浅埋极薄煤层无煤柱开采覆岩运移与地表损伤特征研究

为了探究浅埋极薄煤层切顶卸压无煤柱开采与常规留煤柱开采覆岩运移与地表损伤区别,以子长矿区浅埋极薄煤层为背景,基于关键层理论,得到了硬岩破断距及覆岩的垮落高度临界值的计算公式,结合3DEC数值模拟及现场试验,对比分析了无煤柱开采与留煤柱开采条件下浅埋极薄煤层覆岩运移破断及地表损伤特征,确定了极薄煤层覆岩两带高度。结果表明:当工作面回采达到60 m时,两带发育高度基本稳定,当大于60 m时,工作面后方覆岩裂隙由开裂逐渐闭合,裂隙区随工作面回采向前方移动,两带高度稳定在24.6~27.7 m;相较于常规留煤柱开采,切顶留巷无煤柱开采方式下覆岩呈连续移动变形,可有效修复煤层开采工作面两侧非连续移动变形导致的覆岩裂隙及地表损伤裂缝,消除了常规留煤柱开采方式下相邻工作面间区段煤柱两侧覆岩裂隙,现场观测较好地验证了该结果。

医疗机器人与医工融合技术研究进展

随着人们对医疗健康手段和过程提出精准、微创、高效及低成本等方面的更高要求,医疗机器人与医工融合技术受到了世界各国的极大关注,并由此得到了日新月异的发展.目前医工融合技术主要集中于外科手术、康复及辅助护理等方面的机器人研究与开发,但随着人工智能和人机交互重要技术的突破和进展,将在临床医疗、医疗康复等方面取得重大理论创新和技术突破,未来有可能会应用到医疗健康的各个领域.

基于颅脑CT与MRI多模图像融合的3D打印模型制作及应用研究

目的研究基于颅脑CT与MRI图像融合的3D打印技术,制作颅脑三维虚拟模型及实体模型,探讨其在临床工作中的意义。方法利用1例小脑幕脑膜瘤患者颅脑CTA、MRI扫描所得的DICOM数据,CT图像分割重建颅骨、血管、头皮模型,MRI图像分割重建脑组织、肿瘤、脑室系统、头皮模型,以头皮模型为基准进行配准融合,完成复合三维虚拟模型的构建,优化处理后经3D打印技术制作实体模型,并邀请15名神经外科医师对模型进行独立评分。结果制作出高逼真度等比例的颅脑实体模型,问卷调查所有问题的平均分均>4分。结论利用颅脑CT与MRI图像融合及3D打印技术制作的三维虚拟模型及其实体模型,对神经外科医师的疾病认识与手术应用、医患沟通、临床培训等方面有重要意义。

多模态影像融合结合3D打印技术在大脑镰旁脑膜瘤切除术中的初步应用

目的探讨CT与MRI多模态影像融合结合3D打印技术在大脑镰旁脑膜瘤切除术中的应用效果。方法收集诊治的5例大脑镰旁脑膜瘤患者临床资料,将凭借CT、MRI等多模态医学影像检查获取的影像数据重建形成三维虚拟模型,再结合3D打印技术打印肿瘤及其周围组织血管等实物模型。观察肿瘤实体解剖模型的构建并评价肿瘤切除程度,进一步观察患者术前、术后神经功能变化。结果5例患者均成功构建三维虚拟模型,并制作出大脑镰旁脑膜瘤实体解剖模型,清晰显示肿瘤与周围组织血管的关系;手术医师利用该模型进行术前模拟、制订手术方案及指导术中操作,提高了肿瘤切除率,避免术中并发症。结论多模态影像融合结合3D打印技术可为大脑镰旁脑膜瘤外科手术提供全面的导航信息,提高了肿瘤切除程度及手术安全性,有助于患者术后快速康复。

农业科研院所必须肩负起农业产业精准扶贫的责任——以中国热带农业科学院为例

农业科研院所在农业产业精准扶贫中作用重大。本文以中国热带农业科学院为例,阐明农业科研院所在农业产业扶贫中肩负的责任及采用的精准扶贫模式,同时指出,政府部门应充分发挥农业科研院所在农业产业精准扶贫中的作用。

