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浙江大学航空航天学院
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个人简介

高琪，男，浙江杭州人。主要从事三维流场观测的实验研究。针对实验技术的研究，研制了国内第一套具有自主知识产权的层析粒子图像测速（PIV）系统，研发了单相机层析PIV技术以及三脉冲速度场/压力场耦合测量的系统。在实验数据的处理和分析方面，提出了基于POD方法的坏矢量剔除算法、带平滑机制的速度场无散修正算法、针对压力梯度场的无旋修正算法以及快速压力积分算法。流动的物理问题主要关注湍流边界层流动、高速水动力学的空化、活鱼仿生及心血管血液动力学问题。至今已发表论文30余篇，申请国家发明专利近40项，其中授权10项。先后主持了基金委青年和面上项目，参与了基金委仪器设备专项项目、基金委重大项目和总装预研项目等。2018年获得国家技术发明二等奖，2019年获得庆祝中华人民共和国成立70周年纪念章。教育背景: 博士，航空工程和力学系，美国明尼苏达大学，2011。硕士，工程力学系，清华大学，2005。学士，工程力学系，浙江大学，2001。工作经历: 2018.02-至今：副教授，航空航天学院，浙江大学 2018.11-2019.01：访问学者（Tan Chin Tuan Exchange Fellowship），机械与航空工程学院，新加坡南洋理工大学 2013.08-2018.01：副教授，流体力学研究所，北京航空航天大学 2011.06-2013.07：助理教授，流体力学研究所，北京航空航天大学热诚欢迎相关专业的学子加入研究团队，现有博士后项目：基于层析PIV速度/压力测量的梢涡空化初生机理研究。要求熟练掌握PIV测量技术。活鱼游动的层析PIV实验研究。要求熟练掌握PIV测量技术。心脑血管血液动力学研究。要求熟悉CFD计算，具有一定的CFD编程基础。三维背景纹影法（Background Oriented Schlieren）。研究与成果一、实验测量技术研究层析粒子图像技术（Tomographic particle image velocimetry，TPIV）层析PIV技术是一种先进的激光粒子图像测量技术，它通过多个相机从不同视角对空间测量体内的三维粒子成像和重构，突破传统二维PIV技术平面测量的局限，能获得三维体空间内的完整的速度分量（3D3C）。时间解析的层析PIV能还原流场完整的时空速度信息，对于研究流动结构三维时空特性以及三维压力场的重构具有重要的学术意义和工程应用价值。基于机器学习的PIV相关技术随着人工智能技术的发展，设计用于粒子图像测速的深度学习技术具有广泛的应用前景和研究价值。借鉴在计算机视觉领域用于运动估计的光流神经网络，采用人工合成的粒子图像数据集进行监督学习训练，从而获得适用于流体运动估计的深度神经网络模型，并且能够高效地提供单像素级别分辨率的速度场。采用人工合成的湍流流场粒子图像进行初步实验评估，并首次讨论PIV神经网络的隐藏层输出和内在原理，同时将训练而成的深度神经网络模型与传统的相关分析法、光流法对比；随后进行射流流场测速实验，验证深度神经网络PIV的实用性。实验结果表明，提出的基于深度神经网络的粒子图像测速在精度、分辨率、计算效率上具有优势。三维空间内粒子的还原是一个欠定问题，无法得到精确的解，也就无法还原精确的粒子位置和粒子形态。一般只能通过优化方法得到非精确的解，现在常见的方法是倍增代数重构技术(multiplicative algebraic reconstruction technique,MART)，近年来有很多基于MART算法方法被提出，但是问题始终没有完美的解决。困扰三维重构的问题主要有两个，一是虚假粒子，二是粒子形态还原。虚假粒子是指重构的粒子场中，在本来没有粒子的位置出现了类似粒子的物体，导致无法区分那些粒子是真实粒子那些是虚假粒子。一般的重构很难还原粒子原本的形态，粒子一般是球形物体，而通过算法还原出的粒子一般呈椭球状，甚至长方体等形状。这些问题都导致粒子重构的效果欠佳，也使得后续的速度场计算难度较大。鉴于以上背景，提出了粒子重构的人工智能粒子重构方法（Artificial intelligence particle reconstruction，AI-PR），该方法有效解决了传统方法中虚假粒子量大，粒子形态还原不准确的问题。相对MART算法重构效果有着非常明显的改善，同时加快算法速度数倍。单相机层析PIV测量技术通过单个相机和多棱面特效透镜（俗称多影镜）的光路优化来实现单个相机测量空间体内完整的三维速度场。基于物理约束的速度场后处理技术通过引入流动控制控制方程作为物理约束对三维速度场进行后处理，使得实验测量在误差抑制、坏点剔除甚至实验数据时空分辨率提高上取得更合理的效果，较传统纯数学方法的后处理有更突出的数据优化效果。