The Particle Time Derivative of the Characteristic Geometric Quantities on Soft Curved Surface in Lagrangian Description

This paper studies the particle time derivatives of the characteristic geometric quantities on soft curved surfaces in Lagrangian description.On the basis of differential geometry, the calculation formulas for the particle time derivatives of the base vectors,metric tensor, Christoffel symbol,unit normal vector,curvature tensor and scalar curvatures on soft curved surface are derived.The limitations of particle time derivatives,e.g.the non-covariance,are pointed out.This research paves the way for studying particle time derivative of any tensor field on soft curved surface.

ICP-MS法测定表层土壤重金属污染及其空间变异特征研究

文章旨在探究许昌市表层土壤重金属污染及空间变异特征。采用梅花型多点布点法采集土壤样本,通过ICP-MS法测定重金属含量。分析结果显示,该地区土壤中7种主要重金属元素中,Cr和Cu为中等变异,其余为弱变异。变异强度依次为Cr>Cu>Pb>Zn。空间自相关距离差异显著,其中As>Cd>Zn>Hg,变程分别为30251 m、26841 m、25698 m和20968 m。在相向异性条件下,结构性元素对空间自相关距离差异的影响增强。结论为许昌市主要重金属元素中,Cr、Cu、Pb和Zn变异强度较高,As、Cd、Zn和Hg的空间自相关性较强,结构性因子加剧了土壤重金属在空间方向上的变异。

基于响应面方法的数控机床空间动态特性研究

机床运动部件位置姿态在加工空间的变化,造成机床质量矩阵、刚度矩阵以及阻尼矩阵随之变化,导致机床动态特性预测具有复杂性和不确定性。针对加工空间机床动态特性的准确预测问题,提出一种基于响应面理论的数控机床空间动态特性研究方法。该方法以数控机床固有频率这一关键动力学性能指标为例,分析机床整机动态特性与机床位置姿态之间的数学关联关系;基于正交试验设计和响应面方法理论,构建预测广义加工空间数控机床动态性能变化的响应面模型,揭示机床动态特性在加工空间的演化规律;并在该响应面模型基础上提出机床动态特性影响因子概念,计算各方向运动部件的位移变化对机床动态特性的影响程度,共同确定机床最优加工位姿和加工路线。将该方法应用于1台3轴立式加工中心,采用正交试验设计确定移动部件的不同位置组合作为计算样本点,在ANSYS仿真软件中计算每个样本点的前5阶固有频率,建立反映位置特征与固有频率数值的2次多项式响应面模型;并通过计算响应面模型质量评价指标验证了该模型的有效性,以此分析机床前5阶固有频率在加工空间的分布规律及其对x、y、z向位移变化的灵敏度,阐明机床空间位姿对机床动态特性有较大的影响,为机床工艺规划和优化设计提供了新的分析方法及技术支持。

双线并行隧道施工中影响地表沉降的因素分析

近年来为满足规划、平面线型要求,受地形、地质、地面构筑物的影响,双线地铁隧道呈迅猛增加的趋势。且大多数地铁区间隧道中,通常在同一埋深地层平行修筑两条隧道。广州轨道交通5号线淘金―区庄区间隧道具有穿越地层复杂、隧道断面、间距、埋深均随里程而变化的特点。两条隧道的开挖将导致地表沉降相互影响,沉降预测更加困难。在概化地质模型的基础上,利用反演得到地层参数,选择典型隧道断面及地质剖面,采用数值方法分析不同间距、隧道埋深以及地层情况对地表沉降的影响。得出一定的规律,预测隧道施工引起的地表沉降,以指导实际工程的安全施工。

广州城市绿色空间与地表温度的格局关系研究

城市景观和生态组分的重要性已随着城市化进程加快而日益凸显，城市热环境则是城市化过程的重要环境问题之一，探讨绿色空间与热环境的关系是可持续发展的迫切需求。基于2014年10月Landsat8_OIL遥感影像，提取城市绿色空间信息并进行地表温度反演，分析广州市绿色空间的结构、热环境空间分异和二者之间的空间分布一致性关系。研究结果表明：绿色空间的景观呈以小面积型和特小面积型斑块为主导的破碎化分布格局，接近总绿色空间面积的95%，绿色空间破碎化严重；绿色空间面积及其斑块大小结构显示，从化、增城和黄埔等3个行政区内自然生态环境状况较好，较差的是南沙和番禺两区。地表温度反演结果显示，研究区域地表温度主要在18-33℃之间，占总面积的96.22%；地表温度空间上存在明显的高温和低温区域。绿地斑块面积越大，对应的地表温度越低；绿地斑块面积越少，对应地表高温区域的面积比例则越大，表明绿色空间减缓了太阳对地表的升温作用；不一致性指数结果表明，研究区大于60%的绿色空间都起到了这种减缓作用，其余的绿地斑块的减缓升温作用较小或不起作用；中心城区范围内绿色空间与地表温度也呈现出类似的规律。研究揭示广州未来智慧城市与可持续发展规划必须足够重视绿色空间斑块规模，以发挥绿色空间的最佳服务效果。

