博士生导师

朱大奇(上海领军人才、博导)

 

朱大奇:男,安徽安庆人,1964年11月生,工学博士、二级教授、博士生导师、上海领军人才、上海市优秀学术带头人。1987年本科毕业于安徽师范大学,1992年研究生毕业于华中科技大学,2002年博士毕业于南京航空航天大学,2009年加拿大Guelph大学访问教授;现为上海海事大学科技处处长,“水下搜救与无人潜水器”实验室主任。

 

一、研究团队

上海海事大学“水下搜救与无人潜水器”实验室USRVL(Underwater Search & Rescue and Unmanned Underwater Vehicles Laboratory)成立于2007年7月。现有教授博导3人、副教授2人、讲师工程师6人、博士生5人、硕士生12人。

目前实验室拥有3套ROV水下搜救系统、2套ARV水下观察搜索系统,1套水下滑翔机系统,1套ROV操作模拟器系统,1套深水侧扫声呐系统和深水试验水池。自行研发的“海事金枪鱼号”AUV系统、“SMU-1”ARV系统、“海事二号”ROV系统、“海豚号”小型ROV系统、“MCT90”直流水下推进器、水下双目视觉图像采集与重构系统及水下避障与路径跟踪控制软件系统等,其他开发研究用小型仪器设备100台套,在新校信息大楼和水上训练中心拥有的实验室面积300平米以上,自行研发的“海事金枪鱼号”AUV、“海事二号”ROV系统已获企业定制生产。

实验室按照“基础研究专注前沿、应用开发服务社会”的精神,努力培养高水平的海洋科技人才,提供高水平的研究成果,实现高效的社会服务。

 水下搜救现场

  荆门水下搜索协助警方破案

二、研究方向

1、智能信息处理基础理论研究:人工神经网络与深度学习(CMAC小脑神经网络、BINN生物启发神经网络、SOM自组织神经网络、深度学习与水下环境感知等)、多传感器信息融合算法(模糊融合、神经网络融合、D-S证据融合等)、智能计算技术(粒子群算法、遗传算法、量子粒子群优化算法等)、模型预测控制算法(MPC、QMPC、量子神经网络等);

2、水下机器人关键技术研究:潜水器故障自诊断与自修复容错控制技术,自治水下机器人路径规划与安全避障技术,潜水器模型辨识与轨迹跟踪控制技术,声纳图像处理与水下目标识别技术,多AUV多任务分配技术,多AUV水下编队控制与协作围捕技术,船舶与水面机器人的路径规划与安全避障技术。

3、应用开发与社会服务:近海民用潜水器研制与开发、水下搜救与打捞。

三、课题与成果

1、研究项目

近年来课题组主持十三五国家重点研发计划课题、十一五国家863计划项目、国家自然科学基金重点项目、面上项目及青年项目14项;参与国家科技支撑计划、科技部重大科技专项3项;主持上海市科委重点及一般项目12项、高校博士点基金及交通部项目3项、上海市教委创新重点及一般项目6项;上海市领军人才、上海市优秀学科带头人等人才计划项目3项;有关企业委托的水下机器人研发与水下搜救、检测项目15项。近几年主持的国家级项目如下:

[1]国家重点研发计划课题(2017YFC0306302):大深度高效水密推进与操控系统研发, 主持人:朱大奇,2017.7-2020.12;

[2]国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合基金重点项目(U1706224): 深海载人潜水器故障容错控制与安全自救系统, 主持人:朱大奇,2018.1-2021.12;

[3]国家自然科学基金委“共融机器人基础理论与关键技术”重大研究计划培育项目(91748117): 多AUV水下协作跟踪方法与实验验证, 主持人:朱大奇,2018.1-2020.12;

[4]国家自然科学基金面上项目(51575336):生物启发主从式多AUV水下编队控制研究,主持人:朱大奇,2016.01-2019.12;

[5]国家863计划(2006AA09Z210):自治水下机器人故障诊断与容错控制关键技术研究,主持人:朱大奇,2006.12-2009.12;

[6]国家自然科学基金面上项目(51279098):生物启发自治水下机器人轨迹跟踪控制研究,主持人:朱大奇,2013.01-2016.12;

[7]国家自然科学基金面上项目(51075257):自治水下机器人路径规划与安全避障技术研究,主持人:朱大奇,2010.01-2013.12;

[8]国家自然科学基金面上项目(50775136):自治水下机器人可靠性控制技术研究,主持人:朱大奇,2008.01-2010.12;

[9]国家自然科学基金青年项目(61701297):面向船舶监控的目标基高效视频编码关键技术,主持人:蒋先涛,2018.01-2020.12;

