基于三维扫描和全局坐标系的泥舱校准新方法

针对常规的舱容校准方法校准布置和结构复杂的液舱时灵活性及精度不足的问题,分析挖泥船泥舱舱容校准的特殊性,以某18 000 m3耙吸式挖泥船为研究对象,提出了一种基于三维激光扫描技术的挖泥船泥舱舱容校准新方法,并提供了一种基于全局坐标系的遥测测深表新模式。研究结果表明:三维激光扫描可以很好地完成复杂舱室的舱容校准,新的遥测测深表模式也可以满足船舶高度自动化的需求。

综采工作面多视觉全局坐标系研究

现阶段综采工作面分布的摄像仪较分散,且煤矿智能化应用多需大场景且高分辨率的图像,井下广角视觉相机与全景相机的引用试图恢复尽可能宽广的综采工作面视野,但是由于设备从单一测点进行图像采集,获得的图像会出现畸变,甚至图像失真,因此有必要进行多视觉全局坐标系的技术研究。介绍图像采集装置的安装设计,使其满足所采集图像有一定重叠且特征稳定,探讨该布置方式下的图像标定方法,利用最小二乘法的方式能更好的进行摄像仪模型的标定,拟合精度高且鲁棒性低。通过对工作面图像进行灰度范围压缩或拉伸,提出一种改进型直方图均衡化方法,提高了工作面低照度情况下的图像细节体现与部分强光下的抑制效果,使得井下环境的辨识度更高,优化其图片质量。通过比较目前比较成熟的特征点提取算法,最终采用Surf算法进行特征点的匹配与提取,分配特征点的主方向并完成特征点的描述子。针对该算法出现的误匹配特征点较多的情况,研究消除误匹配特征点的RANSIC算法,并通过角点检测配对的方式提高了有价值的特征点数量。最终通过坐标点坐标建立透视矩阵表达式与全局坐标系从而完成图像的拼接,采用加权平滑的方法对拼接的图像进行去裂缝处理,最终实现多视觉图片的快速有效融合。试验表明该方法可有效增强井下图像细节,去除井下图像误匹配特征点,可快速消除拼接的裂缝,并能快速准确的完成两、三幅图像的拼接融合。

基于全局坐标的接触网定位器坡度与腕臂预配计算

BIM技术逐渐应用于接触网的工程设计中,在实现精确的细部设计同时,也对相关计算提出了更高的要求。本文通过将接触网零部件参数化,建立全局坐标,引入空间向量概念,根据定位器的受力情况计算得出任意区段内所有悬挂点处定位器坡度,进而再根据具体安装形式计算得到悬挂装置零部件长度及空间位置等信息,实现BIM模型设计。利用该方法,打通了接触网安装与腕臂预配计算间的信息流,提高了BIM模型的设计精度,实现了平面布置图和安装图的统一。

全局坐标系下有限元形函数的直接构造方法

在有限元分析中,当计算全局坐标系下某坐标点（x,y）的场变量时,往往先通过求解等参逆变换得到该点的局部坐标（ξ,η）,再通过插值函数求得该点的场变量的大小.然而等参逆变换的求解等价于求解一非线性方程组.本文基于Lagrange插值原理和形函数的特点构造了全局坐标系下的形函数,算例表明本文得到的形函数求解简单,精度与常规逆变换相当.

基于全局任务坐标系的二轴电液系统轮廓控制

将基于正交全局任务坐标系(GTCF)的非线性自适应鲁棒控制(ARC)方法扩展应用于二轴电液系统的轮廓运动控制,以解决精确轮廓控制的难题.构造二轴电液系统在笛卡尔坐标系下的非线性动力学模型,并将该模型坐标变换于正交全局任务坐标系中.针对此变换后得到的强耦合非线性动力学模型及其中存在的参数不确定性、不确定非线性和建模误差,利用非线性自适应鲁棒控制方法综合二轴电液系统的轮廓运动控制器.该控制器可以灵活地调整轮廓控制刚度与跟踪控制刚度,可在保证系统稳定的前提下尽可能地提高轮廓控制的性能.将所提控制方法与基于交叉耦合的自适应鲁棒轮廓运动控制方法进行对比实验,结果表明,所提方法即使在单轴跟踪误差较大的情况下仍然实现了更为精确的轮廓控制,在实验条件下轮廓误差的均方根值在15μm以内,表现出良好的轮廓控制性能与协调性.

