Vertical coherency function model of spatial ground motion

Many studies have focused on horizontal ground motion, resulting in many coherency functions for horizontal ground motion while neglecting related problems arising from vertical ground motion. However, seismic events have demonstrated that the vertical components of ground motion sometimes govern the ultimate failure of structures. In this paper, a vertical coherency function model of spatial ground motion is proposed based on the Hao model and SMART 1 array records, and the validity of the model is demonstrated. The vertical coherency function model of spatial ground motion is also compared with the horizontal coherency function model, indicating that neither model exhibits isotropic characteristics. The value of the vertical coherency function has little correlation with that of the horizontal coherency function. However, the coherence of the vertical ground motion between a pair of stations decreases with their projection distance and the frequency of the ground motion. When the projection distance in the wave direction is greater than 800 meters, the coherency between the two points can be neglected.

跨断层工程输入地震动模拟及地震响应

为解决跨断层结构输入地震动的问题,揭示其地震响应规律,基于断层物理模型并引入等效脉冲函数,构建考虑地震动空间变化特征的转换矩阵,提出一种高、低频叠加的混合模拟方法,实现断层两侧输入地震动的模拟。首先,依据建立的桥址场地断层模型,采用随机有限断层方法生成目标点位的高频地震动;再由走滑断层两侧地震动的脉冲效应和永久位移的特征,采用不同的等效脉冲模型分别模拟断层平行向和法向的低频脉冲分量,两者在截止频率处采用Butterworth滤波器进行高通和低通滤波,依据场地模型以及走滑断层两侧地震动的空间相干性,建立转换矩阵以模拟其空间变异性,最终将匹配滤波后的高、低频分量在时域叠加得到断层两侧的输入地震动。从时程、频谱以及结构响应三方面验证了模拟结果的合理性。以实际的跨断层悬索桥为研究对象,基于OpenSees建立全桥的三维有限元模型,采用模拟的断层两侧地震动进行动力时程分析。研究结果表明:桥梁跨断层的角度和位置,以及永久位移幅值对跨断层桥梁地震响应有显著影响,较大的残余内力和残余位移是造成跨断层桥梁破坏的重要原因。

融合时频空间特征的土石坝地震易损性分析改进MLP模型研究

针对现有地震易损性分析中采用的峰值加速度、峰值速度等地震动指标未能充分反映地震动复杂的时频空间特征,且现有基于对数空间线性函数关系假设的地震需求模型难以揭示地震动指标与地震响应间复杂非线性关系的问题,提出一种融合时频空间特征的土石坝地震易损性改进多层感知机(Multi Layer Perceptron,MLP)模型。该模型利用胶囊网络(Capsule Network,CapsNet)能够充分捕捉和表征目标特征空间位置分布的优势,从地震动小波时频图中提取反映地震动时频空间分布的深层特征,并以特征拼接的方式与既有特征进行融合,构建地震动融合指标;进一步地,采用树形Parzen优化算法(Tree structured Parzen Estimator,TPE)对MLP的神经元数量、学习率等超参数进行优化,提出基于TPE-MLP的土石坝地震需求模型,以反映地震动融合指标与地震响应间的复杂非线性关系,进而实现土石坝地震易损性的可靠分析。案例分析表明,相比于既有地震动指标,基于地震动时频空间特征融合指标的土石坝地震需求模型的MAE降低了40.5%,表明了所提模型的可靠性和优越性。

船用水下航行器移动轨迹自动跟踪研究

针对复杂运行环境扰动导致水下航行器轨迹跟踪结果产生偏差的问题,研究船用水下航行器移动轨迹自动跟踪方法。构建船用水下航行器空间运动模型(包含运动学模型与动力学模型),设计船用水下航行器移动轨迹自动跟踪控制器,其中主要包含自适应可变参滑模控制器与扰动观测器两部分,利用扰动观测器在复杂运行环境下未知扰动的准确观测;在扰动观测器的基础上,设计自适应可变参滑模控制器,滑模控制器构建误差滑模面的同时,在当前水下环境未知扰动估计结果的影响下获取预期的虚拟控制,并针对指数项趋近系数造成的周期振动问题,将指数项趋近系数转换为自适应可变参。实验结果显示,该方法能够有效实现船用水下航行器移动轨迹自动跟踪过程中位置与速度的准确跟踪。

轴对称矢量喷管运动学建模及运动轨迹分析

轴对称矢量喷管为复杂的空间多链路机构,是推力矢量技术的核心。为研究其运动规律,将空间机构位置分析法、解析几何法和环路矢量法相结合,建立了轴对称矢量喷管的空间运动学模型。利用数值仿真实现了其运动姿态的仿真,并通过与ADAMS仿真结果对比,验证了该模型的正确性,进而获得轴对称矢量喷管在不同驱动方式下的位姿以及喉口和喷口的面积变化规律。结果表明:喉口状态和喷管运动状态对喷管面积比均有影响,面积比随着A9作动筒的同步伸长呈明显单调递增状态;A9作动筒异步驱动时,喷管面积比变化较小,喷口矢量偏转角角速度与作动筒运动速度呈比例关系,截面形状由圆形逐渐变为空间上扭曲的椭圆形;拉杆尺寸对喷管机构的面积比变化范围有明显影响,拉杆每增大(或减小)1 mm,面积比变化区间整体上移(或下移)0.025。仿真结果有助于了解喷管的运动规律,可为喷管的参数化分析及优化设计提供理论依据。