基于面元网格化的空间目标光学特性计算方法

为实现复杂结构空间目标光学特性的工程化计算,基于计算几何的面元网格化思想,提出了一种空间目标光学特性计算方法.建立了空间目标标准几何结构、面元网格划分、面元遮挡、面元照度计算的数学模型,设计开发了空间目标光学特性计算软件.针对不同的卫星目标,进行了光学特性的计算,并将计算结果分别与解析法计算结果和试验测量结果进行比较分析,结果表明面元网格化的计算精度优于解析方法,且与试验结果相比其计算偏差小于一个视星等,满足工程应用的要求.

航天器起伏表面的红外辐射特性

采用随机表面的计算机生成方法模拟了卫星表面起伏形貌;考虑了空间环境的辐射热流,采用蒙特卡罗法计算起伏表面面元间的辐射传递系数,完成了起伏表面的温度分布计算;考虑表面双向反射分布函数,建立了起伏表面随方向变化的红外辐射强度计算模型,并且以卫星常用的镀铝聚酰亚胺薄膜材料为例,分析了空间目标起伏表面的红外辐射特性。计算结果表明:随机起伏表面的红外辐射特性与理想平面的红外辐射特性差别明显;表面温度分布和红外辐射分布与表面的起伏形貌特征相关性很强。其结果可以为空间目标红外探测技术的研究提供更加有效的支撑。

等离子体改性纳米粒子对聚酰亚胺复合薄膜陷阱特性影响

聚酰亚胺（Polyimide,PI）纳米复合薄膜以其优越的绝缘性能广泛应用于变频牵引电机匝间绝缘。为研究纳米粒子表面改性对复合薄膜陷阱特性以及绝缘特性的影响,利用大气压空气等离子体对纳米粒子表面进行改性,采用原位聚合法制备聚酰亚胺纳米复合薄膜,通过去极化热刺激电流（thermally stimulated depolarization current,TSDC）分析薄膜内陷阱能级密度分布,利用电声脉冲法（pulsed electro acoustic method,PEA）得到了薄膜的空间电荷分布情况,并测试得到方波脉冲下复合薄膜的绝缘寿命。研究结果表明,纳米粒子经过等离子体改性后,聚酰亚胺纳米复合薄膜陷阱能级峰位移向低能级,浅陷阱密度由7.15×1019（1/m3）增至9.99×1019（1/m3）,而深陷阱密度由7.63×1019（1/m3）降至5.33×1019（1/m3）,浅陷阱密度的增加有效抑制了薄膜内空间电荷的积累,空间电荷密度最大值由6.93C/m3降至3.59C/m3,同时聚酰亚胺复合薄膜的绝缘寿命提高了28.06%;讨论分析了纳米粒子表面改性对聚酰亚胺复合薄膜内陷阱分布影响,并揭示了陷阱特性对薄膜空间电荷分布以及绝缘寿命的影响机理。

断层位错引起的地表形变特征

基于连续、各向同性、弹性半无限空间中有限矩形断层位错引起的地表形变理论,研究了单一断层和两条断层组合错动引起的地表形变图像特征。得到:1)对于单一断层错动,地表形变特征与断层错动方式密切相关,断层埋深、倾角和错动量的大小对地表形变分布也有较大影响;2)对两条断层组合情形,断层同一深度分布时,地表形变与断层之间的相对位置密切相关;断层不同深度分布时,地表形变主要受浅部断层的影响。

基于示例学习的特征空间变换方法

特征空间是人工智能领域中经常使用的基本概念之一．人工智能领域中的许多问题都可以通过特征空间变换的方法化简和求解．文中提出了一种基于示例学习的特征空间变换方法．该方法可以应用到智能控制、模式识别、知识获取等方面．给出的数字实验结果表明，基于示例学习的特征空间变换方法不仅具有重要的理论意义，而且具有显著的实际效果．文中还给出了通过改变描述输出空间，提高学习效率的方法．结果表明该方法也是非常有效的．

