三維觀測技術的案例
海底觀測網技術研究與應用進展
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總結與展望
海底觀測網是現代海洋技術的集大成者，是海洋研究的革命性工具。海底廣域觀測網是智慧海洋系統的關鍵基礎設施，在建設海洋強國進程中具有重要的戰略地位。海底觀測網可廣泛應用于全球變化、海底過程和海陸作用等重大前沿基礎科學研究，可為海洋災害預警、資源能源開發、環境監測保護和國防安全警戒提供強有力的支撐。
經過10多年的發展，中國海底觀測網技術獲得了重大突破，基本達到世界先進水平，但總體上與國外最高水平仍存在差距。在基礎理論上，需進一步加強海底極端環境超長期服役的復雜工程可靠性理論研究，建立海底觀測網從元器件和原材料到整個系統的全生命周期可靠性管理體系。在關鍵技術上，由于海洋常駐裝備的創新鏈條很長，往往十年磨一劍，資源投入大、研發周期長，須產學研用協同來促進發展。
同時，應充分發揮海底觀測網持續大功率供電和高速通信的優勢：一是發展常駐式移動觀測平臺和無線拓展觀測平臺，與海底觀測網充分結合，擴展觀測的空間尺度，實現自適應海洋觀測；二是面向凝練的科學問題，發展相應的海底原位智能實驗室，有計劃地獲得時間序列海洋環境要素；三是實現多種儀器設備自主協同的交互式海洋觀測，并加強海量數據分析方法的研究，不斷提高科學應用和經濟社會效益。
END
引用本文
呂楓, 翦知湣. 海底觀測網技術研究與應用進展[J]. 前瞻科技, 2022, 1(2): 79-91;
doi: 10.3981/j.issn.2097-0781.2022.02.006
文章來源：測繪學術資訊
展開 雷達低可觀測目標探測技術
復雜背景下穩健高效的低可觀測目標探測始終是雷達信號處理領域的研究熱點和難點。一方面，強雜波背景和目標復雜運動使得信號微弱，時頻域難以區分；另一方面，傳統雷達體制回波信號資源受限，難以實現對目標信號的精細化描述，亟需發展雷達目標探測新體制和新技術。本文歸納總結了低可觀測目標探測面臨的技術難點，系統回顧了常用的雷達動目標檢測方法，最后從目標探測技術和手段兩方面對雷達低可觀測目標探測的發展進行展望。
雷達作為目標探測和監視的主要手段，在空中和海面目標監視以及預警探測等公共和國防安全領域應用廣泛。然而受復雜背景環境（陸地、城市、海洋等）及目標復雜運動特性的影響，目標雷達回波極其微弱、特性復雜，具有低可觀測性，使得雷達對動目標的探測性能難以滿足實際需求。復雜背景下低可觀測動目標探測技術成為影響雷達性能的關鍵制約因素，也是世界性難題。具體體現在：1）目標運動特性復雜，雷達低可觀測動目標主要包括“低（低掠射角照射，雜波強）、慢（慢速目標，易受雜波遮蔽）、小（小尺寸目標，回波微弱）、快（高速高機動目標，能量發散積累效果差）、隱（隱身目標，回波微弱）”等類型；2）強雜波極易湮沒目標回波信號，并形成大量類似于目標的尖峰信號，嚴重影響雷達對弱小目標的探測和監視性能；3）雷達觀測范圍廣，回波數據量大，新體制雷達采用數字化陣列等技術，在提高信號采樣質量的同時進一步增加了數據量，對算法的實時處理提出了極高要求；4）存在島嶼、島礁、陸海交界、強點源干擾、多目標等復雜情況。
目前，無人機等低空飛行器的出現和迅速發展，成為“低、慢、小、快、隱”等低可觀測目標的典型代表。目前，“黑飛”現象仍然十分普遍，一些簡易航空器容易偏離預定航線和空域，一旦進入重要經濟、政治、軍事目標上空，嚴重威脅民事和軍事安全。此外，無人機一旦被恐怖分子利用，后果不堪設想。
展開 三維曲面件柔性成形技術的現狀
三維曲面件的應用非常廣泛，很多重點工程與重大項目中都需要能夠快速加工高質量三維曲面件的先進制造技術。由于模具設計與制造成本高、準備周期長；在單件生產或批量較小的曲面件制造中，急需不用模具的柔性成形技術；然而在大型曲面件室溫成形時，由于材料加工后的回彈大，而且容易產生多種加工缺陷，實現柔性成形的難度比較大。為了解決大型曲面件柔性成形難題，吉林大學開展了大量的基礎理論研究、生產裝備研制、成形工藝開發及實際應用等多方面的工作，研究了多點數字化模具成形、柔性拉伸成形、柔性輥壓成形等多種柔性成形技術，形成為柔性成形與數字化制造系列技術，已經應用于多個重點項目中。