X舵AUV双模糊控制器的设计与试验

针对X舵AUV水下运动时,深度和航向耦合控制的问题,开展了AUV空间运动控制研究与自航模试验。首先,搭建了X舵AUV的运动模型,分析了首、尾舵升速率操纵响应规律;然后,结合X舵对姿态角的控制权重,设计了“主体模糊控制器+模糊积分控制器”的双模糊控制系统,该控制系统分为“深度-首舵”和“姿态角-尾舵”两部分;最后,通过对AUV变深定向和定深旋回的运动仿真,证明了该控制系统可以很好地将深度和航向稳定在期望值。同样条件下的自航模试验结果表明:X舵AUV变深定向的深度偏差保持在5%以内,航向偏差稳定在3°以下;定深旋回的深度偏差在8.6%左右,旋回时航向变化稳定。

基于非线性运动和空间一致的多摄像机运动员跟踪

运动员跟踪是体育视频理解领域中构建复杂运动分析系统的关键技术。针对体育视频跟踪研究中存在的目标遮挡频繁、运动速度突变问题,提出了一种基于非线性运动模型和空间一致性的多摄像机多运动员跟踪方法。在局部轨迹关联部分通过无迹卡尔曼滤波对运动员的非线性运动模型进行估计,并利用跟踪丢失到恢复匹配之间的检测结果建立虚拟轨迹作为辅助观测值,能够平衡跟踪精确度和鲁棒性。在跨摄像机轨迹关联部分,利用多个摄像机的局部轨迹在全局平面图中的投影轨迹的空间一致性得到全局轨迹。还利用开源的谷歌足球增强学习环境制作合成的足球运动员跟踪数据集。实验证明本文提出的方法能够有效提升运动员在遮挡情况下的跟踪效果,多目标跟踪精度达到了71.5%,同时消融分析证明了合成数据在此研究领域的有效性。

基于Matlab的AUV近水面运动模型的建立与仿真

该文运用矢量方法对自主式水下航行器 (AUV )近水面的六自由度运动方程进行了推导 ,得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型 ,并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的近水面运动进行了仿真 ,在此基础上分析了波浪力对AUV的影响。该模型的建立和仿真为AUV近水面的稳定性分析和控制系统的设计提供了便利的工具。

地震动的空间变化特性分析与修正相干模型

利用空间地震动相关性描述度量如相关、相干函数分析地震动在局部尺度内的相关性随空间距离、频率的变化规律。在此基础上,基于随机场基本理论对Harichandran-Vanmarcke模型进行了修正,在原一维模型基础上考虑了空间的二维因素,并通过Smart-1台阵event-40记录给出了模型参数的具体取值。

视频GIS数据采集与处理

视频是一类天然的地理信息和场景地图,视频GIS是以处理、分析、表达和管理视频/地理视频数据为特征的GIS,能体现视频具有的定位、测量、3D建模、虚实融合等特征。从相机模型出发,分别从移动拍摄视频序列和固定拍摄视频序列角度,构建了视频图像空间和地理空间的互映射模型,解决了视频场景空间化问题。针对视频分析、建模和可视化的需求,论述了视频数据的处理技术,包括摄像机运动建模、前后景分离、视频增强和视频复原等技术,给出了相应的算法原理和实验结果。

基于数控指令修正的数控内圆磨床几何误差补偿

为减小各几何误差对机床加工精度的影响、提高机床加工精度,以数控精密内圆磨床为研究对象,基于多体系统理论及齐次坐标变换原理,得到磨床的空间运动误差模型,建立几何误差与运动位置之间的映射关系。对加工补偿点的确定方法及数控指令修改方法进行研究,得到精密加工数控指令;通过软件进行阶梯轴试件的加工仿真验证,分别得到补偿前后的数控指令,并选取5个补偿点;补偿前后到理想位置的空间误差分别从0.616、0.607、0.614、0.295、0.376 cm减小到0.354、0.398、0.376、0.188、0.255 cm,分别减小42.5%、34.4%、38.6%、36.3%、32.1%。结果表明:通过修改数控指令能够提高机床加工精度。

地震动空间效应对大跨度桥梁非线性地震响应的影响

由于大跨度桥梁的桥墩间距离较大,其地震响应分析应考虑地震动输入的空间效应。本文建立了多点激励下大跨度桥梁地震响应分析方法,采用损伤塑性本构模型模拟混凝土材料特性,考虑地震动空间效应对大跨度连续刚构桥进行非线性地震响应分析,从而分析地震动空间效应对大跨度桥梁地震响应的影响。研究表明:考虑行波激励或多点激励时桥梁地震响应较一致激励而言有所差异,考虑地震动空间效应时可能会夸大或减小桥梁结构的动力响应;多点激励时桥梁地震响应会随视波速的改变而变化。由此得出结论,对于大跨度桥梁地震响应分析应合理的考虑地震动空间效应。