基于全局笛卡尔坐标系的高斯束地震波场模拟

对于射线中心坐标系下的高斯束,求解地下每一个点的波场值都要进行坐标变换。为此,Leung等采用拟设理论推导了在全局笛卡尔坐标系下求解高斯束的数学理论方法,此拟设可理解为沿中心射线对旅行时求导,从而增加一个虚部项作为中心射线在其邻域Taylor展开的二阶项,以此构建一个近似旅行时函数,传统高斯束的近似旅行时函数可由其近似旅行时函数通过局部射线中心坐标变换得到。首次将全局笛卡尔坐标系下求解高斯束的数学理论应用于地震波场模拟,分别对一条高斯束、格林函数、连续介质的单频波场以及复杂介质的波场进行模拟,并对比射线中心坐标系、全局笛卡尔坐标系的高斯束精度。结果表明:在均匀介质中,由全局笛卡尔坐标系高斯束、射线中心坐标系高斯束积分所计算的格林函数均很好地近似了解析格林函数;对连续介质模型而言,全局笛卡尔坐标系高斯束能很好地处理焦散问题,较好地模拟了复杂介质的波场传播过程,但高斯束的精度会降低,横向能量较弱。

基于全局任务坐标系的直驱XY平台学习互补滑模轮廓控制

针对直驱XY平台在加工高速度和尖角轮廓时精度较差的问题,提出一种在全局任务坐标系(GTCF)中采用迭代学习控制(ILC)和互补滑模控制(CSMC)相结合的轮廓控制方法。首先,利用实际轮廓误差的一阶导数构建轮廓误差模型,并将轮廓误差和轮廓运动轨迹作为控制变量建立GTCF,使系统能够协调运行。然后,采用ILC对轮廓跟踪过程中的未建模动态进行补偿,并利用CSMC抑制直驱XY平台伺服系统中参数变化、外部扰动等不确定性因素的影响。最后,系统实验结果表明,该控制方法具有较强的鲁棒性和快速的轮廓跟踪性,能够实现更精确的控制性能,减小系统的轮廓误差,进而改进直驱XY平台伺服系统的高精度轮廓加工性能。

海洋油膜偏振反射特性仿真与测试

为了海洋溢油的检测与识别,在偏振特性建模中综合考虑天空的偏振辐射、油膜表面的动态反射、接收探测器的姿态和性能,进行全数字仿真,开展外场动态水面的实测,进行油膜偏振半实物仿真,最后对海洋溢油进行了偏振测试与分析。试验结果表明:在区分油品方面,汽油和水的强度差值为29.33%,线偏振度差值为0.97%,二者结合可较好的分辨溢油。

浅析工业机器人的坐标系统

通过对工业机器人的坐标系进行分类和功用说明,使从事工业机器人操作编程的工程人员更好掌握坐标系的选用。

基于DICM的钢管混凝土框架梁柱连接的转角测量与分析研究

由于钢管混凝土框架梁柱连接形式的多样性和受力形式的复杂性,目前还未能建立实用、有效的连接区工作性能的评判标准。连接的转角是其研究的重要指标,因此连接转角测试方法的实用性和有效性对连接工作性能研究的深入开展有非常重要的影响。数字图像相关方法(DICM)具有非接触、无附加质量、精度高和全场测量的优点,但局限于有限变形和小转角测试。基于以上两点,结合钢管混凝土框架钢加强环式梁柱连接的模型实验,利用改进的数字图像相关方法,对该连接的弯矩-转角关系进行了测试。根据梁柱及其连接的变形特点,采用基于全局坐标的形函数,测得了管壁处、加强环边及一倍梁高处截面的弯矩-转角关系,该方法适用于精确测试发生较大刚体转动及形变的试件。通过该模型实验,验证了该方法用于测试钢加强环式连接转角的可行性,并为进一步分析钢加强环式连接的工作性能提供了实验依据。