三維曲面件大量應用于航空航天、船舶艦艇、高速列車等交通工具及現代建筑的裝飾幕墻等方面。模具成形是常用的三維曲面件加工技術，但模具成形要使用整體模具，需要長時間的模具設計、加工制造和調試等過程，生產準備周期很長；而且使用一套模具只能成形一種特定形狀與尺寸的曲面件，針對每一種不同形狀與尺寸的曲面零件都需要一套或數套與之對應的模具，所以前期制造成本很高。長時間的生產準備周期和昂貴的前期制造成本使得模具成形適用于大批量生產，但不適合單件或小批生產，從而限制其在產品的個性化、多樣化以及更新換代等方面的發展。為替代傳統的曲面成形用整體模具，國內外很多機構與企業開展了大量與柔性制造相關的研究，并開發了多種柔性成形技術，如應用在造船業的水火彎板、航空制造業的噴丸成形、單點漸進成形等，但普遍存在加工效率低、成形精度差等問題。
多點成形屬于一種先進的柔性成形技術，主要思路是將整體模具離散為規則排列的基本體單元，通過數控手段調整各基本體單元的高度，構造出不同的成形型面，從而實現板料的不同三維曲面成形。
展開 一文了解目前所有的視覺三維重建技術
基于視覺的三維重建關鍵技術研究綜述. 自動化學報, 2020, 46(4): 631-652. doi: 10.16383/j.aas.2017.c170502
三維重建經過數十年的發展, 已經取得巨大的成功。基于視覺的三維重建在計算機領域是一個重要的研究內容, 主要通過使用相關儀器來獲取物體的二維圖像數據信息, 然后, 再對獲取的數據信息進行分析處理, 最后, 利用三維重建的相關理論重建出真實環境中物體表面的輪廓信息。基于視覺的三維重建具有速度快、實時性好等優點, 能夠廣泛應用于人工智能、機器人、無人駕駛、SLAM (Simultaneous localization and mapping)、虛擬現實和3D打印等領域。三維重建技術的分類方法如下圖所示：
三維重建技術的分類
三維重建技術優缺點對比一覽
基于主動視覺的三維重建技術
基于主動視覺的三維重建技術主要包括激光掃描法、結構光法、陰影法和TOF技術、雷達技術、Kinect技術等。
1、激光掃描法
激光掃描法其實就是利用激光測距儀來進行真實場景的測量。首先, 激光測距儀發射光束到物體的表面, 然后, 根據接收信號和發送信號的時間差確定物體離激光測距儀的距離, 從而獲得測量物體的大小和形狀。
展開 
三維CAD核心技術及發展趨勢
幾何欠約束系統的優化匹配
幾何約束冗余性判定
大規模約束方程組求解
（3）參數化機制
實現草圖、零件、工程圖、三維標注等功能的聯動
應用層機制：拓樸命名、undo/redo、數據管理
與“直接建模”融合
（4）顯示和渲染
操作性、流暢度
拾取：捕捉、導航
顯示技術：OpenGL、Shader
系統依賴：MFC、.NET、QT
三、發展趨勢
技術變化：互聯網、云計算
設計模式變化：從單機離線到多人協同
制造規模變化：超大規模、超復雜度
四、參考資料
參數化3D建模實例
《基于特征的參數化設計方法》-郭連水
《參數化設計》-鄒定國
三維參數化設計探究-參數化方法論
CAD/CAM中的特征技術綜述
三維幾何建模-1
邊界表示法.ppt
文章來源：硬核小青年
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展開 CAE干貨丨航空發動機三維數值仿真技術
引入人工智能技術，一方面，結合發動機物理規律和機器學習方法，獲取融合多系統特征的發動機降階模型，并在此基礎上進行多學科耦合仿真，可實現高效率求解、獲得高精度數值解，拓展仿真應用技術的邊界；另一方面，利用知識計算技術，引入試驗、裝配及使用數據特性因子，構建適合航空發動機全流程仿真的統一權威真相源，提高模型的應用范圍和仿真的可信度，若進一步與實時數據結合，可構建高保真發動機數字孿生體，實現發動機的整機實時仿真，并提供獨特且有價值的可視化展示。
