带有状态/输入量化的无人船自适应模糊跟踪控制

针对海上通讯带宽受限情况下无人船的航迹跟踪控制问题,设计了一种带有状态量化和输入量化的自适应反馈跟踪控制方案。在保证有效跟踪的同时,减少执行器执行频次,降低控制幅度。首先,在不考虑量化情况下基于自适应反步法设计了系统跟踪控制律,并结合动态面技术有效降低了虚拟控制律的计算量膨胀问题。对于控制系统中存在的不确定项,利用模糊逻辑系统进行逼近。其次,采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和输入变量进行量化,且量化后的状态反馈信息被用于无人船航迹跟踪控制器的设计。根据所得到的量化信息,给出了同时考虑状态量化和输入量化的无人船航迹跟踪控制律。在稳定性分析中,通过Lyapunov稳定性理论证明了在不考虑量化的情况下闭环控制系统的稳定性,并根据递归的方法证明了闭环控制系统中量化变量和非量化变量之间误差的有界性。基于给定的引理,最终证明了在同时考虑状态量化和输入量化的情况下,所设计的带有状态量化和输入量化的模糊自适应反馈跟踪控制系统的稳定性。最后,通过两组仿真实验验证了所提方案的实用性。即在同时考虑状态量化和输入量化的情况下,无人船仍能保持对理想轨迹良好的跟踪性能,并有效减轻了执行器的执行频次,更符合航海工程实践。

船舶操纵与避碰虚拟仿真实验教学设计探究——以“航海概论”课程为例

秉承全员、全过程、全方位育人的要求,探讨了船舶操纵与避碰虚拟仿真实验教学课程设计过程。基于虚拟仿真教学模式弥补了传统教学模式在教学设计安排、激发学生主动性、体现专业差异性等方面的不足。遵循“虚实结合、以虚补实”的原则,通过选取3种船舶典型会遇局面及能见度不良态势,探究了预习模式、学习模式、考核模式及拓展模式的交叉融合设计过程,形成协同效应,切实贯彻立德树人根本任务。基于该模式,教学内容、教学目标、教学环节、虚拟仿真平台建设能够充分结合专业特点,保证教学效果,实现动态持续的实验教学设计优化。

自适应量化神经网络滑模无人船编队控制

针对复杂海洋环境下欠驱动水面无人船(unmanned surface vehicle,USV)编队控制存在的模型不确定性、参数摄动、控制输入量化等问题,提出一种自适应量化神经网络滑模控制算法。在USV运动学子系统中,设计基于内外环控制策略的制导律,解决USV欠驱动问题。由于所采用的动力学模型中含有未知项和外界环境干扰,故在USV动力学子系统中通过使用径向基函数神经网络实现对干扰的估计。采用一种线性解析模型来描述输入量化过程。所设计的控制系统不需要量化参数的先验信息。基于输入-状态稳定性理论证明了系统稳定性。通过仿真实验验证了所提算法的有效性。

预设性能下的输出受限船舶航向切换容错控制

针对船舶输出受限、执行器故障不确定性和受到未知海洋扰动的船舶航向控制问题,提出一种基于切换策略的自适应容错控制方案。利用对数障碍李雅普诺夫约束航向误差并将状态输出约束在有限范围内。结合预设性能理论和反步法,针对具有不确定参数和执行器故障的船舶控制系统,将健康执行器作为备用。通过设计一套监控函数来监督航向误差的动态范围,实现了在执行器故障且故障模式未知的情况下,船舶航向控制器从故障执行器切换到健康执行器,同时满足跟踪误差的收敛性及控制系统稳定性。仿真验证了所提出算法的有效性。

