惯导与视觉信息融合的掘进机精确定位方法

针对煤矿巷道复杂环境下掘进机精确定位难题,提出了一种惯导与视觉融合的掘进机精确定位方法,该方法采用惯导与“视觉+激光标靶”的定位方案。该方案将设计的四特征点大尺寸激光标靶固定于巷道顶板,相机固定于掘进机机身采集激光标靶图像,并运用圆拟合法定位光斑中心和基于四特征点的EPnP算法解算掘进机位置。为了验证“视觉+激光标靶”方法对掘进机位置检测效果,在模拟掘进工作面环境下开展了“视觉+激光标靶”位置检测试验,结果表明:在30 m内沿巷道宽度方向、掘进方向、高度方向最大误差不超过28.549 mm、78.868 mm、44.459 mm,实现了掘进机位置精确检测。针对惯导测量掘进机位姿误差随时间累积和掘进机振动对组合定位系统产生干扰导致位姿检测不准问题,提出改进Sage-Husa自适应滤波的惯导与视觉信息融合方法,该方法通过检测新息方差值修正量测误差来提高定位准确性。在模拟掘进工作面环境下开展了惯导与“视觉+激光标靶”组合定位实验,采用改进前后Sage-Husa自适应滤波算法融合惯导与视觉信息进行对比分析,结果表明:改进后Sage-Husa自适应滤波算法融合得到的定位误差更小,俯仰角、横滚角、航向角最大误差分别为0.029°、0.051°、0.0113°,在距离激光标靶30 m内巷道宽度位置误差在0.033 m范围内,巷道掘进方向位置误差在0.062 m范围内。所提出的惯导与视觉融合定位方法能够满足巷道掘进定位精度要求。

非惯常理论新构:基于具身认知与双系统视角

作为旅游研究的重要基石,学界对非惯常理论的思辨虽源源不断,但其中仍存在理论发展滞后于实践、非惯常环境与行为研究对话割裂等问题。由此,文章借鉴具身认知与双系统理论,创新提出“惯常”“中间”和“非惯常”3种认知状态,以个体心理认知差异作为定义和划分旅游环境类型的线索,明确指出环境类型具有具身性、经验性、可变性和个体差异性的内生属性;利用非惯常认知状态联结旅游环境与旅游者行为,论证主张非惯常环境与非惯常行为的伴生关系,梳理归纳决策冲动化、自我失控化、情绪主导化、盲从化和心理账户显化的非惯常行为典型特征。文章对虚拟旅游、元宇宙旅游、城市漫步等新兴旅游业态作出回应,剖析解答了非惯常理论相关研究中“主观或客观”和“异地与否”的复杂问题,并将非惯常理论的应用范围从实地拓展到虚拟层面。文章期望从人本视角革新非惯常理论以强化旅游研究的特殊性,同时助推旅游知识的外溢。

附加不同形式调谐质量惯容系统的高耸烟囱轻量化减震控制

附加调谐质量阻尼器是烟囱结构的一种传统减震控制方法,然而其通常需要较大的附加质量及额外的安装空间,这为施工安装带来不便。本文提出附加调谐质量惯容系统(TMIS)控制高耸烟囱的地震响应,以利用惯容元件的表观质量效果实现轻量化减震目标。同时,考虑烟囱高阶模态对其地震响应不容忽视的影响,提出沿烟囱高度布置的分布式TMIS以实现多模态控制效果。建立了基于两种不同惯容子系统的TMIS力学模型及相应的附加分布式TMIS烟囱运动方程。以金井清谱为随机地震激励输入,并基于改进的定点理论提出了分布式TMIS的部分设计参数简化假设,提出了基于需求的分布式TMIS烟囱结构多模态优化设计方法。通过实例验证了所建议设计方法的有效性,并对比检验了分布式TMIS的轻量化及多模态控制效果,通过参数分析检验了所采用的改进定点理论简化的合理性。结果表明:所建议的设计方法可以按照预定目标发挥两种分布式TMIS的减震性能,两种分布式TMIS均显示了明显的轻量化减震效果。