基于机器学习的蜂窝网络节点定位算法研究

蜂窝网络希望能在广泛的应用领域内实现复杂的大范围监测和追踪任务,而移动台节点定位是相关应用的基础。本文在对现有无线网络定位技术研究的基础之上,有针对性地分析当前几种机器学习经典算法,提出了一种基于支持向量机树型多分类的蜂窝通信系统节点定位算法,充当分布式定位的全局坐标算法。通过对算法原理的分析以及实验结果对比,证明了基于机器学习的定位算法在定位效果方面解决了困扰基于信号参数的定位技术的边界问题与集中洞问题,在定位的平均误差、标准偏差和分布式定位正确率以及实现代价几个方面的总体性能均优于基于信号参数的定位技术与GPSone定位技术。

基于人体行为模型的跌倒行为检测方法

随着移动互联网的广泛应用,智慧社区等一系列移动互联应用等得到人们的重视,特别是以居家养老的老年人防跌倒检测备受关注.针对目前老年人跌倒没有及时得到检测报警,从而无法及时救助,进而产生更严重的安全性的问题,本文提出了一种跌倒检测方法.本文提出的方法首先对特定人体进行扫描,利用人体建模工具poser构建出人体模型,在运动过程中根据关节点位置将二维坐标映射出相应的三维坐标并通过节点位置预测算法对映射后的三维坐标进行关节点位置预测,然后将预测后的子关节聚合到父类三维空间坐标轴中并预测出父类关节点的运动状态,当子关节点与父关节点预测结果同时处于跌倒状态,则判断人体所处于跌倒状态.由于所建立的运动模型在运动特征上具有较高的真实性,以此获取关节点的数据变化真实可靠.经过大量的实验数据表明,本文提出的跌倒检测方法可以精准实时反应运动状态,检测准确率为99%,由此可见本文提出的方法应用于跌倒检测是有效并可靠的.

滚动轴承运动-接触精确建模与二次开发

针对目前商业软件在轴承动力学分析中接触求解精度不足的问题,提出了一种基于全局坐标系的轴承动力学仿真建模方法。以角接触球轴承为研究对象,利用刚体动力学理论,解析了轴承各个零件的瞬态几何位置关系;结合经典的赫兹接触与弹流动压润滑理论,构建了轴承组件的动力学微分方程;采用位移求解计算精度高的GSTIFF I3算法对建立的动力学微分方程进行快速求解,通过分析任一瞬态下各个零件的受力状态,实现了轴承组件间高副接触过程的精确解析。通过与经典理论对比,该模型的接触力仿真误差为0.82%;通过与不同转速及不同预紧力下保持架的实验测量转速对比,该模型的转速仿真误差不超过0.5%。本文所提方法显著提升了轴承接触与运动特征的分析精度,为滚动轴承的工程设计及状态建模预测等提供了准确高效的计算手段。

自动检测平台精确引导系统标定方法及实现

针对现阶段核反应堆容器检测平台视觉定位系统定位精度低,需人工参与等问题,研究了一种基于双目视觉与线结构光的精确定位方法。首先在核反应堆容器检测平台定位系统即有平台上搭建了精确引导系统,其次采用最小二乘法对设计的标定辅助件进行空间圆拟合实现探头轴线的标定,并基于空间公共特征点奇异值分解的方法实现了全局坐标系的统一,然后利用双目视觉结合线结构光的方法对被测贯穿件轴线进行了测量,最后对精确引导系统的测量精度进行了实验。实验结果表明:精确引导系统的定位精度为0.897 mm,提高了检测平台定位精度,实现了核反应堆容器检测平台的自动定位。

合成运动数据的转换

作为英国东安格利亚大学eSIGN项目的一部分,主要研究了合成运动数据在两个虚拟人物之间的转换过程中的部分工作,即从初始虚拟人物Visia3到过渡人物newV3的转换.主要分为两部分来实现:骨头坐标的转换和骨头旋转度的转换.利用了向量的运算来实现两个人物之间骨头长度的转换,并且通过观察所得的规则推导每块新骨的局部位置.关于骨头旋转度的转换,给出了两个方案:借助双链接平面链的倒转运动学(inverse kinematics)方法和向量匹配方法.最后实现了从Visia3到newV3的成功转换,实验验证了以上方法的有效性.