多模态图像融合联合3D打印在中央区窦镰旁肿瘤手术中的应用效果

目的探讨多模态图像融合联合3D打印在中央区窦镰旁肿瘤手术中的应用效果。方法收集福建省立医院神经外科收治的24例中央区窦镰旁肿瘤手术患者的临床资料,根据患者术前颅脑计算机断层扫描成像(CT)与磁共振成像(MRI)等多模态图像资料进行分析与处理,利用Mimics 15.0软件进一步提取数据信息,重建出所需的三维可视化复合虚拟模型并3D打印出实体化模型。结果所有患者均成功构建中央区窦镰旁肿瘤虚拟模型并实体化,利用该模型制定手术预案、指导术中操作,顺利完成手术,评价良好。结论多模态影像融合联合3D打印可为中央区窦镰旁肿瘤手术提供全面直观的立体解剖信息,提高手术安全性并取得更好预后。

基于计算机建模的侧脑室额角垂直穿刺方法研究

目的研究垂直于颅骨钻孔点的侧脑室额角穿刺法的可行性及操作的最佳方法。方法利用204例颅脑CT数据,建立颅骨-侧脑室虚拟模型,取鼻根部沿矢状线向上9~11 cm,旁开2 cm、2.5 cm、3 cm、3.5 cm、4 cm作为钻孔点,分别进行垂直于该点的侧脑室模拟穿刺,统计各项穿刺成功率、测量偏置距离及穿刺深度。结果模拟侧脑室额角垂直穿刺方法成功率高;侧脑室占比越大,穿刺成功率越高;旁开距离的选取对穿刺成功率无明显影响,但各引流管到达侧脑室的位置存在差别。结论验证了侧脑室额角垂直穿刺法的可行性。侧脑室占比为20%~<60%者,手术前可在计算机上重建颅骨-侧脑室模型,实现个性化穿刺,也可取旁开距离2.5~3 cm作为穿刺点,穿刺点到侧脑室上表面的深度不超过5.3 cm。

无碰撞检测RRT^*的移动机器人运动规划方法

快速探索随机树^*(RRT^*)作为一种渐进最优的采样运动规划方法在探索高维空间中具有显著的优势。但RRT^*在执行时需要进行大量的碰撞检测,导致其在复杂环境中收敛速度较慢,效率较低。因此,提出了一种无碰撞检测RRT^*运动规划方法。该方法剔除了RRT^*扩展时的碰撞检测,并在代价函数中增加碰撞风险评估函数,从而影响各个节点对父节点的连接选择。当节点或边与障碍物碰撞时,碰撞风险评估函数将显著增大,促使代价函数值显著增大,同时通过设计路径代价的上限,保证了运动规划的避碰能力。最后,仿真结果表明所提方法的收敛速度比RRT^*提高约40%,且在复杂环境中优势更加明显。同时通过移动机器人真实环境实验测试验证了所提方法实时规划的可行性。

基于方向选择的移动机器人路径规划方法

针对快速行进树算法(FMT^(*))在逐层递归扩展中产生的冗余探索问题,提出一种基于方向选择的快速行进树算法(DS-FMT^(*))。该算法首先对拟扩展样本的四周产生均匀分布的方向选择线,判断周围的障碍物情况并选择有利于扩展的方向作为候选探索方向。随后将拟扩展到下一样本的实际探索方向与候选探索方向做比对,若实际探索方向与候选探索方向夹角一致,则优先考虑扩展该方向的样本。同时,结合样本的成本对比,改进FMT^(*)递归扩展过程,降低了计算复杂度。最后,将所提出的DS-FMT算法与其他同类算法进行仿真比较,证明了DS-FMT^(*)在保证路径良好质量的同时,提高了规划效率。通过移动机器人路径规划的实际应用实验,验证了所提算法的有效性。