一种改进的基于惯导运动补偿的实时成像方法

合成孔径雷达(SAR)作为一种主动式的对地微波遥感技术,具有全天候、全天时和远距离的特点。通过发射大带宽信号,获得距离向的高分辨。通过平台相对静止场景的运动形成合成孔径,获得方位向的高分辨,SAR平台的运动是成像的基本条件。对于机载SAR,由于载机在大气中飞行时受到大气湍流等因素的影响,不可能保持理想的运动状态,必然会产生运动误差,运动误差会导致相位误差和包络移动,从而导致图像散焦等问题。如何对SAR进行运动补偿是实现成像的关键。基于惯导数据的运动补偿是实现高分辨成像的重要手段之一。根据惯导数据的特点,结合卡尔曼滤波原理和SAR成像的几何模型,提出了一种基于卡尔曼滤波的惯导数据滤波和重采样方法。该方法可以有效剔除运动参数野值,精确地获得雷达平台的运动参数。文中所提出的运动补偿方法能和SAR成像算法很好的结合,实测数据的成像结果验证了该方法的准确性和有效性。

混联Ⅱ型惯容非线性能量阱的动力学特性研究

分别使用非线性恢复力、非线性阻尼替代惯容减振系统中的线性恢复力、线性阻尼,并考虑摩擦力的影响,提出了混联Ⅱ型惯容非线性能量阱.建立了主系统的动力学方程,利用谐波平衡法求解系统在简谐激励下的幅频响应曲线.采用弧长算法和数值法相结合的方法研究了系统的惯质比、非线性阻尼、非线性刚度和摩擦力单个参数对其减振性能的影响.发现非线性刚度和非线性阻尼数值的增大会使峰值先减小后增大,不同的是,前者幅频响应曲线逐渐向右上方向弯曲,后者产生峰值的位置向低频段转移.分析了惯质比、非线性阻尼、非线性刚度3种参数两两组合下对系统减振效果的影响.研究表明,在激励幅值为0.005 m时,惯质比和阻尼同时变化减振效果最好:当ε=0.1时,系统主结构位移峰值的最小值约为0.01 m;而在参数ε=0.001时,整体取值范围内其最大值约为0.061 m;当惯质比取得最佳值0.1时,非线性阻尼和非线性刚度κ_(21)的取值范围变大.在摩擦力的作用下,系统的最大幅值都有不同程度的增加.上述研究可为振动系统减振的研究提供参考.

考虑SSI效应的升降作业平台惯容减振优化设计

升降作业平台在野外工地、河滩等环境中高空作业时,其支腿底盘的明置基础与软土地基会发生动力相互作用,从而改变作业平台系统的动力特性。提出了考虑土与结构相互作用效应下的含3种不同惯容减振系统(SIS,SPIS-1,SPIS-2)的升降作业平台动力学模型,推导了作业平台在简谐激励下的振幅放大因子以及在随机激励下的响应均方值的解析表达式。利用遗传算法分别求解了位于中硬土、中软土以及软弱土3种地基表面的作业平台在H_(∞)和H_(2)优化准则下,惯容减振系统的最优设计刚度比和阻尼比。对最优状态下的各减振系统进行减振效果分析,结果表明:SPIS-2减振系统效果最佳,不仅最大程度地抑制了升降作业平台的共振效应,而且更有效地拓宽频带范围;SSI效应可以降低简谐激励下作业平台的位移振幅放大因子和随机激励下作业平台绝对位移的均方值;SSI效应对简谐激励和随机激励下惯容减振系统的最优设计参数影响很小,因此针对3种惯容减振系统位于不同地基表面下的最优设计参数拟合出经验公式,为升降作业平台的研发和减振设计奠定了理论基础。