基于时间解析PIV的流场压力场重构技术时间解析的三维层析PIV速度场可以通过积分动量方程或者求解泊松方程来还原和速度场耦合的流场压力场。二、流体力学物理问题研究湍流边界层湍流边界层内流动结构具有非常复杂的时空信息，通过层析PIV测量技术测量流场的三维速度场对研究湍流大尺度流动结构和涡系具有重要的意义。基于负展向涡线性随机估计得到的马蹄包（右）激光诱导空化离自由液面不同距离的激光诱导空泡溅水图，从左至右空化位置离自由液面变近血流动力学生物医学工程领域有大量流体力学问题，医学临床问题结合工科先进的技术开展医工结合的研究具有非常广阔的前景。科研项目 2020-2024，湍流精细化三维测量技术及数据驱动的分析方法研究，国家重点研发计划子课题（2020YFA0405701），主持 2021-2024，基于体外模拟循环的冠状动脉血流动力学实验研究，国家自然科学基金面上项目（12072320），主持 2017-2019，活鱼游动涡结构与高效推进流动机理，“十三五”装备预研领域基金，主持 2015-2018，速度场和压力场耦合测量的三脉冲层析PIV测量系统研究，国家自然科学基金面上项目（11472030），主持 2015-2019，风沙运动中湍流结构的动力演化特性与尺度作用机理，国家自然科学基金重大项目子课题（11490552），参与 2014-2017，非定常三维复杂流动的单相机层析PIV测量系统研究，国家自然科学基金仪器设备专项（11327202），参与 2015-2017，复杂流体中颗粒成串的机理研究，浙江省自然科学基金一般项目（LY15A020004），参与 2012-2013，基于Tomographic PIV技术的湍流边界层拟序结构研究，国家自然科学基金青年项目（11102013），主持教学与课程实验流体力学力学综合创新与实践授权专利：一种冠状动脉微循环阻力的确定方法和装置，201910085740.2，发明专利，高琪一种路线规划方法、终端及存储介质，201910574719.9，发明专利，王辉山，魏润杰，刘涛，鲁云霞，高琪，吴鹏一种信息处理方法和装置、及可读存储介质，201910491017.4，发明专利，王辉山，魏润杰，刘涛，黄利忠，高琪，吴鹏一种血管提取方法、装置及计算机可读存储介质，201910073353.7，发明专利，魏润杰，李博文，高琪，吴鹏一种冠状动脉的半径计算方法、终端及存储介质，201910105746.1，发明专利，高琪一种医疗图像的处理方法、转置及计算机存储介质，201810534684.1，发明专利，魏润杰，王虎峰，高琪，吴鹏，李飞，王巍一种血流量的确定方法、装置、电子设备和计算机存储介质，201910103229.0，发明专利，魏润杰，王洪平，高琪，吴鹏一种冠脉搭桥参数的确定方法、装置、电子设备和计算机存储介质，201811614134.7，发明专利，高琪、黄利忠、吴鹏、魏润杰一种血管提取的方法、装置及存储介质，201810936725.X，发明专利，魏润杰，高琪，李博文，吴鹏一种单相机三维体视粒子图像测速系统，ZL201110289451.8，发明专利，高琪，王晋军，王洪平一种基于粒子图像测速技术的压力场计算方法和装置，ZL201410005284.3，发明专利，高琪，王中一，王成跃，王晋军一种测量流场压力场的方法及装置，ZL201510071211.9，发明专利，高琪，王中一，王晋军，魏润杰一种灰度增强层析PIV重构方法、装置和设备，ZL201510110129.2，发明专利，高琪，王洪平，王晋军，魏润杰一种单相机三维体视粒子图像测速系统，ZL201120364576.8，实用新型，高琪，王晋军，王洪平一种粒子图像测速用电子标靶，ZL201120412959.8，实用新型，高琪，王洪平，王晋军一种用于粒子图像测速三维粒子场重构的线性规划算法，ZL201410014347.1，发明专利，高琪，叶志坚，王洪平，王晋军一种基于本征正交分解的速度场坏矢量识别和修正方法，ZL201410090927.9，发明专利，高琪，王洪平，王晋军一种速度场的无散平滑处理方法及装置，ZL201410337294.7，发明专利，高琪，王成跃，王晋军，魏润杰一种三维速度压力耦合测量方法及系统，ZL201510247593.6，发明专利，高琪，王中一，王晋军，魏润杰，孙宁一种基于流体力学连续方程的速度场快速修正方法及装备，ZL201610236214.8，发明专利，高琪，王成跃，王晋军一种基于粒子图像测速技术的加速度测量方法及装置，ZL201610244052.2，发明专利，高琪，王中一，王晋军，魏润杰基于等离子体激励器和格尼襟翼的升阻比增强型机翼，CN201610644119.1，发明专利，王晋军，张增，冯立好，潘翀，高琪，刘沛清，何国胜，贺曦非圆形合成射流的产生设备，CN201710158038.5，发明专利，冯立好，王雷，王晋军，潘翀，高琪申请专利：血液泵，202011365013.0，发明专利，高琪、刘星利、魏润杰血液泵，