Semi-physical simulation of AUV pipeline tracking

Before the task of autonomous underwater vehicle(AUV) was implemented actually,its semi-physical simulation system of pipeline tracking had been designed.This semi-physical simulation system was used to test the software logic,hardware architecture,data interface and reliability of the control system.To implement this system,the whole system plan,including interface computer and the methods of pipeline tracking,was described.Compared to numerical simulation,the semi-physical simulation was used to test the real software and hardware more veritably.In the semi-physical simulation system,tracking experiments of both straight lines and polygonal lines were carried out,considering the influence of ocean current and the situation of buried pipeline.The experimental results indicate that the AUV can do pipeline tracking task,when angles of pipeline are 15°,30°,45° and 60°.In the ocean current of 2 knots,AUV could track buried pipeline.

基于国产异构FPGA的空中红外目标检测跟踪系统

随着国产器件在各领域的大力推广及应用,针对高帧频、强实时性光电系统空中红外目标捕获引导问题,介绍了一种基于国产异构FPGA的空中红外目标检测跟踪系统架构及其实现方法。基于AXI4总线协议,采用模块化设计及软硬件协同处理方法,构建系统架构和视频流水线;并行流水处理实现中值滤波,通过加权二维空间滤波流水处理实现基于背景抑制的快速空中目标检测,与中值滤波一起部署于FPGA逻辑资源(PL);检测结果实时传输到部署于FPGA处理器端(PS)的空中目标跟踪模块,完成目标跟踪,PS完成系统所有功能模块的控制;跟据各功能模块串/并行实现方式,统筹部署完成整个异构系统设计。实验结果表明,该系统能够实现1 280×1 024@100 Hz红外视频空中目标的实时检测及稳定跟踪,系统资源占用率小于25%,时延小于2帧,可满足高帧频、强实时性光电系统要求。该系统的实现是国产自主可控异构FPGA核心芯片工程应用的一次重要探索。

多电极高纯锗探测器信号读出模拟研究

多电极高纯锗探测器因兼具良好能量分辨率及位置灵敏的特点,在探测器内事例点信息提取方面具有一定的优势。对于多电极高纯锗探测器中的脉冲波形研究对γ谱分析性能优化、稀有事例探测和其他应用场景下的信号/本底甄别均具有关键参考意义。为了模拟多电极高纯锗探测器的脉冲波形,本文通过分析探测器内部电场和权电势的分布,以及载流子轨迹和读出电极处感应电荷,从而得到多电极高纯锗探测器不同读出电极处感应波形信息。通过分析模拟波形,发现沿电极分布方向上收集电极可以感应到显著不同的感应信号,同时相邻电极可以感应到较弱的镜像信号,说明多电极高纯锗探测器在沿电极分布方向上具有一定的位置分辨能力。通过模拟分析,验证了该方法可用于为γ径迹重建甄别的相关物理机制研究提供支持,同时还能对其应用效果进行模拟评估。

基于实时组分追踪的多气源非等温管网仿真方法

在管网公平开放的运行模式下,以天然气气质为基础的能量计量将逐渐成为天然气贸易的主流方式。为实现虚拟预测多气源管网关键节点天然气的实时组分,在结合非等温管流瞬态仿真模型和气体组分运移模型的基础上,建立了多气源天然气管网动态组分追踪模型。首先基于高精度的BWRS方程、稳态流动方程、焓方程、气体混合参数方程和边界条件得到管网运行初始条件,其次采用隐式中心差分法对管流控制方程和对流扩散方程进行离散,最后结合不同时空条件下的物性方程、混合参数关系式及边界条件,通过时间递推法和Newton—Rapshan算法求解得到天然气管网各节点的压力、流量、温度、组分等参数在整个瞬态时间域上的演化规律。研究结果表明:①建立的稳态模型仿真结果与TGNET模拟结果相比,系统压力和温度的最大绝对偏差分别为0.069 MPa和2.81 K,两者的甲烷和氢气摩尔分数结果基本一致;②建立的动态模型仿真结果与TGNET模拟结果相比,关键节点处压力、温度、甲烷和氢气摩尔分数的最大绝对偏差分别为0.078 MPa,2.22 K,1.54%和0.55%,模型预测的准确性高;③提出的多气源混合模型具有较强的通用性,可以适用于复杂拓扑结构的天然气管道系统的运行参数动态仿真和气体组分动态追踪。结论认为,提出的实时组分追踪方法可以为多气源非等温管网气体组分实时预测提供依据,进而为天然气管网能量计量以及管道仿真软件的国产化开发奠定理论基础。

