平行机器人与平行无人系统:框架、结构、过程、平台及其应用

本文将基于ACP(Artificial societies,computational experiments,parallel execution)的平行系统思想与机器人领域相结合,形成一种软硬件相结合的框架,为无人机、无人车、无人船在复杂环境中实验、学习与实际工作提供便捷、安全的平台,即平行无人系统.本文从平行机器人的基本概念出发,提出平行无人系统的基本框架,并介绍了各模块的基本功能与实现方法,探讨了其中的关键技术.然后本文围绕无人机、无人车、无人船三个方面展望了无人平行系统在实际中的应用和所面临的挑战,提出了平行无人系统的未来发展方向.

平行武器:迈向智能战争的武器

针对我军武器装备研发、应用领域存在的问题,提出面向平行化技术的武器装备体系、理论、方法和技术.在虚实互动的平行思想指导下,将ACP方法应用于武器装备的设计研发、试验测试、生产制造、维护保养、毁伤评估等方面,构成平行武器的全生命周期.目标是实现武器装备、指挥系统、作战部队、军工企业、民用单位的紧密融合.对我军未来"察–打–评"一体化的武器装备发展有较好的指导意义.

局域网络化自主作战的概念与展望

介绍了国外开展未来作战系统研究的基本情况,简要分析了国内外相关研究现状.在此基础上,提出了局域网络化自主作战的概念,并给出了局域网络化自主作战系统的构成和应具有的基本能力,指出了发展此类系统需要解决的关键技术.最后,对局域网络化自主作战系统的前景进行了展望,提出基于ACP方法的平行防御系统将是局域网络化作战和自主作战的发展方向.

金沙江下游支流黑水河松新电站鱼道过鱼效果监测与评估

松新鱼道建设是恢复金沙江白鹤滩库区鱼类生境替代支流——黑水河连通性的重要工程措施之一,其过鱼效果备受关注。本研究以黑水河松新鱼道为研究对象,通过网捕法和射频识别遥测技术(RFID)开展松新鱼道过鱼效果监测与评估研究。结果表明:(1)黑水河松新坝址下游共监测到19种鱼类,其中12种鱼类可以顺利通过鱼道抵达上游河道;(2)鱼道进出口鱼类多样性受到鱼类洄游动机影响呈现季节性规律,非洄游期(12月)鱼道进出口鱼类Shannon-Wiener多样性指数显著低于洄游期(次年3、5月);(3)松新鱼道主要过鱼对象短须裂腹鱼的进口吸引率为31.50%,通过率可达44.44%。利用张网监测数据发现:当水温超过20℃时,过鱼种类和数量随着水温的升高呈递减趋势;当鱼道内流量超过0.50 m^(3)/s时,过鱼种类和数量随着鱼道内流量的增大而呈递减趋势。为识别影响鱼道过鱼效果的关键因素,选取短须裂腹鱼为研究对象,构建了基于多因素(鱼道内流量、水温、昼夜节律、pH、湿重、体长等)的Cox风险比例回归模型,研究发现:鱼道内流量、水温和昼夜节律是影响短须裂腹鱼上溯效果的关键因素;当水温变化范围为14.0~20.0℃时,短须裂腹鱼的通过率随水温的升高而呈递增趋势;当鱼道内流量变化范围为0.01~0.50 m^(3)/s时,短须裂腹鱼的通过率随鱼道内流量的增大而呈递增趋势;昼夜节律对短须裂腹鱼的上溯有显著影响,短须裂腹鱼更偏好于夜晚上溯。本研究结果有助于黑水河开展鱼类栖息地修复及鱼类资源保护措施等工作,为黑水河梯级小水电及西南地区山区河流低水头闸坝修建鱼道提供理论依据。

焊接过程熔深控制技术的研究

本文对国内外焊接过程熔深控制技术进行了系统的研究,分析了各种熔深检测方法的优缺点,着重介绍了视觉传感检测法,同时对多种熔深控制方法进行讨论,重点研究智能控制方法的应用。最后,分析了熔深控制技术目前存在的问题,并对其应用前景和发展趋势作出了展望。

平行医疗机器人

医疗机器人对于提高医疗效率,减轻患者痛苦,具有重要的社会意义和科研价值。针对医疗机器人的难点,提出了基于ACP平行系统方法的平行医疗机器人概念。平行医疗机器人主要由物理医疗机器人和虚拟医疗机器人组成,通过并联医疗机器人可以实现对整个系统进行管理和控制,对治疗过程进行实验和评估,对医生和患者进行学习和培训。介绍了支撑平行医疗机器人的相关技术,包括机器人仿真、生物力学、3D打印和知识自动化技术等,并结合平行学习提出平行医疗机器人所应具备的描述、预测和处方三大核心功能。最后,以机器人经食管超声系统展示了平行医疗机器人的典型应用。