一种用于侧脑室模拟穿刺模型的研制与应用

本研究基于颅脑CT、MRI影像数据,利用3D打印技术制作患者的颅脑实体模型,应用于模拟侧脑室穿刺手术。由CT、MRI分别提供头皮、颅骨、血管及侧脑室、脑组织等影像数据,通过Mimics软件重建获得各组织结构数字模型。利用3D打印技术制作颅脑主体、中空的侧脑室嵌件以及脑组织模具,并使用水凝胶进行脑组织倒模,制作高度逼真的患者颅脑实体模型。最后通过医生进行模拟侧脑室穿刺手术,验证在该实体模型上进行手术训练的可行性。利用上述方法制作的颅脑实体模型可直观显示人脑主要结构,通过注入液体可使侧脑室内部达到一定压力,模拟患者的颅内压环境,经侧脑室模拟穿刺,术者的操作感受与实际手术近乎一致。3D打印制作的颅脑实体模型可应用于临床的培训、教学以及考核方面。

工艺品表面喷涂缺陷在线检测系统

针对工艺品制造企业生产过程中工艺品喷涂质量难以实时检测的问题,设计了一种工艺品表面喷涂缺陷在线检测系统。该系统主要采用了视觉检测技术,实时检测工艺品喷涂过程中的喷涂缺陷。首先,通过图像采集得到工艺品喷涂后的原始图像;其次,通过图像增强和K-means聚类分割算法提取工艺品复杂表面的喷涂缺陷、纹理信息、轮廓信息及尺寸信息等;最后,根据像素数的相关特征判断工艺品表面喷涂质量是否合格,实现工艺品喷涂质量的快速在线检测。通过实验对该系统进行了验证,工艺品喷涂缺陷成功检测率为92%,能够满足生产线对于质量检测的实时性及准确性的要求。

基于单目视觉的无人机自主跟踪降落研究

无人机对地面运动物体的跟踪研究一直是无人机自主控制领域重要的研究方向。以四旋翼无人机为平台,设计了无人机对地面目标的自主降落跟踪系统。在无人机上搭载单目相机获取地面移动机器人的图像信息,同时搭载的计算机实时计算获取地面移动机器人的运动状态数据,然后反馈给无人机运动控制系统,完成对地面移动机器人的跟踪。实验表明,该系统可以进行稳定的地面运动物体跟踪。

基于机器视觉的安全气囊检测系统研究

利用图像处理与机器视觉技术开发了一套安全气囊检测系统,实现了对安全气囊生产过程某一工位处关键尺寸的亚像素测量。介绍了该检测系统的总体组成和主要工作流程;分别介绍了该系统的软硬件设计;并选取实际气囊对所开发的检测系统进行了可行性、有效性的验证。通过实验表明该系统的检测结果符合实际生产的要求。

虚拟现实与3D打印技术在牙种植领域的应用研究

将虚拟现实(virtual reality,VR)与3D打印相结合旨在培训和选择出最优方案。进行近似真实手术操作环境下的牙种植过程模拟,能显著增强牙种植手术培训的效果。本文论述了两项技术的应用过程,即通过三维建模后赋予物体物理特性以及相互关系,建立起人机交互的虚拟手术环境,再利用3D打印技术打印出离体牙用于练习操作。一方面该技术用于培训可以大大降低手术培训的时间及费用,提高初学者手术操作的熟练程度及精细水准,另一方面在手术前根据实际情况模拟出具体的操作情境,最终抉择出最佳方案,这样可大大提高手术的成功率。

应用深度相机的手术导航注册算法研究

手术导航注册是实现手术导航、器械跟踪的关键技术。提出了一种基于深度相机的手术导航注册算法,结合点云配准的相关原理,构建PCA点云坐标系,提高了粗点云配准的速度,结合CPD精配准算法,完成手术导航注册,通过实验验证了该方法的有效性。

Evaluation of fault diagnosability for nonlinear uncertain systems with multiple faults occurring simultaneously

Up to present,the problem of the evaluation of fault diagnosability for nonlinear systems has been investigated by many researchers.However,no attempt has been done to evaluate the diagnosability of multiple faults occurring simultaneously for nonlinear systems.This paper proposes a method based on differential geometry theories to solve this problem.Then the evaluation of fault diagnosability for affine nonlinear systems with multiple faults occurring simultaneously is achieved.To deal with the effect of control laws on the evaluation results of fault diagnosability,a design scheme of the evaluation of fault diagnosability is proposed.Then the influence of uncertainties on the evaluation results of fault diagnosability for affine nonlinear systems with multiple faults occurring simultaneously is analyzed.The numerical simulation results are obtained to show the effectiveness of the proposed evaluation scheme of fault diagnosability.