基于视觉运动特性的视频时空显著性区域提取方法

为了更准确有效地提取人眼观察视频的显著性区域,提出一种基于视觉运动特性的视频时空显著性区域提取方法。该方法首先通过分析视频每帧的频域对数谱得到空域显著图,利用全局运动估计和块匹配得到时域显著图,再结合人眼观察视频时的视觉特性,根据对不同运动特性视频的主观感知,动态融合时空显著图。实验分析从主客观两个方面衡量。视觉观测和量化指标均表明,与其他经典方法相比,所提方法提取的显著性区域能够更准确地反映人眼的视觉注视区域。

不同地震波波型对相干系数影响的对比分析

地震动空间变化一般采用相干函数描述,在利用强震记录计算相干系数时,加速度时程时间窗的选取常常不一样,有的采用S波时间窗,有的直接采用整条强震记录,等等。利用台湾SMART-1台阵的第5次和第45次地震的加速度记录,分别计算了S波时间窗和整条时程的相干系数,并进行了曲线拟合。通过对拟合结果的比较发现:整条记录的相干系数比S波时间窗的相干系数偏小,降低了地震动的空间相关性;同时,台站间距d影响也很大,d越大,采用整条记录统计得到的相干系数降低越多。因此,进行地震动空间相干系数的统计时,必须考虑不同的地震波波型的影响因素。

改进的基于二次空间变换的运动补偿

传统的Ｈ．２６１／３ 以及ＭＰＥＧ－１／２ 标准中采用基于块的运动补偿，因只能描述像素块的平移运动，所以在低比特率运用时，会出现严重的块状效应及蚊式噪声；而当前的面向对象的运动补偿，大多在提取光流场的基础上，采用仿射运动模型．但光流场固有的孔径效应等缺陷，造成运动补偿的稳定性差及巨大的运算负载．本文提出一种改进的基于二次空间变换的运动补偿（ＭＱＳＴ），能在图像简单空间分割的基础上，实现基于任意形状区域的二次空间变换运动补偿，图像预测结果较传统的块运动估计有较大的提高。

一种感知视觉运动信息的简化脑模型

视觉运动信息的感知过程,包括从局域运动检测到对模式整体运动的感知过程.我们以蝇视觉系统的图形-背景相对运动分辨的神经回路网络为基本框架,采用初级运动检测器的六角形阵列作为输入层,构造了一种感知视觉运动信息的简化脑模型,模拟了运动信息应该神经计算模型各个层次上的处理.该模型对差分行为实验结果作出了正确预测.本文并对空间生理整合的神经机制作了讨论.

考虑时频非平稳以及局部场地因素的多点地震动仿真方法研究

给出一种基于已知地震记录的多点地震记录仿真方法,该方法利用基于已知地震记录建立时变相位模型,并利用Taylor级数展开式以及Wiener-Khintchine变化推导出空间位置处时变(互)谱函数矩阵,并利用谱再现技术实现地震记录的反演,给出的模型可以考虑地震动的具有空间变化特性的时频非平稳特性以及局部场地因素。

基于反求技术的摆动从动件空间凸轮CAD

由于测绘点与实际接触点在理论上存在差异，摆动从动件空间凸轮机构的反求问题目前仍未获得很好解决．本文在空间凸轮反求ＣＡＤ中，提出了利用廓面测绘数据根据共轭曲面原理反求出从动件运动规律，再利用该运动规律和有关结构参数重新解析设计出廓面的新方法．文中对反求方法和测绘数据进行了分析；提出了理论廓面、实际廓面的相关性质；在此基础上，利用共轭曲面原理导出了从动件运动反求的非线性规划数学模型，给出了算法．本文的反求技术有利于将反求设计与常规的解析设计融合于统一的凸轮ＣＡＤ软件体系中．

二维相关地震动作用下结构的随机反应

假定两水平方向的地震动为平稳随机过程,基于地震动主轴模型的假设,讨论了二维地震动分量的空间相关性,在单分量平稳模型的基础上给出了二维水平地震动随机模型的相关函数矩阵。该相关函数模型可以为二维地震下结构随机反应分析提供地震动输入。利用状态空间方法和随机振动理论建立了线性多自由度体系在二维地震激励下的随机反应分析方法,导出了结构的位移反应相关函数和速度反应相关函数,可在时域内直接计算结构的二维随机地震反应的统计特征。最后,通过一个二层框架结构计算实例,说明了这种方法的运用,讨论了地震动强度以及地震动主轴方位角对结构反应的影响。该方法可以为结构抗震可靠性评估提供基础。

水平地震动强度包线函数的空间变化

以SMART-1台阵地震记录为基础,利用二次平滑法计算了水平强度包线;按T0.70=T0.80-T0.10定义强震持时,拟合了Am in和Ang的强度包线模型参数值;分析了强度包线模型中各参数随二维空间及土层厚度的变化规律,建立了相应的随机模型,为多点地震动时程的合成提供了理论基础。