202011360796.3，发明专利，魏润杰、陈杰、刘星利、高琪血液泵，202011360711.1，发明专利，高琪、刘星利、魏润杰转动装置及血液泵，202011364966.5，发明专利，高琪、刘星利、魏润杰转动装置及血液泵，202011360741.2，发明专利，魏润杰、刘星利、高琪一种残留血液百分比的测量方法、装置及存储介质，20201128419.1，发明专利，高琪，曾海翔，刘星利，魏润杰磁悬浮离心泵，202010947050.6，发明专利，魏润杰，刘星利，高琪叶轮及磁悬浮离心血泵，202010946273.0，发明专利，高琪，刘星利，魏润杰基于医学图像还原血管零压模型的方法、装置及存储介质，202010948639.8，发明专利，高琪，林志洪，刘星利，魏润杰一种医学图像的心耳分割方法、装置及存储介质，202010948652.3，发明专利，高琪，方存亮，王哲，魏润杰一种流场测量标定方法，202010749115.6，发明专利，高琪，左峥瑜泵转子，202010624296.X，发明专利，高琪，倪钰鑫，柳光茂，魏润杰血液泵及心脏导管，202010624127.6，发明专利，高琪，刘星利，柳光茂，魏润杰泵转子，202010624407.7，发明专利，魏润杰，倪钰鑫，柳光茂，高琪泵转子，202010463607.9，发明专利，高琪一种冠状动脉体外模型实验方法和系统，202010064500.7，发明专利，金熳夙，高琪，魏润杰一种血流储备分数评估方法及装置、存储介质，201910894411.2，发明专利，刘星利，魏润杰，高琪，吴鹏一种血流成像方法及装置、存储介质，201910829584.6，发明专利，王洪平，高琪，魏润杰三维流场内粒子重构方法及装置、电子设备及存储介质，201910741681.X，发明专利，高琪，李其杰，魏润杰三维流场内粒子重构方法及装置、电子设备及存储介质，201910740602.3，发明专利，魏润杰，李其杰，高琪一种模型的分离方法、装置、终端和计算机存储介质，201910310086.0，发明专利，魏润杰，樊红光，郑哲，李其杰，高琪，吴鹏一种基于卷积神经网络的粒子图像测速方法，201910105156.9，发明专利，许超，蔡声泽，高琪，周世超一种确定冠状动脉血流储备分数的方法和装置，201910199541.4，发明专利，高琪一种壁面切应力优化方法及装置、存储介质，201910127951.8，发明专利，魏润杰，王洪平，高琪，吴鹏一种图像处理方法及装置、存储介质，201910047390.0，发明专利，高琪一种确定冠状动脉血流储备分数FFR的方法和装置，201810568691.3，发明专利，魏润杰，吴鹏，刘星利，高琪一种血流速度的修正方法、装置、终端和计算机存储介质，201810517956.7，发明专利，魏润杰，高琪，吴鹏一种速度场的修正方法、装备及存储介质，201810534091.5，发明专利，魏润杰，高琪，刘星利，吴鹏，李飞，王巍一种评估血流储备分数的方法及装置、设备、存储介质，201810983737.8，发明专利，魏润杰，王洪平，高琪，吴鹏血流储备分数确定系统、方法、终端及存储介质，201811119677.1，发明专利，魏润杰、吴鹏、刘星利，高琪一种左心耳复杂度的确定方法、装置及计算机存储介质，201811261668.6，发明专利，高琪、樊红光、郑哲、金熳夙、吴鹏、魏润杰评估血流储备分数的系统、方法、设备及存储介质，201811296891.4，发明专利，魏润杰、黄利忠、高琪、吴鹏一种湍流信号的预测方法及装置，ZL201710134437.8，发明专利，高琪，王成跃，王晋军高性能深失速机翼结构及飞行器，CN201610968343.6，发明专利，王晋军，张增，冯立好，潘翀，高琪机翼结构及飞行器，中国，CN201610866853.2，发明专利，王晋军，陈拓，冯立好，潘翀，高琪一种适用于多翼面飞机布局的气动力和力矩控制方法，CN201710361695.X，发明专利，冯立好，崔国鹏，王晋军，潘翀，高琪一种机翼俯仰升降耦合运动平台，CN201710365416.7，发明专利，冯立好，李臻曜，王晋军，潘翀，高琪

研究领域

实验流体力学层析粒子图像测速技术（TPIV）湍流边界层流动生物流体力学