傅立叶变换在熔池图像特征提取中的应用

熔池图像特征的提取对于分析焊接质量十分重要,而频域图像处理算法相对空域有很多优势,可以克服传统的空域图像处理算法对噪声敏感的不足,并有利于增强图像特征。为此,首先采用中值维纳滤波方法对焊接熔池图像进行组合滤波去噪,然后对去噪后的熔池图像运用基于傅立叶变换的巴特沃思滤波器进行高通滤波,以增强图像,并采用加强滤波算法对图像实现补偿,同时进行直方图均衡化,最后运用Canny算子边缘检测与数学形态学运算获得熔池边缘,提取出熔池特征信息。结果表明,运用傅立叶变换高频加强滤波进行熔池图像增强处理,并结合空域中较为成熟的图像处理算法,可以得到较好的熔池特征提取效果。

基于有限元分析的单梁桥式起重机优化设计

利用ANSYS9.0分析单梁桥式起重机钢结构的力学特性,并结合分析结果和实际经验提出了相应的结构优化方案,其正确性和合理性得到验证,并为同类产品优化设计提供有益参考。

基于ASP技术的备件管理信息系统的开发

介绍了计算机技术和网络技术在备件管理中的应用，运用ASP在基于Web和数据库系统设计上的应用技术，开发备件管理信息系统。

金沙江支流黑水河松新电站短须裂腹鱼(Schizothorax wangchiachii)过坝后上溯行为

鱼类过坝后的上溯行为对鱼类寻找适宜的产卵、索饵等功能性栖息地至关重要。现阶段我国大多数研究聚焦于鱼类上溯通过鱼道的游泳行为量化,而过坝后的上溯行为分析鲜有报道。本研究在金沙江下游支流黑水河松新坝址处利用PIT(passive integrated transponder)遥测技术对松新电站过鱼对象短须裂腹鱼(Schizothorax wangchiachii)过坝后的上溯行为开展监测,考虑监测过程中水文情势变化对过坝后上溯行为的影响,采用生存分析方法,构建了耦合多因素(流量、水温、河道涨落水率、昼夜节律、肥满度等)的Cox风险比例回归模型,利用AIC模型准则筛选出最优模型参数,识别了影响鱼类过坝后上溯成功率的关键因素。结果表明:(1)短须裂腹鱼在松新鱼道的上溯效果显著优于河道;(2)水温及河道涨落率是影响短须裂腹鱼过坝后上溯效果的关键因素;(3)水温与短须裂腹鱼过坝后河道上溯成功率呈负相关,当水温超过短须裂腹鱼最适温度后,河道上溯成功率随着温度的上升呈递减趋势;河道涨落水率与短须裂腹鱼过坝后河道上溯成功率呈正相关,其中涨水情势下短须裂腹鱼河道成功上溯的概率高于落水,河道上溯成功率随着涨水率增大呈递增趋势;(4)尽管昼夜节律对短须裂腹鱼过坝后河道上溯成功率无显著影响,但从数据结果发现有61%的短须裂腹鱼选择在夜间上溯。本研究旨在为恢复鱼类栖息地和优化小水电生态调度提供科学依据及参考价值。

金沙江下游支流黑水河松新电站幼鱼下行过坝研究

梯级小水电的开发一定程度上破坏了河流连通性并阻碍了鱼类洄游通道。黑水河流域松新坝址为了满足鱼类上行产卵修建了松新鱼道,然而作为洄游物种生命周期中的关键行为,鱼类下行洄游的需求也同等重要。为了寻求一种可行、高效、低损伤的下行过鱼方式,了解河流中不同环境因素对鱼类下行效率的影响,本研究在金沙江下游支流黑水河松新水电站补水通道开展鱼类下行过坝效果评估研究。针对两种鲤科鱼类(棒花鱼Abbottina rivularis和短须裂腹鱼Schizothorax wangchiachii)幼鱼和两种鳅科鱼类(短体副鳅Paracobitis potanini和红尾副鳅Paracobitis variegatus)幼鱼各放鱼90尾,定量分析鱼种、水体透明度、放鱼位置、流量、水温、水位等因素对鱼类下行效率的影响。结果表明:棒花鱼、短须裂腹鱼、短体副鳅、红尾副鳅的下行率依次为22.22%(20尾)、28.89%(26尾)、8.89%(8尾)、15.56%(14尾);幼鱼下行成功率与上游河道水温呈正相关趋势,且放鱼位置、鱼种、上游河道水温和流量均对鱼类下行成功率有显著影响。通过构建二元Logistic回归模型识别出影响鱼类下行效率的关键因子,并基于AIC准则筛选出最优模型,以放鱼位置、鱼种、上游河道水温和上游河道流量为自变量的模型最优。本研究可为梯级小水电背景下的河流连通性修复、水库调度方案和下行过鱼设施优化设计提供理论依据。