[10]国家自然科学基金青年项目(61603245):基于特征描述的水下声纳图像序列联合校正方法研究,主持人:姚敏,2017.01-2019.12;

[11]国家自然科学基金青年项目(51509150):自主式水下机器人推进器的故障诊断与容错控制方法研究,主持人:褚振忠,2016.01-2018.12;

[12]国家自然科学基金青年项目(61503239):基于模型预测的AUV三维轨迹跟踪控制研究,主持人:孙兵,2016.01-2018.12;

[13]国家自然科学基金青年项目(51409156):障碍物环境中水下操作型机器人运动-力控制研究,主持人:袁芳,2015.01-2017.12;

[14]国家自然科学基金青年项目(61105097):基于判别图模型的复杂环境下自治机器人定位与地图构建研究,主持人:孙作雷,2012.01-2014.12;

2、科研成果

以第一或通信作者在《IEEE Transaction on Cybernetics》﹑《IEEE Transaction on Industrial Electronics》﹑《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》、《IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems》、《International Journal of Control》、《International Journal of Robotics and Automation》、《电子学报》﹑《自动化学报》、《控制理论与应用》等国内外重要期刊上发表与录用论文100篇以上;出版专著教材6部,授权发明专利10项,授权实用新型专利6项,软件著作权3项。出版专著与近三年发表的代表性论文有:

[1]朱大奇,胡震,张铭钧,周晨阳,无人潜水器水下搜救理论与技术,国防工业出版社,2016.5

[2]朱大奇,胡震著,水下机器人故障诊断与容错控制技术,国防工业出版社,2012.2;

[3]朱大奇,史慧编著,人工神经网络原理与应用,科学出版社,2006.3;

[4]朱大奇著,电子设备故障诊断原理与实践,电子工业出版社,2004.3;

[5]Zhu Daqi, Cao Xiang, Sun Bing, Biologically Inspired Self-Organizing Map Applied to Task Assignment and Path planning of an AUV System, IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems, 2017, DOI: 10.1109/TCDS.2017.2727678.

[6]Xin Li,Daqi Zhu*,An Improved SOM Neural Network Method to Adaptive Leader-follower Formation Control of AUVs, IEEE Transactions on Industrial Electronics,2018, DOI:10.1109/TIE.2018.2807368.

[7]Mingzhi Chen, Daqi Zhu*, A Novel Cooperative Hunting Algorithm of Inhomogeneous Multi AUV, IEEE Transactions on Access, 2018, DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2801857.

[8]Bing Sun, Daqi Zhu*, Complete Coverage AUV Path Planning Based on GBNN Algorithm for Discrete and Centralized Programming, IEEE Transactions on Cognitive and Developmental Systems, 2018, DOI:10.1109/TCDS.2018.2810235.

[9]Zhenzhong Chu, Daqi Zhu*, Simon X. Yang, Observer-Based Adaptive Neural Network Trajectory Tracking Control for Remotely Operated Vehicle, IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 2017, 28(7): 1633-1645. ESI高被引论文

[10]Xiang Cao, Daqi Zhu*,Simon X. Yang, Multi-AUV Cooperative Target Search based on Biological Inspired Neurodynamics Model in Three-dimensional Underwater Environments. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems. 2016, 27(11): 2364-2374.

[11]Bin Sun, Daqi Zhu*, Simon X.Yang, A Bio-inspired Cascaded Tracking Control of 7000m Manned Submarine Vehicle, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2014, 61(7):3682-3692. ESI高被引论文,ESI热点论文。

[12]Daqi Zhu*, Huang Huan, Simon X.Yang, Dynamic Task Assignment and path planning of Multi-AUV System Based on an Improved Self-organizing Map and Velocity Synthesis Method in 3D Underwater Workspace,IEEE Transactions on Cybernetics, 2013, 43(2): 504-514. ESI高被引论文

[13]Xiang Cao, Daqi Zhu*, Multi-AUV Task Assignment and Path Planning with Ocean Current Based on Biological Inspired Self-Organizing Map and Velocity Synthesis Algorithm, Intelligent Automation & Soft Computing, 2017,23(1): 31-39.

[14]Daqi Zhu, Man Mei and Bing Sun, The tracking control of Unmanned Underwater Vehicles based on Model Predictive Control, International Journal of Robotics and Automation, 2017, 32(4): 351-359.

[15] Wenyang Gan, Daqi Zhu, Weili Xu, Bing Sun. Survey of Trajectory Tracking Control of Autonomous Underwater Vehicles, Journal of Marine Science and Technology, 2017, 25(6): 722-731.