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Li,F.,Gao,Q.,Qiao,E.,Yin,G.,Zhang,R.-J.,Zhao,S.-H.,&Wang,W.(2020).Contributing Factor of Proximal Arch Dilation in Patients with Bicuspid Aortic Valve—Wall Shear Stress or Upward Extension of Ascending Aorta Dilation?Contributing Factor of Proximal Arch Dilation.The Heart Surgery Forum,23(4),E435-E440. Cai,S.,Liang,J.,Gao,Q.,Xu,C.,Wei,R.,2019.Particle image velocimetry based on a deep learning motion estimator.IEEE Transactions on Instrumentation&Measurement,vol.69,no.6,3538-3554. Wang,C.,Gao,Q.,Wang,J.,Wang,B.,&Pan,C.,2019.Experimental study on dominant vortex structures in near-wall region of turbulent boundary layer based on tomographic particle image velocimetry.Journal of Fluid Mechanics,874,426-454. Cai,S.,Zhou,S.,Xu,C.,Gao,Q.,2019.Dense motion estimation of particle images via a convolutional neural network.Experiments in Fluids,60:73. Wu,P.,Gao,Q.and Hsu,PL.,2019.On the representation of effective stress for computing hemolysis,Biomech Model Mechanobiol(2019)18:665. Wang,H.P.,Gao,Q.,Wang,S.Z.,Li,Y.H.,Wang,Z.Y.,Wang,J.J.,2018.Error reduction for time-resolved PIV data based on Navier–Stokes equations.Experiments in Fluids,59:149. Wang,H.P.,Wu,P.,Gao,Q.,Wang,J.J.and Wang,J.J.,2018.Spatial pyramidal cross correlation for particle image velocimetry.SCIENCE CHINA Technological Sciences,61. Wang,J.,Gao,Q.,Wei,R.and Wang,J.,2017.Experimental study on the effect of an artificial cardiac valve on the left ventricular flow.Experiments in Fluids,58:126. Wang,Z.,Gao,Q.,Pan,C.,Feng,L.and Wang,J.,2017.Imaginary particle tracking accelerometry based on time-resolved velocity fields.Experiments in Fluids,58(9):113. Wang,Z.,Gao,Q.,Wei,R.and Wang,J.,2017.Error propagation in the procedure of pressure reconstruction based on PIV data.In Journal of Physics:Conference Series(Vol.822,No.1,p.012055).IOP Publishing. Wang,C.,Gao,Q.,Wei,R.,Li,T.,and Wang,J.,2017.Spectral decomposition based fast pressure integration algorithm.Experiments in Fluids,58(7):84. Wang,C.,Gao,Q.,Wei,R.,Li,T.,and Wang,J.,2017.Weighted divergence correction scheme and its fast implementation.Experiments in Fluids,58(5),44. Wang,Z.,Gao,Q.,&Wang,J.,2017.A triple-exposure color PIV technique for pressure reconstruction.Science China Technological Sciences,60(1),1-15. He,G.S.,Wang,J.J.,Pan,C.,Feng,L.H.,Gao,Q.,&Rinoshika,A.,2017.Vortex