隧道下穿诱发既有管道-土体非协调变形解析研究

为分析隧道下穿既有管道施工时既有管道底部脱空对其挠曲响应的影响,提出隧道下穿施工诱发既有管道-土体非协调变形理论模型及其解析解.首先,将既有管道视为无拉力Pasternak地基上的Euler梁,根据管道与底部土体的接触状态,建立下穿施工引起既有管道-土体非协调变形控制方程,并推导出既有管道挠曲计算式;然后,采用提出的理论方法,探讨了既有管道脱空区上部竖向土压力、抗弯刚度及其所处位置地层沉降槽宽度和最大值等参数对其底部脱空区长度的影响;最后,提出下穿施工引起既有管道底部脱空区长度的参数归一化经验计算式,进一步简化新建隧道下穿施工引起既有管道挠曲的计算方法.研究结果表明:既有管道底部脱空区长度与2个归一化参数(既有管道抗弯刚度与地基刚度比、既有管道脱空区上部竖向土压力与地层自由沉降槽最大值比)呈较好的相关性,其拟合公式计算值与理论数据的相关系数接近于1.

蛇形管道机器人设计与轨迹跟踪算法实现

蛇形机器人模仿蛇的身体结构与运动机理,具有体积小、自由度多等特点,在复杂环境中表现出优秀的运动性能。设计一种适用于狭小管道环境的蛇形机器人,采用模块化的构型,机器人共拥有5个自由度。利用Denavit-Hartenberg方法对机器人进行运动学分析,基于从机器人尾部到头部的前向轨迹跟踪控制算法,建立机器人的轨迹跟踪运动控制方法;设计实验样机并开展运动控制实验和实际管道转弯实验,验证了机器人结构设计的合理性、逆运动学的正确性和运动控制方法的有效性。

成品油管网批次在线跟踪技术

成品油管网批次界面跟踪系统可基于实时运行数据实现管内批次位置实时跟踪、到站时间预测等,进而辅助站场精确掌握批次分输及混油下载时间,对于防止油品质量事故、提高站场管理效率具有重要意义。但现有批次跟踪方法基于体积推移算法,易受管内水力热力变化干扰,模型误差较大。提取管网实时流量密度数据,根据密度、阀门状态变化动态识别到站批次,并启动下游管道批次计算;基于油品体积流入、流出守恒定律构建批次界面推移计算模型,并考虑了由于混油、温度压力影响导致的油品体积动态变化,修正批次跟踪模型以补偿体积动态变化造成的批次位置偏差,最终开发了成品油管网批次界面实时跟踪系统。利用某成品油管网历史运行数据进行测试,结果表明,不考虑偏差修正的批次跟踪结果与实际到站时间的平均误差为10.87 min,而考虑温度压力修正模型的平均误差仅为3.8 min,误差降低了65%。该系统可满足管道运行管理的生产需求,有助于提高批次界面跟踪的工作效率,防止油品质量事故。

人工剖面赛道制冷管道系统模块化施工技术

北京冬奥会雪车雪橇赛道依地形而建,分为54个制冷单元,须保证制冷单元内的制冷管道制作与安装精度。首先介绍雪车雪橇赛道制冷管道系统的组成,其次介绍了制冷管道系统中异形构件模块化制作成型质量,最后介绍制冷管道系统中异形构件的模块化安装技术。

复杂土壤条件高压直流接地极与埋地油气管道防护距离研究

为保障埋地管道附近人员的安全,对高压直流接地极对埋地管道的电流干扰及人身安全距离进行了研究。首先,利用CDEGS仿真软件建立了埋地管道受高压直流接地极的干扰模型,筛选了影响安全距离的主要因素;其次,研究了埋地管道在不同均匀土壤和多层复杂土壤的安全距离;最后,建立了均匀土壤与复杂土壤的安全距离折算关系,提出了采用最大管地电位并利用系数修正得到复杂土壤安全距离的方法。研究结果表明,土壤电阻率对安全距离的影响最大;若均匀土壤的安全距离小于8km,修正系数采用0.85,可以得到复杂土壤的安全距离;若均匀土壤安全距离为8~12 km,修正系数与安全距离符合幂函数的关系;若均匀土壤安全距离大于12 km,建议修正系数取0.53。所提方法可供高压直流接地极及管线设计提供参考,并且可为未来拟建高压直流接地极选址提供借鉴。