NDVI-ST特征空间及干湿边变化特征

为了更好地解释归一化植被指数(NDVI)和地表温度(ST)的各种存在关系及其相互转换过程,以及监测和评价陆表变化,尤其是根据描述地表植被覆盖和土壤水分含量的参数,解释NDVI达到饱和以后的情况,以便更有效地应用,该文从归一化植被指数和地表温度之间机理出发,分析了植被指数与地表温度之间关系的研究以及NDVI-ST特征空间的干旱监测模型应用情况。结果表明,在高植被覆盖度情况下NDVI-ST特征空间拟合随意性增大,影响干旱的监测精度;同时多种因素对下垫面温度及植被指数影响的不确定性也影响干旱及植被的监测精度。今后的研究当中要针对不同时相、不同分辨率数据,分析不同植被覆盖类型和水分状况条件下NDVI-ST空间的变化规律,进一步研究修正NDVI-ST空间特征及干湿边(冷热边)的变化特征及在干旱监测中的应用,特别是高植被覆盖度下的修正应用,使ST-NDVI特征空间方法在干旱监测中发挥更好的作用。

天台鹅耳枥叶片的解剖结构和光合特性对光照的适应

研究天台鹅耳枥幼树叶片的解剖结构和光合特性对不同模拟生长环境光强(全光照FI、中等光强MI和低光强LI)的响应。结果表明:与MI和LI叶片相比,天台鹅耳枥FI叶片最厚,比叶质量(LMA)、叶绿素a/b、最大净光合速率(Pmax)、暗呼吸速率(Rd)、羧化效率(CE)和单位叶面积氮含量(Narea)较高。FI叶片叶绿体在叶肉细胞表面排列紧密,MI叶片叶绿体在叶肉细胞质中随机分布,LI叶片叶绿体在叶肉细胞表面分布较为稀疏,使得细胞表面产生了大量剩余空间。FI叶片叶肉组织加厚增大了叶肉细胞间隙面的表面积(Smes)和叶绿体在叶肉细胞表面分布的有效空间,使得紧邻叶肉细胞间隙面的叶绿体表面积(Sc)增大,所以FI叶片的Pmax较高。FI叶片叶绿素荧光参数Fv/Fm,Fv/Fo的值较高,表明强光下其光能转换效率仍较高。因此,在全光照条件下天台鹅耳枥能改变其叶片解剖结构增强光合能力,适宜在光线较强的林窗环境中生长。

空间目标可见光反射特性的研究

为提高空间对抗能力,提出了空间目标可见光反射特性控制的方法,在空间目标表面设计过程中尽量避免漫反射,采用镜面反射方式,同时目标本体采用多面体结构设计.以地基可见光探测为例,选择高度为250km圆轨道上的圆锥体目标和高度为900km圆轨道上的圆柱体目标为对象,分析了地基可见光遥感器对其探测能力与几何位置的关系.由空间目标可见光反射特性的研究得到结论,在多面体结构空间目标的表面设计中采用镜面表面设计,使可见光遥感器对它的探测能力明显降低,且由探测到的目标光谱特征无法判断目标的真实外形,从而达到控制空间目标可见光反射特性的目的.研究对未来空间目标的外形设计控制具有一定指导意义。

基于Sirovision的节理岩体调查及稳定性分析

针对人工近距离接触测量获取岩体结构面信息工作效率低,劳动强度大等问题,开展了Sirovision岩体结构面三维不接触测量系统的研究。介绍了该系统的硬件组成及后处理软件的具体功能,提出了一套适用于该系统的岩体结构面信息采集方法与数据处理流程,并成功应用于铁蛋山铁矿的节理岩体调查与分析中。首先根据现场采集的调查区内原始格式二维图片,获得了真实坐标定位的巷道三维空间模型数据;然后进行了岩体结构面的数字化识别,并将得到的统计数据依据产状特征进行了分组,获得了不同节理组的空间方位统计信息;最后根据不同节理组间的相互位置关系,进行了基于后处理软件系统的楔形体结构分析,确定了危险块体的位置。上述研究成果可为矿山安全生产及工程参数优化提供参考。