部件／ 整機級／ 飛機發動機一體化全三維高保真仿真
隨著計算機技術的飛速發展，E級（Exascale）計算機于近年投入使用，其超大規模的計算資源和對復雜模型的分析能力將給航空發動機仿真帶來前所未有的發展機遇，目前航空發動機仿真中存在的因計算能力不足無法開展的問題將可能得到完美解決。
對于全發動機湍流燃燒及整機進排氣耦合模擬，當前普遍采用RANS方法降低部分網格量進行典型狀態的差量計算，但對于渦扇發動機非設計狀態的非定常仿真，包含全環旋轉部件、二次流、燃燒化學和耦合熱傳導等復雜幾何和復雜流動現象，必須保證網格數量，其計算量無疑是巨大的。例如渦輪葉片的壽命預測是一個典型的多學科問題，要求模擬外部空氣動力學問題、冷卻通道流動、熱傳導、結構動力學和壽命預測，葉片故障通常由局部現象主導，因而高保真度仿真將會是提高壽命分析可靠性的基本因素，實際的分析只能采用高低保真度模型混合的方法，結果偏差較大。Burdet和Abhari估計準確模擬膜冷卻渦輪葉片所需要的網格點數在5000萬到1億個。
展開 機械設計三維CAD技術應用研究
隨著計算機技術的快速發展，三維CAD技術在機械設計中的重要性日益凸顯，其核心是幾何建模系統，它是一種虛擬仿真技術，被廣泛應用于機械、建筑、動漫、服裝等行業。這種技術改變了傳統機械設計工作過程，使得機械設計的合理性大幅提升，產品開發周期大大縮短，成為衡量國家科技現代化水平的重要標志。
1 三維CAD技術的發展
三維CAD技術是通過計算機系統利用一組數據來描述物體空間形狀的技術。它伴隨著CAD技術的發展而發展，從二維平面繪圖發展到三維產品建模，經歷了如下幾個階段。第一代產生于20世紀50年代后期發達國家的航空和軍事工業中，1989年，美國國家工程研究院將CAD技術評為1964—1989年十項最杰出的工程技術成就之一。但該技術應用之初，只是使用計算機輔助繪圖，還沒辦法達到計算機輔助設計。第二代出現于20世紀70年代，這個階段的CAD系統解決了表面模型技術只能表達形體的外形表面信息，難以準確地表達零件其他特性的問題，發展出三維實體建模模型。這使得精確表達零件的全部屬性得以實現，帶來了CAD技術的迅速發展。第三代始于20世紀80年代中期。CAD系統開始出現了基于特征建模和基于約束的參數化設計方法，使得二、三維模型的修改具有實時相關性。
展開 結構變形監測與三維實時渲染技術
我們團隊的技術基礎
本團隊長期從事結構試驗、復合材料力學、CAE仿真、人工智能、工業軟件（含工業軟件）開發，能夠獨立完成數據采集、數據庫、有限元求解器、材料本構、圖像識別、軟件平臺的開發。
盤點2020三維封裝技術創新發展！
作為封測代工企業（OSAT），面臨前道企業在先進封裝技術領域的競爭，必須尋求對應低成本高性能封裝技術，展開差異化競爭，才能在激烈的競爭中不斷發展。
隨著集成電路應用多元化，智能手機、物聯網、汽車電子、高性能計算、5G、人工智能等新興領域對先進封裝提出更高要求，封裝技術發展迅速，創新特別活躍，競爭特別激烈。
先進封裝向著系統集成、高速、高頻、三維、超細節距互連方向發展；晶圓級三維封裝成為多方爭奪焦點，臺積電成為封裝技術創新的引領，利用前道技術的前道封裝技術逐漸顯現。
高密度TSV技術/FO扇出技術成為新時代先進封裝的核心技術。技術本身不斷創新發展，以應對更加復雜的三維集成需求。其中針對高性能CPU/GPU應用，2.5D TSV轉接板作為平臺型技術日益重要。存儲器，特別是HBM產品，得益于TSV技術，帶寬得到大幅度提升。
扇出型封裝由于適應了多芯片三維系統集成需求，得到了快速發展。多種多樣的扇出技術不斷涌現，以滿足高性能、低成本要求。一些扇出技術的研發是為了取代2.5D高成本方案，但三維扇出的垂直互連密度不高。
玻璃通孔集成技術由于創新性的低成本通孔加工技術開發成功，在射頻領域的應用將會得到大規模應用。晶圓級三維封裝在RF射頻模塊領域具有巨大應用潛力。
展開 機械設計三維CAD技術應用研究