松辽盆地海力锦铀矿床黄铁矿微量元素、硫同位素特征及其对成矿流体性质的指示

海力锦铀矿床控矿灰色砂岩垂向上具有“两红夹一灰”特征,铀矿体呈多层板状,与传统的层间氧化带砂岩型铀矿明显不同。文章通过对赋矿灰色砂岩中黄铁矿微区微量元素和硫同位素特征研究,反演海力锦铀矿床成矿流体性质及来源,主要获得了以下几点认识:(1)海力锦铀矿床含矿层黄铁矿赋存形式包括胶状、草莓状,铀矿物常与草莓状或胶状黄铁矿共伴生于有机质胞腔内或矿物粒间孔隙。(2)黄铁矿微量元素特征显示,As、Mo、Sb等亲硫性元素从核部到边部含量增高,Mo、Ni、Zn、Cu、Ba等元素与U具有较好的正相关性,这些元素在大气降水中难以沉淀和富集,往往富集于深部还原性流体中。硫同位素δ34SV-CDT值显示从核部到边部明显降低的特征,表明黄铁矿形成环境发生了较大改变,指示海力锦铀矿床成矿流体可能为深部具有一定温度的还原性流体。(3)松辽盆地西南部深部发育厚度大且面积广的富铀烃源岩,海力锦铀矿床东南部F1断裂为沟通深部富铀烃源岩和含矿层的深大断裂,据此认为海力锦铀矿床成矿流体可能来自深部还原性流体(富铀烃源岩),控矿灰色砂岩为还原性流体对原生氧化沉积建造的还原改造。

松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析

大林铀矿床是松辽盆地西南部新近探明的砂岩型铀矿床。文章对大林铀矿床的矿体产出特征、铀的赋存状态等成矿特征开展研究。研究表明,宏观上,含矿层姚家组下段氧化砂岩十分发育,铀矿体呈多层产出且受氧化带控制明显。微观上,铀主要呈吸附态,独立铀矿物与含铀矿物较少,沥青铀矿是主要的独立铀矿物,存在含钛铀矿物与闪锌矿的热液矿物组合。根据成矿特征初步判断,大林铀矿床与邻近的钱家店铀矿床和宝龙山铀矿床成因相似,是表生流体与深部流体叠加作用的结果。

带有状态/输入量化的无人艇航向跟踪控制

[目的]针对水面无人艇(USV)的海上通信受限的问题,提出一种带有状态/输入量化的USV航向跟踪控制方法。[方法]基于反步法设计系统控制律,结合动态面技术降低虚拟控制律的计算量膨胀问题。对于控制系统中存在的不确定项及外界干扰,利用扩张状态观测器(ESO)进行估计。采用均匀量化器分别对控制系统中的状态变量和控制输入进行量化,且量化后的状态反馈信息仅用于跟踪控制。利用量化状态递归设计基于ESO的USV航向控制器,证明闭环控制系统中量化变量和非量化变量间误差的有界性。[结果]基于李雅普诺夫稳定性理论,提出了量化误差考量及闭环系统稳定性判定方法,严格证明了所设计的带有状态量化和输入量化的USV航向跟踪控制系统的稳定性,仿真实验验证了该控制策略的有效性。[结论]结果表明,所提方法可为USV航向跟踪控制提供借鉴。

基于MSRCP与改进YOLOv5的雾天船舶检测

针对海上雾天获取到的图像中小目标船舶识别效果低下、漏检率高等问题,提出了一种融合MSRCP算法的改进YOLOv5模型。在输入端加入MSRCP算法对图像进行预处理,提高远处船舶的特征;采用改进k-means聚类方法设计先验框,加快模型收敛速度,使锚框和边界框更匹配;在网络部分采用了SoftPool池化替换原来的MaxPool池化,保留更多的图像特征,提高图像的检测精度。经实验,改进后的算法MAP值提高了12%,平均召回率提升了16%,检测速度达到40帧/秒,能够在满足实时性检测的前提下,更好地完成对大雾天气下的船舶识别。

松辽盆地富铀有机质建造发育特征及其对渗出型砂岩型铀矿的制约

在采用渗出成矿新思路进行松辽盆地砂岩型铀矿勘查时,对盆地中提供铀源的黑色富铀有机质建造研究显得格外重要。文章在系统梳理松辽盆地烃源岩特征的基础上,对松辽盆地富铀有机质建造的产出层位、分布规律与铀含量的研究发现:松辽盆地区域上分布上、中、下3套富铀有机质建造,分别与下白垩统、青山口组底部、嫩江组底部烃源岩对应,其中上部富铀有机质建造对盆地中北部铀成矿作用的影响大,而盆地南部主要受下部富铀有机质建造的制约;松辽盆地铀工业孔空间多产于具有深大断裂沟通的富铀有机质建造铀含量高值中心区边缘,表明富铀有机质建造对松辽盆地砂岩型铀矿化具有明显的制约作用,推断黑色烃源岩不但为铀成矿提供了一定的还原物质,而且可能是砂岩型铀成矿作用的重要的潜在深部铀源。该研究可为以红杂色建造为主的姚家组、四方台组等主攻层位的渗出成矿预测提供“下黑”成矿要素的支持,更好地指导松辽盆地渗出型砂岩型铀矿的勘查。