岩层与地表移动变形量的时空关系及描述方法

矿山开采沉陷是指地下开采引起的岩层与地表移动现象和过程,移动变形的描述方法是开采沉陷研究的基础。本文较为全面地阐述了岩层与地表移动变形量的时空关系,指出开采沉陷的岩层、地表、松散层等3个主体,9个移动变形量。按照移动盆地、主断面、任意点3种描述模式,给出了各移动变形量之间的数学关系;论述地表动态移动变形与开采影响的传播过程的时空关系,提出了开采推进时间、影响传播时间双变量的动态移动变形描述方法;给出了直线型、折线型、网状观测站地表移动变形的关系式。可为开采沉陷观测分析、预计模型研究提供数学依据。

高面质比低轨空间碎片表面材料光谱特性研究

当前高面质比空间碎片对在轨航天器及载人航天活动的威胁与日俱增,针对高面质比空间碎片轨道漂移造成编目识别困难,提出利用碎片表面材料的光谱特性识别高面质比空间碎片。该方法对空间碎片图像预处理,修正其大气消光和望远镜光学系统的影响,抽取碎片光谱曲线,将实测光谱曲线与样本材料进行比对,分析两者光谱曲线特性,识别高面质比空间碎片表面材料。低色散光谱观测数据表明:该方法对于铝、白漆单一表面材料为主的卫星和火箭箭体等高面质比空间碎片具有较高的准确性,其相关系数大于0.9。

选区激光熔化AlSi10Mg合金镜的表面性能

基于激光增材制造技术适用于复杂轻量化结构光学元件的快速成形,且采用同种材料一体化光机结构能够降低空间光学成像系统的温度敏感性,提高稳定性,利用选区激光熔化(SLM)技术制备全铝空间光学相机用AlSi10Mg铝合金反射镜。研究结果表明:采用SLM制备的AlSi10Mg铝合金组织致密(相对密度大于99.5%),且退火后力学性能优异;通过单点金刚石车削(SPDT)获得光学级表面,表面粗糙度达8~13 nm,面形精度达到0.28λ(λ为波长,λ=632 nm)。该研究结果可以应用于空间光学反射镜的设计与制造。

强声波作用下烟气夹带单颗粒煤粉传热特性的数值研究

根据二维轴对称、非稳态、层流的质量、动量和能量守恒方程,研究了强声波作用下夹带在烟气中单颗粒煤粉的传热特性.分析了声压级为145~167dB,频率f分别为50 Hz、1 000 Hz和5 000Hz时,颗粒壁面的温度场、局部努塞尔数、表面平均努塞尔数及时间-空间平均努塞尔数的分布.结果表明:当f=50Hz时,颗粒壁面流场主要受到曲率效应的影响,努塞尔数随着振荡速度幅值的增大而增大;随着频率的增大,流动加速度的作用逐渐加强,当f=5 000Hz时,热边界层与流场之间出现了相位迟滞;不同频率时颗粒的努塞尔数相差不大,时间-空间平均努塞尔数的最大差值比为2.82%;当声压级为167dB,f=5 000Hz时,颗粒的时间-空间平均努塞尔数是无声场时的1.78倍.

联翼布局多控制面纵向配平特性研究

采用多控制面配平是联翼布局临近空间长航时无人机提高升阻比、延长航时、降低起飞重量的重要措施。针对某联翼布局的临近空间长航时无人机,利用CFD计算和工程估算相结合的方式,研究了其多控制面纵向配平时的气动特性和对起飞重量的影响。结果表明,采用多控制面设计并选择合适的配平模式,可以保证在良好的配平姿态和配平纵向静稳定性下,有效提高配平升阻比,降低起飞重量。

空间目标激光雷达散射波实验室模拟技术

散射特性是目标光学重要特征之一,是激光雷达对目标探测与识别的基础,为获取散射波特性数值,提出空间目标激光雷达散射波实验室模拟技术。首先利用积分方程将散射场分成切面近似场与补偿场,分别计算散射场与散射功率;其次根据双频互相关函数推导空间目标激光雷达方程,获取单位面积的激光雷达截面与双向分布函数之间关系,确定光滑、中等粗糙、粗糙三种表面物理统计量;最后对斯托克斯参量定义,得出自然光状态下的归一化形式,并利用旋转偏振片法测量散射波参数,表面粗糙度与入射波长不断变化,当目标表面粗糙度越大,散射系数越小;入射波越长,散射系数越高时,实现空间目标激光雷达散射波实验室模拟,为高性能雷达目标识别提供理论依据。