另外，隨著網絡技術的不斷發展，信息傳輸速度不斷提升，三維CAD技術也具備了遠程協助、協同設計等功能，使得設計人員可直接多人針對設計方案進行實時異地討論，異地現場修改，同樣提升了設計水平。
5 三維CAD技術在機械設計中面臨的問題
三維CAD技術在機械設計領域已呈現了其強大的優勢，使得設計效率大大提升，但目前，在我國諸多的相關企業中，三維CAD技術的推廣及應用還未完全普及，主要體現在如下幾個方面。
5.1 未能實現真正的輔助設計
目前，大部分的機械設計人員還僅停留在三維設計軟件的表層應用上，即僅完成三維建模、模擬裝配、運動仿真等，僅僅只是為了追求三維表達效果。但實際上，現有三維CAD軟件的功能已日趨強大，三維效果的表達僅是其中的一個功能，它已經發展成為一個集設計、加工制造、生產管理為一體的系統體系。這是大部分機械設計人員還沒有清楚認識到的，其缺乏全過程的設計思維，因此，三維CAD技術在機械設計中的應用還不夠深入。
5.2 高端專業的CAD技術人員欠缺
三維CAD技術具有諸多優勢，其應用依靠對應的三維設計軟件，而要發揮出應有的效果，還是要依靠能夠熟練應用三維CAD技術的機械設計人員，目前，我國中小型企業很少花費較大的精力去對相關設計人員進行三維軟件培訓，設計人員還是得依靠自學，使得CAD技術人員的能力達不到要求，造成高端人員的短缺。
展開 光刻技術第6期 | 三維嚴格矢量光刻成像
04/先進技術與未來發展方向
厚掩模衍射精準建模技術突破了傳統薄掩模近似瓶頸，基于嚴格耦合波分析（RCWA）與時域有限差分（FDTD）方法，構建厚掩模多層結構的電磁散射模型，通過旋轉變換與維度縮減算法降低計算開銷，實現掩模吸收層散射效應的精確表征，在14nm以下節點將衍射近場預測誤差控制在5%以內。針對EUV光刻高寬比掩模，開發多材質耦合衍射模型，解決Ta吸收層深度衍射帶來的成像畸變問題。
三維偏振像差調控技術通過建立“視場-深度”二維偏振像差映射模型，采用瓊斯矩陣張量表征偏振態的三維演化規律，結合全視場多目標優化算法，實現偏振像差的定量分離與動態校正。創新偏振-光瞳協同優化策略，在3D NAND堆疊圖形中，將偏振像差導致的CD偏差從12nm降至3nm以內。
此外，面向3nm及以下節點，構建EUV光刻專屬三維矢量模型，深化極紫外光與多層掩模的矢量相互作用機制研究。針對垂直堆疊結構，開發“深度-偏振-劑量”多維度耦合優化模型，實現亞納米級CD均勻性控制。
通過推進AI與物理驅動建模的深度融合，利用Transformer架構捕捉三維光場長距離依賴關系，結合FPGA硬件加速實現毫秒級動態光場仿真。探索數字孿生技術應用，搭建光刻過程虛實映射系統，實現三維模型參數的實時自適應調整。
展開 
機器人視覺三維成像技術全解析
摘要
本文針對智能制造領域機器人視覺感知中的三維視覺成像技術進行綜述,系統地總結了一些有代表性的機器人視覺成像方法的特點和實際應用中的局限性,內容涉及飛行時間三維成像、點線掃描三維成像、色散共焦成像、結構光投影三維成像、光學偏折成像、單目與多目立體視覺三維成像和光場成像等。繪制了各種視覺成像的圖譜,并探討了機器人手眼系統最佳三維成像方法。
在工業4.0時代，國家智能制造高速發展，傳統的編程來執行某一動作的機器人已經難以滿足現今的自動化需求。在很多應用場景下，需要為工業機器人安裝一雙眼睛，即機器人視覺成像感知系統，使機器人具備識別、分析、處理等更高級的功能，可以正確對目標場景的狀態進行判斷與分析，做到靈活地自行解決發生的問題。
一、機器視覺系統組成
典型的機器視覺系統可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運動控制部分。基于PC的視覺系統具體由如圖1所示的幾部分組成：
圖1 機器視覺系統組成
①工業相機與工業鏡頭——這部分屬于成像器件，通常的視覺系統都是由一套或者多套這樣的成像系統組成，如果有多路相機，可能由圖像卡切換來獲取圖像數據，也可能由同步控制同時獲取多相機通道的數據。根據應用的需要相機可能是輸出標準的單色視頻（RS-170/CCIR）、復合信號（Y/C）、RGB信號，也可能是非標準的逐行掃描信號、線掃描信號、高分辨率信號等。