松辽盆地南部青山口组沉积充填与铀矿找矿方向

随着钱家店矿区及外围铀矿带内的找矿空间越来越小,目前铀矿勘查工作对松辽盆地南部新区、新层位的找矿需求越来越大。为重新系统认识松辽盆地南部区域上的青山口组,文章通过大量钻孔岩心、测井资料,结合地质背景及前人研究成果,对松辽盆地南部青山口组的沉积充填特征进行了阐述,认为:研究区青山口组受坳陷盆地结构及中部架玛吐隆起的影响,区域上地层厚度变化较大,呈现凹隆相间的格局,整体表现为“中间薄、南北两侧厚;东部厚、西部整体缺失”的充填特征;研究区由南到北青山口组表现为冲积扇-河流-三角洲-湖泊的沉积体系,且以古隆起为界构成“南河北洲”的沉积格局;砂体主要发育于西南部开鲁坳陷内,且河道存在向中部古隆起、“鞍部”汇聚的特点,水流汇聚的区域即为目前有利灰色成矿砂体的发育部位。在此基础上,运用沉积学及砂岩型铀成矿理论对研究区铀矿找矿方向提出了两点建议:新增青山口组为研究区主攻目标层位,且其赋矿段具有由南往北不断上移的变化规律;将河流相河道汇水-砂体叠置部位及末端沉积相变部位、古隆起和凹陷的衔接部位、具古隆起“鞍状沟谷”格局汇水地貌特征的部位作为研究区砂岩型铀矿找矿方向。本研究首次全面系统地阐述了松辽盆地南部青山口组的沉积充填特征,完善了该地区基础地质理论研究,同时对扩大研究区找矿空间,有效支持科研生产具有指导意义。

松辽盆地开鲁坳陷上白垩统姚家组与青山口组地层发育特征及铀成矿条件

松辽盆地开鲁坳陷找铀目标层主要为上白垩统姚家组和青山口组,二者同为红杂色建造,在区域上不易识别,层序格架不明,制约了找矿成果的扩大。文章通过岩性组合、地震界面追踪、测井相识别、生物化石组合、地球化学及重矿物分析指标等方法,初步识别出姚家组与青山口组的地层划分标志。结果显示:青山口组顶部以紫红色泥岩为主,下部为紫红色、灰色细砂岩、泥质中-粗砂岩夹薄层紫红色泥岩,地震相上表现为反射波连续性差、振幅小或中等、微弱的特征,测井曲线呈钟型、指型、箱型,风化指数(CIA)平均为57.16,重矿物以钛铁矿+石榴子石+重晶石+锆石为主;姚家组可分为上下两段,下段以褐红、砖红、灰色细砂岩、中砂岩、砂质砾岩为主,上段由一套灰绿、紫红色泥岩和灰白色粉砂岩、细砂岩、中砂岩组成,地震相上表现为反射波连续、振幅高或较高,底部中低振幅、中连续的反射同相轴等特征,测井曲线呈箱型、钟型,少量指型,风化指数(CIA)平均为65.22,底部风化指数(CIA)表现为突变增高,重矿物以锆石+石榴子石+白钛矿+锐钛矿+钛铁矿的组合为主。在此基础上,对姚家组与青山口组的铀成矿条件进行分析对比,研究认为,两者铀源主要来自松辽盆地南缘中、新生代火山岩和海西期、燕山期花岗岩,均具备充足铀源;青山口-姚家期均发育南西向北东展布河道,从上游至下游形成了冲积扇-辫状河-曲流河-三角洲-湖泊的典型沉积环境;青山口组及姚家组含矿灰色砂体中含有丰富的有机质、炭化植物碎屑、黄铁矿等还原剂,统计其有机碳含量为0.11%~0.56%,显示均具有较好的还原性;姚家组氧化带主要呈面状展布,余粮堡—钱家店及架玛吐—保康等地段成矿潜力巨大;青山口组氧化带呈环带状展布,奈曼、通辽—钱家店等地段成矿潜力较大。