“在场”到“难忘”:偏惯常环境下旅游体验的记忆形成与反馈机制

体验经济时代,提供难忘的旅游体验成为目的地的核心竞争力,旅游体验作为旅游研究的重要领域得到广泛重视。然而,现有研究在空间上强调非惯常环境下的旅游体验,时间上侧重在场体验,对偏惯常环境下的难忘体验缺乏关注。因此,该研究以游客在城市绿道这一偏惯常环境下的旅游休闲活动为情境,通过在场和归家后的历时分析,旨在洞悉从“在场”到“难忘”这一体验记忆的形成过程与反馈机制。通过对5个城市绿道中的55名受访者进行两阶段考察,采用主题分析和系统动力分析,研究发现,游客在场体验以“存在性自我”为核心,且随时间推移其在场体验细节会消减,而彼时感知和感觉到的体验则抽象为情感性欣赏、满足和认同长期保存,成为记忆中的难忘体验。同时,研究提出了“在场感知-阈限自我-情感记忆-情感连接-行为动机”的体验记忆形成和促进重游的正反馈机制,与重游下体验阈限突破的负反馈机制构成体验记忆形成的S形曲线模型,对旅游体验、体验记忆以及目的地体验设计具有一定的理论和实践意义。

一种基于实测飞行轨迹的惯导误差分析方法研究

针对传统蒙特卡罗仿真方法用于惯导误差分析时计算量大且参数调整不便的问题,提出了采用Kalman滤波的状态均方误差预测公式结合惯导误差传播方程进行误差协方差分析的新方法。该方法将惯导总误差分解为各种不同误差因素的线性组合,且各误差因素之间是相互独立的,误差计算和参数调整都非常简单方便。以一组实测飞行轨迹数据为例,利用所提协方差分析方法进行误差分解,并将结果以多种形式直观展示,显示了新方法在误差分配和精度评估中的优越性。

调谐惯质阻尼器动力试验和参数识别

研发了一种新型调谐惯质阻尼器(TVMD)装置,该装置分别采用电涡流与金属弹簧作为TVMD的阻尼元件与弹簧元件.首先,对该TVMD装置进行动力试验,研究其动力特性.然后,提出4种基于试验数据识别TVMD参数的方法,即峰值点拟合法、滞回曲线拟合法、时程拟合法和传递函数拟合法.动力试验结果表明:TVMD具有惯性质量放大效应和阻尼增益效应;弹簧元件和惯容元件均表现出理想的线性特性,而阻尼元件由于电涡流阻尼固有属性和TVMD装置中存在的摩擦,表现出非线性特性.参数识别结果表明:4种方法均能合理确定TVMD参数,其中,传递函数拟合法能提供用于调谐设计的等效阻尼系数,而其他3种方法能识别非线性阻尼模型的参数;滞回曲线拟合法和时程拟合法具有更高的参数识别精度,而峰值点拟合法和传递函数拟合法具有更高的计算效率.

场域再造与惯习重塑:“村改居”社区居民参与的困境与突破

“村改居”社区由于场域要素变迁,居民惯习遇到一系列适应性问题。研究以X市L社区的实地调查为例,以“场域—惯习”理论为分析视角,从制度场域、社会场域、文化场域分析“村改居”社区居民参与困境的生成原因。为打破居民参与困境,需从场域再造、惯习重塑两个方面推动“场域”和“惯习”要素的匹配同步,以期提升社区治理中居民主体的参与积极性和认同感。

幼儿教师破解“隔代惯”的SZFJ方法

随着社会的快速发展,隔代教养日趋普遍,“隔代惯”问题也日益凸显。幼儿教师常常被动应对祖辈固化思想改变难、教养能力提升难、代际关系调和难、家园共育进退难等一系列“隔代惯”难题。运用案例分析法,探索并梳理破解“隔代惯”的四步流程,总结幼儿教师破解“隔代惯”的SZFJ方法,即“孙”为先、“祖”重点、“父”配合、“家”联结,以期为幼儿教师破解“隔代惯”、促进幼儿健康发展提供参考。

捷联惯导系统IMU误差特性分析

为了优化捷联惯导系统惯性测量单元性能,首先,从惯性导航系统工作原理出发,细致梳理捷联惯导误差模型,对惯性测量单元常见误差源分类,重点分析主流民航客机机型捷联惯导惯性测量单元的误差特性;然后,对由5个直线段和4个转弯组成的矩形起落航线,在无误差的理想模式和设置导航级捷联惯导惯性测量单元误差参数模式,分别进行轨迹仿真;最后,在飞行轨迹的姿态、速度、位置误差三维方向对比分析。结果表明,IMU误差诱使飞行轨迹随时间有偏离趋势,高度误差波动始终非常平稳,水平方向误差在一定时间后大幅度发散,表现出惯性导航性能的固有缺陷,即误差随时间的推移逐渐累积,会在一段平稳时间后呈发散趋势。因此在实际使用惯导中可以使用特殊的算法和硬件平台以延长误差发散之前的时间,也可以通过与GPS等数据进行组合导航的方式抑制其发散趋势。研究结果为进一步进行组合导航算法优化奠定基础。