[16] Zhenzhong Chu, Daqi Zhu, Adaptive sliding mode control for depth tracking of remotely operated vehicle with thruster nonlinearity, Journal of Navigation, 2017, 70(1): 149-164.

[17] Zhenzhong Chu, Daqi Zhu, Gene Eu Jan. Observer-based adaptive neural network control for a class of remotely operated vehicles. Ocean Engineering, 2016, 127: 82-89.

[18]Zongrui Huang,Daqi Zhu*,A multi-AUV cooperative hunting method in 3-D underwater environment withobstacle,Engineering Applications of Artificial Intelligence, 2016, 50(1): 192-200

[19]Bing Sun, Daqi Zhu*, Simon X. Yang, Real-time hybrid design of tracking control and obstacle avoidance for underactuated underwater vehicles, Journal of Intelligent & Fuzzy Systems, 2016, 30(2): 2541-2553.

[20]Bing Sun, Daqi Zhu*, Simon X. Yang, A Novel Tracking Controller for Autonomous Underwater Vehicles with Thruster Fault Accommodation, Journal of Navigation, 2016, 69(3): 593-612.

四、奖励情况

1、2007年:上海市科技进步三等奖(第3):长距离输送系统动态监测与故障诊断技术;

2、2008年:上海市科技进步二等奖(第1):复杂电子设备智能综合故障诊断技术;

3、2012年:上海市科技进步二等奖(第1):水下机器人故障诊断与容错控制关键技术及应用;

4、2016年:上海市科技进步二等奖(第2):水质污染自动监测与智能预测预警技术及应用;

5、2016年:中国航海学会科技成果一等奖(第1):潜水器故障诊断、容错控制与安全自救关键技术及其应用。

6、2009年:上海市模范教师称号;

7、2011年:上海市优秀学术带头人;

8、2012年:晋升二级教授;

9、2014年:上海领军人才;

10、2016年:国务院政府特殊津贴专家;

五、学术服务

1、中国自动化学会故障诊断与安全性专业委员会委员;2004.9-

2、中国自动化学会机器人专业委员会委员;2012.5-

3、中国海洋发展研究会深海科学与技术研究分会理事;2017.12-

4、中国机械工程学会机器人专业委员会委员,2017.7-

5、上海市航海学会副秘书长、理事,2017.6-

6、上海市仪器仪表学会理事;2012.6-

7、上海市人工智能学会理事;2017.12-

8、《International Journal of Robotics and Automation》、《International Journal of Complex Systems-Computing, Sensing and Control》、《计算机辅助工程》期刊副主编;

9、《船舶工程》、《船海工程》、《机器人技术与应用》、《上海海事大学学报》期刊编委;

10、国家自然科学基金函评与会评专家。

六、人才培养

1、硕士招生与培养

2001年:李洁;

2002年:孔敏、李武朝;

2003年:李晓娓、吴茹石、刘金喜;

2004年:陈昕静、刘永安、苏圣超、杨兴、易剑雄;

2005年:张宁、周新江;

2006年:刘乾、陈楚瑶;

2007年:陈亮、陈艾琴、胡维丽、王翠翠;

2008年:白洁、冯俊杰、韩应贤、李斐、李港、李欣、杨文才;

2009年:孙兵、杨元元、赵玥、杨蕊蕊、周媛、胡文桦;

2010年:朱胜庭、张逵、余剑、黄欢、李伟晨、刘续普、唐祖全;

2011年:蒋丽莎、杜青、王宇雷、袁义丽、华勋、李蓉、白桦;

2012年:王超、朱婷、李利、丁国华、张光磊、顾诚诚、芮正文、吕若凡;

2013年:王能军、彭彬彬、石翼华、成春雷、黄宗锐、陈飞飞;

2014年:梅满、王杰、甘文洋、聂建多、张帆、胡中石;

2015年:黄冰逸,田晨,陈杨杨,武一迪,薛丰,刘雨

2016年:蒋晓菲,高枫,刘清沁,秦学数,李秦牧,崔彩茶

2017年:曲韵,朱婷婷,朱蟋蟋,程学龙,张轩,黄铭,魏亚丽,蒋骁迪

2、博士招生与培养

2006年:袁芳(2012年毕业,工作单位:上海海事大学);

2007年:颜明重(2013年毕业,工作单位:上海海事大学);

2008年:刘乾(2012年毕业,工作单位:江苏科技大学);

2010年:邓志刚(2015年毕业,工作单位:上海海事大学);

2011年:孙兵(2014年毕业,工作单位:上海海事大学);

2012年:曹翔(2015年毕业,工作单位:南通大学);

2013年:李欣;