激光导航AGV的反光板匹配技术研究

自动导引运输车(Automated Guided Vehicle,AGV)在现代自动仓储运输中已经大量应用,并且技术成熟可靠。激光定位是AGV自动行驶控制的前提,其要求在厂房四周安装一定数目的不对称的反光板来作为全局地图,通过激光雷达扫描到的反光板相对于车身的局部坐标与全局地图进行对比得到AGV的位置和姿态。激光雷达扫描到的反光板的局部坐标和该反光板的全局坐标正确匹配是定位算法实现的必要条件。利用坐标系变换原理推导出定位算法的方法分析简单,易于编程计算。同时,基于该算法的软件流程图详细介绍了利用局部坐标和全局坐标来进行反光板匹配的方法和步骤。

加速后向投影圆迹SAR成像方法

凭借多视角观测和高分辨成像的能力,圆迹合成孔径雷达(CSAR)受到了越来越多的关注。然而,特殊的运动轨迹和强烈的二维耦合给成像算法提出了挑战。以兼顾图像质量和运算效率为目标,本文提出了一种适用于CSAR成像的加速后向投影(EBP)算法。EBP算法将整个合成孔径划分为若干子孔径,使用全局极坐标系重建每幅子图像。根据角域波数域和方位时域的对应关系,EBP算法通过波数谱搬移实现波数谱融合,再经由二维逆傅里叶变换实现图像聚焦。EBP算法继承了后向投影(BP)算法的精确性和运动补偿优势,避免了插值操作引起的图像质量损失。最后,通过仿真实验验证该方法的有效性。

采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案

远海风电场具有更加丰富和稳定的风能资源,是未来风电发展的主要趋势,目前远海风电主要通过柔性直流系统并网。整流侧采用二极管不控整流单元(diode rectifier unit, DRU)具有明显的经济优势和发展前景,是学术界和工业界的研究热点。为了进一步提高远海风电送出系统的经济性,以整流侧采用DRU的高压直流输电系统为基本拓扑,提出采用中频不控整流直流系统的远海风电送出方案,通过把风电场交流电网的运行频率选为100~400 Hz,可以大幅度减小升压变压器和交流滤波器的体积和重量。同时,提出适用于中频不控整流直流系统的风电机组控制策略,其中,机侧换流器采用定直流电压控制,网侧换流器在全局统一参考坐标系下同时实现定功率控制和定交流侧电压控制。最后,通过PSCAD/EMTDC进行算例仿真,对所提方案的可行性进行验证。

基于加权双线性方法的带约束自定位算法

针对无线传感器网络中无锚节点与传感器节点无法互相通信的应用场景,提出一种节点自定位算法。引入信号源,使传感器节点可接收到信号源发射的信号,根据信号从信号源到传感器节点的传播时间获得两者间的观测距离,将观测方程线性化表示为矩阵线性相乘的形式,对其中的距离矩阵采用奇异值分解(SVD)实现传感器节点的初始定位。为了消除自定位问题固有的平移、伸缩、旋转,引入位置约束,并考虑观测噪声的统计特性及其对SVD引起的扰动,再次对代价函数线性化后采用加权最小二乘估计实现对传感器节点初始定位的校正。仿真结果表明,该算法比仅使用最小二乘估计的自定位算法具有更高的定位精度。

轮廓误差补偿算法研究

针对轨迹跟踪的轮廓误差补偿算法的缺陷,研究了交叉耦合控制算法、局部任务坐标系、全局任务坐标系等控制算法,进行了详细的理论计算与推导.以两轴联动装置作为研究载体,对这两种补偿算法在交叉耦合控制领域的应用进行了深入对比分析与探讨.基于Matlab/Simulink进行了计算机仿真,结果显示,在低速圆形轮廓跟踪下局部任务坐标系算法效果良好,而在高速和大曲率的椭圆轮廓轨迹跟踪下,全局任务坐标系算法比局部任务坐标系算法具有明显优势.