基于松辽盆地南部地震剖面中地质信息的砂岩型铀矿找矿预测方法研究

砂岩型铀矿勘查队伍在进行铀矿勘查的过程中收集了大量勘查区内地震剖面,部分地震剖面中隐藏的地质信息未得到充分发掘,文章从地质、物探相结合的研究视角,依托历年铀矿勘查工作经验对收集的地震剖面进行综合分析和二次开发利用,提高地震资料利用率,进一步发挥地震资料在砂岩型铀矿勘查过程中的指导作用。在地震剖面中识别构造、沉积等要素,将各类要素投影至平面图中进行叠合并筛选,进而确定铀成矿有利部位。该找矿预测方法综合反转与走滑构造预测成果、辫状河砂体预测成果、削截不整合预测成果、隆起构造预测成果、洼地预测成果,以岩性地化环境作为控制性指标,结合周围钻孔单孔、连孔信息,实现对铀成矿有利砂体的预测。文章提出松辽盆地南部坳陷期沉积地层处于右旋走滑构造背景下,走滑断裂的局部地区形成挤压应力场造成反转构造,进而形成了古隆起,这一过程同时伴生形成拉伸应力场,进而形成了深洼地,古隆起和深洼地之间过渡带形成一系列发育辫状河的山间河谷地形,应力场的转换形成一系列不整合界面和局部隆起构造,控制了铀矿化的具体位置,其能否最终形成富矿体取决于该具体位置是否处于氧化—还原的过渡带。文章预测了13片外围铀成矿潜力较大且可供下一步钻探工程查证的砂体,预测结果与部分外围铀矿体位置一致,在其中两片有利砂体附近勘查发现两处铀矿产地。文中基于地震剖面中地质信息的找矿预测方法对铀矿找矿具有一定指导和借鉴意义。

基于协调度的海上专业救助力量部署决策研究

针对当前海洋生产结构调整带来的海上救助需求变化和缺少救助力量部署决策工具等问题,提出一种基于协调度的海上救助力量部署复合决策方法。通过建立协调度评价模型对救助单元救助能力和海上救助需求进行协调性分析,运用层次分析法(AHP)对海洋经济发展中存在的海上救助需求进行评价,使用基本图形分析法建立各海洋产业对不同等级的专业海洋救助船的需求模型,构造空间分布。运用此方法对专业救助力量实际值守海域进行计算及分析,进一步优化部署方案。结果表明:通过此方法得到的部署决策意见与多数可查的海上救助应急处置情况十分接近,验证了该方法的有效性。

松辽盆地南部胜利地区层间氧化带展布特征及其与铀成矿的关系

松辽盆地南部为盆地内重要的铀成矿区域,随着勘查程度的不断提高,目前区内已发现多处中—大型铀矿床,并具有多层位、多成因的成矿特征。基于松辽盆地南部不同的成矿特征,以胜利地区姚下段为主要研究对象,以氧化带前锋线控矿为主要理论指导,根据胜利地区上、下氧化带夹中部还原带的地化特征,经过分析对比发现,胜利地区姚下段氧化带可分为目的层完全氧化带和主含矿层内层间氧化带。随着还原容量的不断增加,主含矿层内层间氧化带在运移过程中,由强氧化带逐渐过渡为弱氧化带,直至尖灭形成氧化带前锋线。铀工业矿体往往产出于该氧化带前锋线的上下两翼或其尖灭位置,说明胜利地区铀矿体的形成受主含矿层内层间氧化带控制明显。

松辽盆地南部海力锦铀矿床姚家组下段黏土矿物特征及其铀成矿意义

黏土矿物是表征盆地砂岩型铀矿含矿建造地球化学环境以及反演其经历的表生流体作用的重要指示性矿物。文章以钱家店凹陷新发现的海力锦铀矿床含矿层姚家组下段为研究对象,通过偏光显微镜、X射线衍射、扫描电镜及能谱分析等方法,系统开展了不同地球化学分带的岩石学、黏土矿物类型、形貌及含量等特征研究。姚家组下段红色和灰色泥岩原生黏土矿物组合为伊利石+伊蒙混层,高岭石含量较低,总体反映了沉积期偏干旱炎热古气候环境。泥岩中不同类型黏土矿物含量具有一定的相关性,推测其在沉积-成岩过程中存在一定的相互转化关系。与泥岩明显不同,各地球化学分带砂岩中的黏土矿物主要为高岭石,其次为伊利石和伊蒙混层,显示具有后生外来酸性流体改造的特点,应发生在区域层间氧化水渗入之前。铀含量与黏土矿物含量间没有明显的相关性,结合镜下铀-黏土矿物空间赋存关系和区内构造-流体演化史显示,矿石中铀沉淀富集受多种吸附还原剂控制,局部与高岭石关系密切,存在一期深部酸性还原流体渗出改造作用,为原生偏弱还原性的姚家组下段砂岩铀成矿提供了有利条件。