基于BIM技术的医疗建筑综合管线施工策划方案

公共医疗类建筑的机电管线多达几十类,在层高偏低、净高要求偏高的要求下,医院特有管线包括净化专用空调风管、医用气体管、物流轨道小车等医疗专项管线,通常设立在门诊医技楼及地下室区域,管线密集复杂、深化难度极高。以岱山医院项目机电安装工程中BIM综合实际应用流程为例,分析总结了物流轨道安装空间预留、机房管井、样板区和预留洞口等医疗建筑管线综合排布施工策划的重点和难点。

管道侦测疏通清理一体化机器人设计

【目的】为有效解决各种管道中的污垢处理问题,设计了一种管道侦测疏通清理机器人。【方法】针对管道结构及内部环境特点,使用SolidWorks软件建立管道侦测疏通清理一体化机器人三维模型。为提高管道内污垢清理效率,机器人集成了视觉识别装置、履带驱动装置和管径调节装置等结构,可以自动识别管道内的情况并进行路径规划。并利用Ansys软件对机器人外壳和连接轴进行有限元分析。【结果】计算结果显示,所设计的机器人结构合理,强度符合要求。【结论】所设计的管道机器人可以显著降低管道清理的人工成本,减少在清理过程中对管道结构的损坏,具有一定的应用和推广价值。

真空管道磁悬浮系统构想

真空管道磁悬浮的悬浮和低空气阻力以最大化减少了列车前进的阻力,使得它具有平稳、舒适、超高效、超高速、超快捷的特点,从而决定了它必然是载人公共交通的发展方向之一。通过对真空管道磁悬浮系统和子系统磁浮列车、真空管道、真空设备系统(含密闭门、密闭窗、真空设备)、磁浮轨道系统、供电系统、自动控制系统、通信系统、售检票系统、综合维护系统的构想,及其相关子系统关键技术和运营场景的描述,提出了各子系统的主要构成和关键技术的解决思路,以及部分利用既有技术的思路。其运营场景的详细描述,对于相关子系统的研发提供了功能需求的支撑。

基于复杂网络理论的天然气管网气源追踪方法

随着中国天然气管网规模不断攀升、管网脱离于上下游独立运行,传统的仿真计算方法供气计算慢或不收敛、管网能耗最优的目标函数不符合托运商和用户核心利益等局限性逐步凸显,导致当前天然气管网各用户的气源结构解析结果存在争议。为解决上述问题,将天然气管网视为一个复杂网络,应用复杂网络理论,以托运商和用户提出的“供气方案需优先满足用气需求,其次寻求管输费最低”核心诉求作为供气计算目标函数,将供气计算问题分解为最大流、最小费用2个线性规划过程。基于供气计算结果,提出总体管输费最低、天然气经过站场充分混合、公平分配原则3大核心原则,通过公式推导,建立一套气源追踪算法。案例试算结果表明,该算法可快速得到给定日指定条件下对应的最低管输费及各管段的输量配置、各个气源向各用户的供气情况;该算法逻辑清晰直观,为超大型复杂天然气管网气源追踪提供解决方案,为科学的天然气定价机制提供理论支撑,可有效避免天然气气价“一刀切”和供需双方的相互猜疑,有利于进一步推进中国天然气行业向市场主体公平开放。

市政管线隧道下穿包西铁路防护措施研究

文章依托鄂尔多斯市DN500输水管线下穿包西铁路工程,提出了管棚注浆加固、路基注浆加固、回填注浆三种加固措施,并进一步通过有限元软件模拟了土压平衡顶管机掘进过程,分析了隧道施工对铁路路基、铁路轨道及接触网立柱的影响。研究表明,涵洞主体施工(顶管施工)对铁路路基、铁路轨道的影响最大,该阶段的阶段变形最大,是监测的重点阶段;铁路路基和铁路轨道的变形相差不大,而接触网立柱距顶管下穿点有一定距离,其变形很小;施工过程中既有铁路路基、既有铁路轨道和接触网立柱的位移均控制在安全范围内。