2015年:陈铭治;

2016年:甘文洋;

2017年:蒋晓菲、李宝刚;

3、上海市优秀硕士学位论文奖

2013年,硕士生:孙兵,硕士论文题目:无人潜器变结构滑模控制技术研究;

2014年,硕士生:黄欢,硕士论文题目:多AUV多任务分配及路径规划研究;

七、搜救系统研发

1、“SMU-1”号ARV

“SMU-1”号 ARV自带电源、光纤通信,具备AUV、ROV双重功能。能实现水下巡航、避障、观察、摄像等功能;具备自动定向、自动定深、自动定高控制功能。主要参数:♦推进器:300W×4台,♦重量:85 kg (空气中),♦光缆长度:500m,♦工作温度为0-40℃,♦能源:2组锂电池、2.5Kwh,♦水中速度:2节,♦工作深度:200 m,♦工作时间≥2小时。

“SMU-1”号 ARV

 2、“海事金枪鱼”号AUV

“海事金枪鱼”号AUV是上海海事大学水下机器人与智能系统实验室研制的一款自主式水下机器人,具有续航时间长、重量轻等优点。基本功能:♥水面航行,♥水下自主导航航行,♥水下定深/定向航行;主要参数:♦长度:2.4 m,♦直径:0.24 m,♦重量:约50 kg,♦最大航速:不小于4 knots,♦工作深度:不低于200 m,♦工作时间:3 knots航速:不少于4h,♦负载舱载重:10 kg(选配),♦舱外最大载重:约3kg,♦ 惯性导航与GPS导航,♦超短基线(选配),♦多普勒测速仪(选配),♦水下摄像机,♦CTD(选配),♦拖曳式声呐(选配),♦安全自救系统,♦避障系统(选配)

 “海事金枪鱼”号AUV

3、“海豚号”小型遥控水下机器人ROV系统

“海豚”号ROV是上海海事大学水下机器人与智能系统实验室研制的一款遥控式小型水下机器人,具有体积小、重量轻、造价低、代码开放等优点,可适用于水下管道、桥梁、大坝等检测与内河水下目标搜索,特别适合研究生、本科生进行水下科研创新活动,既可进行单个ROV水下控制、规划、跟踪与搜索实验研究。基本功能:♥水面航行,♥水下定深/定向航行;主要参数:♦长宽高:1.0 *0.5*0.3m,♦重量:约25kg,♦最大航速:不小于3 knots,♦工作深度:不低于50 m。

                                              

 “海豚”号ROV

4、海事二号ROV

“海事二号ROV”是由上海海事大学水下搜救与无人潜水器实验室研制的一款遥控式搜救水下机器人,配有左右摄像机,可对水下目标进行三维重建,并利用机械手进行水下作业,提高作业的精度和效率。基本功能:♥水下巡航,♥水下抓取作业,♥水下状态控制(定深/定向);主要参数:♦长宽高:1.4mX0.63mX0.46m,♦重量:约60kg,♦最大航速:不小于4 knots,♦工作深度:不低于150 m。

         

“海事二号ROV”

5、“MCT90”型水下推进器

“MCT90”水下推进器采用直流空心杯有刷电机驱动,具有体积小、控制简单、推力功率比大等优点。MCT90采用磁耦合联轴器实现电机输出轴至螺旋桨的动力传递,不存在动密封装置,具有很高的可靠性。MCT90具有对称的正反向推力输出,适合于作为侧向、垂向推进器。主要参数:♥前向推力:2.2 kg,♥反向推力:2.2 kg,♥额定电压:48V,♥额定功率:90W,♥空气中重量:1.1kg,♥水中重量:0.8kg,♥工作深度:200 m,♥螺旋桨材料:尼龙,♥电气接口:2芯水密连接器(Seaconn MCBH2M或FAWL-2S-BC-R/A)。

 “MCT90”型水下推进器

6、水下双目视觉图像采集与重构系统

水下双目视觉图像采集与重构系统以嵌入式系统为核心,实时采集水下双视频图像,进行特征提取、标定、匹配和三维重构。主要功能:二维图像的三维重构及目标识别。包括:♦立体视觉三维重建过程中的图像获取,♦摄像机标定(摄像机位置固定),♦图像预处理和特征提取,♦立体匹配,♦三维数据的获取,♦三维重构图像显示。

 双目视觉图像采集与重构系统

7、水下水面多源信息融合目标识别系统

将水下传感器(被动声呐)和水面传感器(雷达、AIS等)在空间和时间上的冗余和互补的多源信息进行融合,分类识别水下或者水面目标。

海上多源信息融合目标识别系统

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