基层治理中行政与自治耦合的路径——“场域—惯习”框架下J街道社会工作服务中心的实践分析

行政与自治在长期的博弈中走向耦合是基层治理现代化的应然选择,而实现行政与自治耦合的路径探析尚不充分。J街道社会工作服务中心的实践蕴含行政与自治耦合的行为逻辑,通过构建“场域—惯习”框架分析其作用逻辑发现:行政属性赋能、自治属性嵌入的社会工作服务中心,使社区治理场域中“规则”“利益”“关系”场域发生变化,形塑“行政任务对接居民需求”“规范议事协商”“多元联合共治”的惯习。与此同时,社会工作服务中心通过培育主体“认同归属”“契约责任”惯习,重塑“熟人社区”,形成全方位规范制度。社会工作服务中心的本体属性和工作机制为实现行政与自治耦合、推动我国基层治理现代化提供了有益参考。

基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统

针对煤矿井下人员定位系统在实际应用中存在因设备算力与存储资源不足导致无法使用复杂测距与定位算法,定位数据即时传输与响应性能不足,在系统部署方面人力物力损耗较大等问题,提出了一种基于5G+UWB和惯导技术的井下人员定位系统。在末端部署能耗低、抗干扰性强的UWB定位基站,定位基站与5G基站以级联的方式连接,定位基站采集UWB与惯导数据,利用5G网络回传至计算平台,在计算平台上完成定位信息的解算和存储。将基于惯导的人员位置估计作为预测值,将基于UWB的三边定位算法获取的人员位置估计作为观测值,利用卡尔曼滤波器将预测值和观测值进行融合,降低定位误差。在煤矿主体实验基地搭建测试系统,模拟真实煤矿井下环境并进行对比实验。结果表明:(1)在x轴和y轴,融合惯导的卡尔曼滤波算法得出的位置信息和真实位置信息的重合度最高,说明融合惯导的卡尔曼滤波算法得出的位置信息最接近真实位置,平均误差为22.192 cm。(2)5G+UWB和惯导技术组合的井下人员定位系统的位置信息和真实位置信息的重合度最高,误差为[15 cm,20 cm],x轴最大平均误差为26 cm,y轴最大平均误差为24 cm,超过目前大多数井下人员定位系统精度。

一种曲柄连杆式惯容器的力学性能与隔震性能研究

基于惯容器(inerter)的耗能装置近年来受到结构减隔振(震)领域学者的极大关注。该文研究了一种新型惯容器——曲柄连杆式惯容器(CTI)。CTI由曲柄、连杆、齿轮箱和飞轮组成,具有表观质量可调和位移兼容性强等优点。提出了CTI装置与隔震支座在桥梁抗震中的联合布置形式。推导得到了CTI的表观质量解析表达式,及其线性近似条件。对CTI样机开展了不同表观质量及不同工作姿态下的力学性能试验。以一座典型的三跨变截面连续梁桥为例,采用数值方法研究了CTI在桥梁抗震中的参数设计方法并验证了其可靠性。研究结果表明:CTI可简化为线性惯容器的条件为最大变形应小于曲柄长度的0.312倍,连杆长度应大于曲柄长度的1.803倍。力学性能试验得到的表观质量与理论结果基本一致,通过改变曲柄长度可实现表观质量的精确调节,在线性工作范围内连杆工作姿态对表观质量影响不大。将CTI与隔震支座组合使用可在保证不发生落梁的情况下适度放大主墩顶处隔震支座的变形,提高其耗能效果,从而降低桥梁下部结构的地震响应。