特高压直流接地极入地电流对金属管道腐蚀研究现状与发展趋势

随着中国对能源的需求日益增加,特高压直流输电工程与长输管道工程的修建正大规模地进行。当直流接地极单极运行时,会有部分电流流入埋地金属管道,使金属管道发生电化学腐蚀,加速管道的破损。该文旨在系统地介绍特高压直流接地极入地电流对金属管道腐蚀的研究,包括管道在直流入地电流作用下加速腐蚀的机理及影响因素分析,入地杂散电流的检测评估方法及实际工程中典型的管道防腐措施介绍。对比由于电气化铁轨入地电流引起的管道腐蚀所采取的解决方案,对特高压直流接地极引起的管道腐蚀进行分析,最后给出相关研究方向的展望,并提出了对关键问题的解决思路。

管道厚度对电容层析成像的影响

为了分析管道厚度对电容传感器的作用,定义了径极比(传感器管道内径与外径之比)的概念。通过ANSYS和MATLAB相结合的数值计算方式,探讨了8电极ECT传感器在不同径极比下的电容绝对值、电容变化值、电容变化率以及灵敏场的变化规律。随着径极比的增加,传感器电容对管内介质的灵敏度增加,且4种组合形式电极对的电容受管道厚度的影响程度有很大差异。仅采用LBP算法分别在不同径极比下重建层流、核心流和环状流图像。计算发现,高径极比下重建图像误差小,而在低径极比下层流的重建图像精度高于核心流和环状流。

管道机器人无线电磁自适应定位技术

针对金属管道机器人跟踪定位问题,提出了一种改进的自适应无线电磁定位方法,在未知管道几何尺寸和周围环境电磁参数的情况下实现了管道内机器人的三维定位。首先,通过磁偶极子模型分析了管道外极低频电磁场分布规律。其次,建立了六传感器接收天线的自适应定位模型,设计了电磁发射和接收电路,基于该模型推导出了含有6个未知数的非线性方程组,并分别采用3种算法对其进行了仿真分析。最后,分别对不同壁厚及不同埋藏深度管道进行了试验研究。试验结果表明,在管道壁厚为5.74mm,埋藏深度为0.8～2m的情况下,总位置误差的平均值小于18.7cm,即比原模型减少了3.4cm,满足机器人实际工作中的定位需要。

履带式管道机器人及侧倾问题的研究

本文探讨了几种典型管道机器人的行走机理 ,介绍了我所研制的履带式管道机器人系统结构 。

受直流杂散电流影响埋地管线的ANSYS模拟

随着交通运输业的发展和电气化设施的建设升级,杂散电流对埋地管道的影响日益严重。本工作利用ANSYS软件的电磁仿真功能,对埋地管线杂散电流进行了有限元分析,研究了杂散电流对不同的间距及交叉角度下埋地管道附近电位电场的影响规律,为埋地管道杂散电流腐蚀研究提供一定的依据。

油气管道中智能机器人跟踪定位关键技术综述

国民经济的持续快速发展对于油气供给提出了更大的需求。油气资源主要依靠管道进行运输,为保证管道运输安全可靠,需定期使用智能机器人对其进行检测。检测过程中要对智能机器人进行跟踪定位以确保知道管道内机器人的实时位置、状态,特别是发生故障如卡堵时的位置。油气管道通常为长距离管道,跟踪定位方式只能采用无缆或无线方式,其中极低频信号对于金属介质等具有良好穿透能力的特点特别适合于管道内智能机器人的跟踪定位。基于极低频磁技术的跟踪定位问题,本质上可以归纳为微弱磁信号的高分辨率探测和微弱瞬态磁信号的实时(快速)检测这两方面的问题。本文总结了油气管道中智能机器人的跟踪定位技术,介绍了国内外基于极低频技术的智能机器人跟踪定位装置;重点阐述了高分辨率磁传感器、微弱瞬态信号实时检测算法两项关键技术的研究现状,并介绍了基于极低频磁信号发射与接收的智能机器人跟踪定位系统的现有工作及未来展望。