dynamics for flow over a circular cylinder in proximity to a wall.Journal of Fluid Mechanics,812,698-720. Qu,Y.,Wang,J.,Sun,M.,Feng,L.,Pan,C.,Gao,Q.,&He,G.,2017.Wake vortex evolution of square cylinder with a slot synthetic jet positioned at the rear surface.Journal of Fluid Mechanics,812,940-965. He,G.S.,Pan,C.,Feng,L.H.,Gao,Q.and Wang,J.J.,2016.Evolution of Lagrangian coherent structures in a cylinder-wake disturbed flat plate boundary layer.Journal of Fluid Mechanics,792,pp.274-306. Wang,C.,Gao,Q.,Wang,H.,Wei,R.,Li,T.and Wang,J.,2016.Divergence-free smoothing for volumetric PIV data.Experiments in Fluids,57(1),15. Wang,H.,Gao,Q.,Wei,R.and Wang,J.,2016.Intensity-enhanced MART for tomographic PIV.Experiments in Fluids,57(5),87. Wang,C.,Gao,Q.,Wei,R.,Li,T.and Wang,J.,2016.3D flow visualization and tomographic particle image velocimetry for vortex breakdown over a non-slender delta wing.Experiments in Fluids,57(6),98. Wang,Z.,Gao,Q.,Wang,C.,Wei,R.and Wang,J.,2016.An irrotation correction on pressure gradient and orthogonal-path integration for PIV-based pressure reconstruction.Experiments in Fluids,57(6),104. Wang,H.,Gao,Q.,Feng,L.,Wei,R.and Wang,J.,2015.Proper orthogonal decomposition based outlier correction for PIV data.Experiments in Fluids,56(2),125303. Ye,Z.,Gao,Q.,Wang,H.,Wei,R.and Wang,J.,2015.Dual-basis reconstruction techniques for tomographic PIV.Science China Technological Sciences,58(11),pp.1963-1970. Gao,Q.,Ortiz-Duenas,C.,&Longmire,E.K.2013 Evolution of coherent structures in turbulent boundary layers based on moving tomographic PIV.Experiments in Fluids,54(12),1-16. Gao,Q.,Wang,H.,&Shen,G.2013 Review on development of volumetric particle image velocimetry.Chinese Science Bulletin,58(36),4541-4556. Gao,Q.,Wang,H.P.,&Wang,J.2012.A single camera volumetric particle image velocimetry and its application.Science China Technological Sciences,55(9),2501-2510. Gao,Q.,Ortiz-Duenas,C.,&Longmire,E.K.2011 Analysis of vortex populations in turbulent wall-bounded flows.Journal of Fluid Mechanics,678,87-123.

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