调谐负刚度-惯容质量阻尼器参数优化与地震响应控制

提出一种调谐负刚度-惯容质量阻尼器(TNIMD),用于地震作用下的结构减震控制。通过拉格朗日方程得到结构TNIMD耦合系统运动方程,采用定点理论进行TNIMD参数优化设计,讨论最优负刚度系数的取值,开展参数分析和减震效果验证。参数分析研究表明:TNIMD对主结构位移响应的控制优于无负刚度元件下的调谐惯容质量阻尼器(VTMDI),且质量比及惯容比越小,TNIMD相对优势越大。减震分析结果表明:在远场、近场脉冲及近场无脉冲地震作用下,TNIMD对主结构位移及绝对加速度响应的控制效果均优于VTMDI,验证了TNIMD减震的优越性,为TNIMD研究提供参考。

振动冲击条件下捷联惯导减振器形变研究

针对减振器传统研究的关注点主要在减振效果、材料寿命等方面,对其形变量及形变带来的导航误差关注较少,偏重理论研究而无试验数据支撑,缺乏说服性的问题,文中在捷联惯导减振器设计基础上,制定了静态和动态试验方案。在振动工装上固定一对相互垂直的平面镜,通过减振器将惯导安装到振动工装上,振动工装以刚性连接方式固定在振动台面上,借助架设的光学投影设备和显像设备,分别振动冲击前后惯导棱镜和振动工装上平面镜的反射光斑,通过对二者位移变化的计算,判定减振器的空间形变量。试验结果表明,振动冲击前后及过程中,减振器形变引起的惯导最大形变角为6.26″,比惯导在运载体上的安装误差稳定性(一般为1.0′)低一个数量级,减振器的空间形变量对捷联惯导的导航误差影响较小,文中的试验方法和实测数据可为惯导减振器的设计和应用提供借鉴。

带有斜向惯容的悬挂式隔振系统动力学特性仿真研究

首先,将惯容器、阻尼器和弹簧进行组合,设计实现全并联隔振单元,并将其斜向布置,构成新型悬挂式隔振系统;其次,以软件ADAMS与MATLAB联合仿真的方式,构建带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统以及仅带有斜向阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的仿真模型,并对两种隔振系统进行对比研究,探讨斜向惯容的作用;然后,针对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统的加速度传递特性进行研究,改变隔振系统参数观察传递率曲线变化,并探讨了在ADAMS环境下以数值方法、半数值半模型方法表示惯容结构的可行性;最后,以半数值半模型的方法表示惯容,在随机激励下对带有斜向惯容器、阻尼器和弹簧的悬挂式隔振系统中的惯容施加速度与相对速度、加速度与相对速度、相对加速度与相对速度三种半主动控制方式,探讨不同控制方式对隔振性能的影响。研究结果表明,斜向惯容器可以改善悬挂式隔振系统对低频振动的隔离效果,但会增加高频部分的传递率,相对加速度与相对速度和加速度与相对速度的控制方式可以明显提高悬挂式隔振系统对随机激励的衰减效果。

基于负刚度惯容型非线性能量汇的整星振动抑制

本文将负刚度元件集成到惯容型非线性能量汇中构成负刚度惯容型非线性能量汇,并将此装置应用到整星结构,讨论其减振效果.基于最大幅值减振百分比展示了负刚度惯容型非线性能量汇的减振性能,并通过对比讨论了负刚度元件对惯容型非线性能量汇减振性能的影响.最后讨论了负刚度惯容型非线性能量汇的参数影响及其优化.研究结果表明,作用于整星系统中的新型负刚度惯容型非线性能量汇具有很好的减振性能.

改进视觉前端的视觉/惯导融合定位算法

针对移动机器人在GNSS拒止环境下的高精度定位问题,提出了一种自适应通用角点检测(adaptive and generic accelerated segment test,AGAST)算法改进移动机器人视觉/惯导融合定位系统的视觉前端.该算法通过局部直方图均衡化和自适应阈值检测改进视觉里程计(visual odometry,VO)算法,改善特征点提取的质量,提高VO在复杂环境中的定位精度和稳定性;基于因子图优化(factor graph optimization,FGO)算法融合VO和惯性导航系统(inertial navigation system,INS),实现移动机器人的高精度定位.分别采用公开室内、室外数据集进行测试,结果表明:改进算法相比VINS-Mono主流算法室内数据集定位精度平均提升22.8%,室外数据集定位精度平均提升59.7%.