②光源——作為輔助成像器件，對成像質量的好壞往往能起到至關重要的作用，各種形狀的LED燈、高頻熒光燈、光纖鹵素燈等都容易得到。
展開 搭建數字工廠的必備技術：三維可視化
三維可視化作為搭建數字工廠的必備技術，為用戶構筑數字化三維管理平臺，可以實時、直觀呈現物聯網系統的人員、設備、物料、環境及運營等方面的信息，輔助管理人員進行業務管理和決策，實時數據三維可視化呈現，將場景虛擬重現，讓管理一目了然，實現了對系統科學、有效的管理，從而達到降本增效的目的，其實用價值不言而喻。
1.選用虛擬化技術情景，提升視覺的易用性，提升技術人員對機房管理三維空間認知。促使數據信息顯示信息越來越栩栩如生，根據服務平臺頁面技術人員可迅速得知主機房概述。
2.提高機房、設備數據信息的形象化精確性、提升其使用率。三維華的虛擬情景和真正數據信息緊密結合，為供電系統的日常管理、投資管理、擴建工程工程項目審核和建設工程等出示重要依據。根據空間布局來主要表現固資部位，提升技術人員對固資數據信息的反應時間。提升對主機房資源的管理方法，保持對財產商品應用周期時間內的全線監控器和追蹤，提升通訊系統的運作水準。
3.把多種多樣監控器數據信息融為一體，創建統一監控器對話框，更改監控器數據孤島狀況，保持監控器專用工具、監控器數據信息的使用價值利潤最大化。且頁面設計形象化，圖形立即收看。非機房監控工作人員都可以順手實際操作，簡易易入門。
4..多數據源接入，可以直接對接后臺數據、爬取的網絡數據等多種數據源，更有利于分析數據規律。且有多種可視化效果，更加美觀大氣，使用更加簡便。此外，可根據數據規律聯想預測發展趨勢，提供給決策人員結果。并且可多終端查看，不受地域空間限制，移動端、PC端等多終端都可查看數據結果，更為方便靈活。
展開 詳解三維激光切割技術
部分模具擠壓成形的零件，因落料模具的設計制造成本較高、制造周期長、落料質量不佳等原因，需選用三維激光進行套料、眼孔加工。
三維激光切割的優缺點
經生產實踐證明，三維激光切割具有以下優點：①柔性好，能適應不同形狀工件的切割加工。②精度高，能滿足鋁合金動車組、不銹鋼地鐵等產品的制造精度。③經濟效益高，可以取代傳統制造工藝的修邊模和沖孔模，其工藝步驟簡單、制造周期短、切割速度快、切縫寬度小、加工質量高，可以大幅度降低成本，縮短新車型的研發周期，具有良好的經濟價值和應用前景。
三維激光切割發展趨勢
1.伴隨著激光器向大功率發展以及采用高性能的CNC及伺服系統，使用高功率的激光切割可獲得高的加工速度，同時減小熱影響區和熱畸變；所能夠切割的材料板厚也格進一步地提高。
2.根據激光切割工藝參數的影響情況，改進加工工藝
3.激光切割將向高度自動化、智能化方向發展。將CAD/CAPP/CAM[4]以及人工智能運用于激光切割，研制出高度自動化的多功能激光加工系統。
4.向多功能的激光加工中心發展，將激光切割、激光焊接以及熱處理等各道工序后的質量反饋集成在一起，充分發揮激光加工的整體優勢。
5.隨著Internet和WEB技術的發展，建立基于WEB的網絡數據庫，采用模糊推理機制和人工神經網絡來自動確定激光切割工藝參數，并且能夠遠程異地訪問和控別激光切割過程成了不可避免的趨勢。
6.三維高精度大型數控激光切割機及其切割工藝技術，為了滿足汽車和航空等工業的立體工件切割的需要，三維激光切割機正向高效率、高精度、多功能和高適應性方向發展。
展開 輕量級的三維可視化技術不容忽視
全三維設計、網絡協同設計等已成為主流，輕量級的三維可視化技術可幫助制造企業直接將輕量化三維模型下發到工藝、制造、檢驗和維護維修部門以及供應商、客戶等，并通過可視化的工具實現更好的溝通交流、數據共享。隨著輕量級可視化解決方案功能的不斷完善與加強，特別是輕量化格式的統一性及瀏覽器開放性的改善，它必將成為制造企業協同共享的重要工具，實現全三維的必要支撐。