I形坡口焊缝检测LOG-Hough方法研究

对于间隙小于0.5 mm的焊缝,在强烈弧光干扰环境下实现精确检测较为困难。文中就对不开坡口的细小焊缝提取做了试验研究,为精确检测细小焊缝提供一种新方法。在焊接过程中使用CCD视觉传感器获取焊接过程的图片信息,在对图像进行中值滤波后,采用LOG边缘检测算子检测出焊缝的边缘、再用Hough变换方法识别焊缝,找出焊缝位置,计算出焊缝宽度和焊缝中心。试验表明,使用LOG-Hough算法能准确地得出焊缝宽度和焊缝中心,并且具有较强的抗干扰能力。

面向空天防御体系的多任务可控涌现机制研究

群体智能涌现研究对于人们理解自然界规律,优化社会管理,推进知识创新有重要作用,空天防御体系为群体智能涌现提供了研究和应用的新场景。然而,空天防御体系是典型的非线性系统,系统的可控涌现面临状态空间指数爆炸、动态过程建模复杂、性能分析困难等问题。面向战场防御场景,针对空天防御体系面临的大规模目标应对、复杂任务场景适配、多任务协调配合、复杂系统设计等问题,开展了面向空天防御体系的可控涌现机制研究,探究空天防御体系的涌现机制,为提升空天防御体系的多目标应对能力、场景快速适配能力和空天防御体系要素之间的有效协调配合能力提供新视角。

水质采样专用多旋翼无人机及其控制系统

针对环境保护部门等用户对水质采样专用无人机的需求和具体要求,本文设计了水质采样专用四旋翼无人机,分别从无人机的部件、采水装置、电路模块等硬件设备,以及控制算法、采样流程等软件方面进行介绍.本文在四旋翼无人机动力学模型基础上,加入对水流冲击力的分析,设计四旋翼无人机的飞行采样模式,并对其有效性与实用性进行仿真测试与实践验证,完成了水质采样专用四旋翼无人机的手动采样与自动采样过程.

基于机器视觉的水下焊接技术的研究与进展

焊接新工艺、新方法的出现与完善,以及采用视觉传感的水下焊接技术日趋成熟,促进水下焊接往自动化和智能化方向发展。质量好、精度高的水下自动焊接技术在不久的将来将成为可能。本文综述了基于机器视觉的水下焊接技术研究与应用的最新进展,并对其发展趋势提出了一些看法。

平行机群:概念、框架与应用

针对多无人机集群作战平台与体系的复杂性,将ACP平行理论与无人机集群相结合,提出平行机群的概念,定义平行无人机的数字四胞胎结构.提出平行机群的基本框架与逻辑以及平行机群的关键技术,包括平行感知、平行学习、平行网络和平行区块链.最后针对无人机集群面临的作战任务分析了平行机群的未来应用.

空间平行机器与平行制造

近年来,随着空间技术的发展迅速,在可以预见的未来,在太空中作业和制造的需求必将变得越来越强烈.在太空环境中,对于智能、自主的要求越来越高.本文提出将平行机器、平行制造等和空间技术相结合,采用平行系统理论和方法,为实际的机器或者制造系统建立人工系统,在人工系统中进行计算实验得到合理的解决方案,通过平行执行指导实践.通过该方法,能够更好地应对太空中的不确定性和意外情况,尤其是通过平行增材制造实现快速、智能的补给和维修.

平行机器:一种智能机器的管理与控制框架

针对智能机器控制的复杂性问题,提出了平行机器的概念、框架和方法。平行机器是将基于ACP的方法扩展到智能机器领域的产物,形成虚实平行互动的管控模式,是一种针对复杂环境、复杂问题的管理与控制方法。平行机器包括实际的物理机器和软件定义的虚拟机器,通过二者间的虚实互动实现描述、预测和引导3个功能,最后介绍平行机器相关技术并对平行机器的潜在应用进行展望。