基于扩张状态观测器的有限时间船舶编队控制

[目的]为了解决大多数船舶编队控制算法控制周期长和时效性差的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的有限时间控制策略。[方法]采用一种非线性终端滑模算法,通过对控制律分区域设计,克服传统终端滑模存在的奇异性问题;将非线性终端滑模与图论结合,实现有限时间的船舶编队控制;利用扩张状态观测器观测并补偿船舶模型中的不确定性及外界的干扰,以保证船舶编队控制的精确性;运用Lyapunov理论验证船舶编队控制律的稳定性。[结果]仿真结果表明,采用所提控制策略使整个编队系统误差在5 s左右趋近于0,从而实现了稳定。[结论]该控制策略能有效控制船舶编队,且控制速度快、时效性好。

松辽盆地南部海力锦铀矿床地质特征及成因探讨

基于海力锦地区铀矿勘查资料,总结了海力锦铀矿床成矿地质特征,深入分析了控矿因素及成矿规律,并根据矿床成因特点建立了本区特有的三阶段成矿模式。研究表明,海力锦铀矿床具有厚度大、品位高、平米铀量大、矿化集中的富矿特点,矿体分布于完全氧化带附近,沿走向长度连续、稳定,沿倾向宽度相对有限,矿体呈板状、似层状产于姚家组下段的上、下氧化带之间的灰色砂体中。分析认为区内控矿因素较复杂,其富矿特征主要与辫状河相砂体、宝龙山构造天窗、区域层间氧化带、后生还原改造及沉积期以来的古气候等关系密切。研究探讨了其成矿类型主要为非典型层间氧化带型,伴有原生预富集和后期氧化-还原叠加改造成矿的特点。初步认为该区主要找矿标志为姚家组下段厚度适中的灰色砂体,一般15~30 m最为有利。海力锦铀矿床显示,目的层姚家组成矿潜力巨大,通过借鉴该矿床成矿认识有助于在松辽盆地外围取得新的找矿突破。

基于事件触发的船舶编队有限时间控制

为改善船舶编队的时效性,针对船舶编队在海上作业时存在频繁的不必要的通信消耗问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间控制策略。设计一个编队扩张状态观测器观测船舶动态信息并补偿船舶模型中的不确定性及外界干扰;针对自身的船舶编队系统定义一个由广义误差变量组成的固定阈值触发函数,将事件触发函数与非线性终端滑模控制器相结合,大大降低了编队控制律的更新频率;利用Lyapunov有限时间理论验证整个编队系统的有限时间稳定性,并证明控制器不存在Zeno行为。仿真结果显示,设计的编队控制器能在5 s左右达到预期队形。与连续时间编队控制器相比,设计的编队控制器在保证编队队形的基础上大大降低了触发次数,从而节约了编队系统的通信资源。

松辽盆地南部海力锦铀矿床镭氡平衡系数计算方法研究

镭氡平衡系数是地浸砂岩型铀矿勘查中重要的物探参数之一,能否正确计算镭氡平衡系数将直接影响铀矿床资源量估算结果的准确性。目前在实际工作中,镭氡平衡系数主要由物探参数孔观测法和伽马测井解释结果与取样分析结果对比法确定,而物探参数孔观测法又可分为平均值法和曲线拟合法。对松辽盆地南部海力锦地区姚家组下段地层的铀矿镭氡平衡系数进行了计算和研究,并对计算结果进行了对比与评价。两种方法在砂岩型铀矿镭氡平衡系数计算中都非常重要,可以相互验证。经过分析,物探参数孔观测法比伽马测井解释结果与取样分析结果对比法计算的镭氡平衡系数可信度更高。对于物探参数孔观测法的两种计算方法,曲线拟合法更接近氡气的恢复情况,可以避免观测值误差或氡气未达到平衡等因素导致计算结果不准确,结果更为合理。

双减背景下小学语文教师教学基本素养的提升策略

教师的教学基本素养直接影响着语文教学质量的高低。在双减背景下,教师的教学基本素养面临着更多考验。教师应从自身专业发展角度出发,通过自身努力、学校支持,有效提升自身的语文教学素养,开展高效语文教学,才能从真正意义上减轻学生的课业负担,将双减目标落到实处。