利用VR技术的沉浸式动感单车系统开发

由于普通动感单车运动需在教练的指示下进行,久而久之便显得枯燥乏味。因此,如能在一台普通动感单车的基础上,利用虚拟现实技术开发多套虚拟场景。同时,使用单片机作为控制系统,在unity软件中编写C#程序生成界面,可根据自身喜好选择骑行公里数以及上下坡的段数、角度等参数,系统将利用输入的参数控制动态单车阻尼以及虚拟场景。骑行健身将变得更加有趣而人性化。

混合视觉系统的运动物体检测和静态地图重建

复杂动态背景环境下的运动物体检测和静态地图重建中容易出现运动物体检测不完整的问题。针对上述问题,提出了一种混合视觉系统下点云分割辅助的运动物体检测方法。首先,提出了直通滤波+随机采样一致性(PassThrough+RANSAC)方法来克服大面积墙壁干扰以实现点云地面点的识别;其次,将非地面点数据作为特征点投射到图像上,并估计其光流运动向量和人工运动向量,从而对动态点进行检测;然后,采用动态阈值策略对点云进行欧氏聚类;最后,整合动态点检测结果与点云分割结果来完整地提取出运动物体。此外,通过八叉树地图(Octomap)工具将点云地图转换为三维栅格地图以完成地图的构建。通过实验结果和数据分析可知,所提方法可以有效提高运动物体检测的完整性,同时重建出低损耗、高实用性的静态栅格地图。

长沙市地表热力景观时空分异特征分析

以长沙市为研究区域,基于2005~2019年MODIS地表温度产品数据,选取景观指数分析了不同季相和昼夜间地表热力景观格局时空分异特征,并进一步探究了不同等级热力景观下不同土地利用类型景观格局特征规律与地表温度的影响关系。结果表明:①不同季节与昼夜间地表热力景观空间分布差异较大,夏季高温区最为集中;②中温区在长沙市地表热力景观中面积占比最大,地表热力景观聚集度指数差异显著,高温区聚集度指数整体上较高;③建设用地景观斑块聚集程度越高、面积占比越大,地表温度就越高;林地、草地和水体聚集程度越高、面积占比越大,可有效降低地表温度。研究结果可为管理决策部门改善城市热环境提供决策支持。

口腔种植治疗培训中虚拟现实技术的应用及评价

目的评价虚拟现实技术在口腔种植治疗培训中的应用效果。方法利用2018年11月于福建医科大学口腔医学院·附属口腔医院口腔种植科就诊的1例下颌右侧第一磨牙缺失成年患者(女性,36岁)颌骨锥形束CT数据和厂家提供的数据,建立下颌骨和种植外科手术工具三维虚拟模型,导入虚拟现实软件(Unity 3D 5.5.1),结合虚拟现实头戴式显示器,自主研发1套口腔种植虚拟现实培训系统。选取2018年9月至2019年12月于福建医科大学口腔医学院·附属口腔医院口腔种植科轮转的10名进修医师和20名研究生作为受训对象(均无种植临床经验),根据医师年资,将同年资医师分层随机分为虚拟培训组和常规培训对照组,每组15人,两组进行相应培训后进行主观评分(包括解剖结构、手术视野、窝洞预备、种植体就位和流程掌握),并使用口腔种植虚拟现实培训系统进行测试,分析培训前后种植体近远中向、颊舌向、深度及角度偏差并比较两组差异。结果虚拟培训组5个维度的主观评分均显著大于常规培训对照组(P<0.05)。虚拟培训组种植体根部近远中向、颊舌向、深度及角度偏差[分别为(0.73±0.33)、(0.78±0.41)、(0.61±0.32)mm和6.66°±3.87°]均显著小于常规培训对照组[分别为(0.85±0.32)、(1.12±0.38)、(0.89±0.24)mm及9.68°±3.74°](P<0.05)。结论本项研究自主研发的口腔种植虚拟现实培训系统应用效果良好,具有较好的可操作性和可预期性,可有效进行口腔种植治疗培训,强化医师口腔种植操作技能,有利于临床实践。