美国视光学会为他颁发了2001年格伦A.弗莱讲座奖和2009年威廉·芬布隆奖；犹太公会因他为盲人的贡献颁发了2004年阿尔弗雷德·布莱斯勒视力科学奖（与马克福博士共同授予）；灯塔国际为他颁发了2006年摄影视觉奖；美国光学学会和成像科学与技术学会联合为他颁发了2009年“阿尔康研究”奖（与Mass博士共同授予）、2010年“SID信息显示协会”奥托沙德奖、2010年Edwin H Land奖章；以及底特律眼科研究所的眼科、脑科和自动化会议为他颁发了2015年巴蒂马奖。 。他曾担任许多国家委员会的顾问，包括美国国家卫生研究院、美国航空航天局应用基础平台、航空运行系统咨询委员会、美国空军、退伍军人事务部、美国海军博士后研究金计划、美国陆军研究实验室和美国交通运输部、联邦汽车运输安全管理局。Peli博士发表了超过190篇同行评议的科学期刊论文，并获得了9项美国专利。他还编辑了一本名为“目标检测视觉模型”的书籍，书中特别强调军事应用。此外他（与DoronPeli合作）联合撰写了《驾驶信心》：低视率驾驶的实用指南。

（3）Jae-Hyun Jung博士

Jae-Hyun Jung博士是马塞诸塞州耳科眼科斯格本斯研究所的研究员，同时也是哈佛大学医学院眼科系讲师（终身教职）。马塞诸塞州耳科眼科斯格本斯研究所为他颁发了2017年初级职员艾丽斯阿德勒奖学金奖，韩国首尔国立大学电气工程学院为他颁发了2011年最佳研究员奖，国际信息显示学会为他颁发了2009年默克青年科学家奖。他多次荣获光学或电气工程领域会议杰出论文奖。

2012年，获得韩国首尔国立大学的电气工程博士学位。Jung博士的主要研究领域集中在视觉康复中的光学成像、三维显示、图像处理、计算摄影等，已申请5项专利，发表30余篇期刊论文，70余篇会议论文。

四、需要引智工作解决的问题：

1）从人眼视觉相关研究出发，提出低视力患者眼部机理模型与解决方案，仿真水下多浑浊度类人场景感知过程。

2）提出基于视网膜信息处理流程的水下场景类脑视觉感知方案。

3）建立基于类脑机制的小目标精准识别模型框架。

4）提出海上宽带通信系统的体系架构模型方案。

5）提出海上船（队）协同通信与快速组网解决方案，完成新型路由、拓扑优化、资源分配的算法协议设计，并完成理论分析与仿真实验验证

6）开发新型海上无线宽带通信网络仿真实验平台。

7）建立完善的海上—水下无线层析感知网络系统，在无线感知成像方法、无线网络架构方面有新的理论突破。

8）突破VDES、VDESR-Mode核心关键技术，研制VDES船站、岸站样机，参与VDES相关国际标准的制定，包括ITU 2092、IEC设备测试标准等。

9）突破综合PNT关键核心技术，给出船载电子信息融合方法，研制具有自主知识产权的高可靠性综合船桥系统，参与IALA综合PNT相关提案的撰写。

五、专家工作实际或预期成效，以及对研究技术或产品的评价和市场预测

1、通过本项目的实施，拟在以下方面开展合作：

1）从人眼视觉相关研究出发，研究低视力患者眼部机理与解决方案。

2）基于视网膜信息处理流程的水下场景类脑视觉感知方案。

3）基于类脑机制的小目标识别解决方案。

4）水下智能装备实验平台研究。

5）海上宽带通信系统的体系架构模型方案研究。

6）海上船（队）协同通信与快速组网解决方案研究。

7）新型海上无线宽带通信网络仿真实验平台研究。

8）海上—水下无线层析感知网络系统中无线感知成像方法、无线网络架构方面的理论研究。

2、在人才培养方面：     

建立特色鲜明的人才培养体系，在本项目拟定的研究方向培养一批青年拔尖人才, 为本学科的发展培养后备科研力量。     

通过和项目支助专家的合作交流，通过国际化授课等方式将先进的教学理念和国外先进技术用于学生培养，为学科今后培养具有国际化视野的学生，促进本学科中人才培养的体系更加科学，规范，有效。     

通过和海外专家的交流合作，在本学科内重点培养中青年拔尖人才，能够掌握各自研究领域内最先进的研究理论及方法技术，成为推动海上通信导航智能信息技术创新的中坚力量。

3、在学科建设方面促：进信息与通信工程学科发展，提升学科国际竞争力，以本项目为研究平台，通过引进来，走出去的策略，为本学科注入新的活力。通过海外学术大师专家的指导及海外骨干专家的合作交流，将海上交通信息与通信工程技术研究，尤其是通航环境和航行状态感知最新理论和思路引入到本项目，全面提升海上智能信息技术研究水平和国际竞争力，提高学科研究特色和水平。

六、申报单位意见

本单位承诺本表中所填信息准确真实，若有失实或造假行为，本单位愿承担一切责任。

     负责人（签字）：                   单位公章

                  年  月  日

七、市级主管部门意见

负责人（签章）：                   单位公章

                                    年  月  日