突变地形下的复合结构移动越障机器人运动学建模与仿真

移动越障机器人可以攀越突变障碍,实现野外环境下的灵活机动。和普通移动机器人在平坦表面上的运动不同,其在越障过程中具有独特的运动情况。提出了一种复合结构移动越障机器人,建立其越障状态下的逆运动学模型,对运动特性进行了解析,基于路径跟踪运动的仿真研究验证了该模型的有效性和正确性。

突变地形特征在DEM上的表达

黄土高原南部高塬沟壑区的地形,存在比较明显的塬边线和沟缘线等突变地形特征线,而这种地形特征在DEM表面的表达却缺乏必要研究。选长武县为研究区,将1∶50 000地形图(等高线、高程点和河流等专题层)及其手工提取的地形特征线(塬边线、沟缘线和坡脚线)数字化;利用多要素构TIN方法和Hutchinson插值方法,分别在有无地形特征线参与的情况下建立10m分辨率规则格网的DEM;利用地图代数运算和频率统计等方法,比较分析所建DEM表面的高程、坡度和剖面曲率等地形属性特征。结果表明:在ANUDEM插值(Hutchinson算法)情况下,地形特征线的参与,可显著改善DEM对地形特征的表达,既避免了平三角,又兼顾了地形的光滑和连续性特征;而在构TIN建立DEM的情况下则无明显影响。

顾及形态特征的突变地形DEM构建方法

当前数字高程模型(DEM)无法有效表达突变地形真实地表形态,严重制约了突变地形DEM在这些区域的应用。本文选取南京市某一区域为研究区,对特征线分别采用建模可用高程点加密法和平行特征线法,在特征线处理参与的情况下,建立分辨率为1 m规则格网DEM进行对比分析,验证不同方法在突变地形处DEM构建效果。实验结果表明,本研究两种思路构建的DEM与传统DEM相比,无论是高程精度还是形态精度都具有明显的优势。在突变地形两侧高程信息突变不明显的情况下,传统构建法和建模可用高程点加密法平均误差相接近,平行特征线法平均误差仅0.42 m;地形复杂的区域,传统构建法和建模可用高程点加密法平均误差均超过1 m,平行特征线法平均误差仅0.94 m,高程精度验证结果理想。研究表明,无论是地形相对简单的区域还是地形复杂的区域,平行特征线法构建突变地形效果更优。

地形突变条件下异重流运动失稳规律

由于目前异重流失稳研究相对匮乏,而其研究又对延长水库寿命和优化调度运行具有重要意义。采用Mike3建立三维异重流数学模型,包括水动力学模型、紊流模型和泥沙输移扩散方程,并采用水槽试验对该模型进行验证,结果表明异重流泥沙质量浓度分布实测值与模拟值吻合良好。以紫坪铺水库为例,采用该模型研究了异重流在地形突变条件下的运动失稳规律,分析水库底部障碍物和断面突扩对异重流运动规律的影响,得出这两种情形下的异重流失稳判别条件。底部障碍物情形的失稳判别条件为:(1)异重流运动速度减缓;(2)异重流中泥沙质量浓度降低;(3)前锋及异重流厚度减小。断面突扩情形的失稳判别条件为:(1)异重流运动速度减缓;(2)异重流中泥沙质量浓度的垂向分布由类似抛物线分布变为类似对数分布;(3)异重流厚度减小。

地形突变区的盾构开挖面支护压力调整方法

盾构开挖面支护压力是控制地表沉降及周边环境的关键因素之一。对于地形变化较大的施工环境,根据监测数据调整施工参数往往不能及时反映地形的变化情况,而根据覆土调整则可能导致支护压力突变。对此情况,通过经典弹性力学求解地形变化区地下应力场,以盾构下穿基坑和盾构过防汛墙这两种算例来探讨开挖面支护压力理论值的变化情况,并以此作为调整施工参数的理论依据。

类海啸波在非平整岛礁上传播与演变的试验研究

广泛分布于热带和亚热带海域的珊瑚礁一般具有非平整的礁坪地形,礁坪地形的突变会对类海啸波的传播演变特性产生显著的影响。文章通过开展波浪水槽物理实验,系统研究了类海啸波在非平整岛礁上传播与演变的规律,并深入分析了入射波高和礁坪水深对类海啸波传播演变特性的影响。试验结果表明:入射波破碎点主要位于第二礁坪上,并且破碎点的位置随入射波的增大或礁坪水深的减小向离岸方向移动。礁坪地形突变对类海啸波的反射系数和透射系数影响显著,礁坪地形突变会增强入射波的反射强度,尤其是在礁坪水深<0.025 m时,受礁坪地形突变产生的反射系数C_(R2)可达0.3左右;其次,入射波高或礁坪水深的增加都会引起透射系数的减小。

南沙群岛海区珊瑚礁灾害性地质分析

珊瑚礁是一种特殊的岩土介质，有独特的灾害地质类型。珊瑚礁灾害地质研究是现代工程地质学的一个新课题。通过珊瑚礁的地质记录研究了内动力灾害地质类型（包括活动断裂、地震和火山活动等）、外动力灾害地质类型（包括海底槽谷与地形突变带、崩塌、滑坡、峰礁与埋藏礁、泥丘、埋藏负地貌等），同时还分析了人类活动对珊瑚礁发育的影响。

大断面浅埋黄土隧道塌方工程对策研究

针对兰州南绕城高速公路大断面浅埋黄土隧道出现的塌方问题,从新黄土的固有特性及隧址区地形突变等因素分析了塌方原因,采用地表处理、临时支撑、回填反压、旋喷桩加固地基、加强衬砌支护形式和轻质泡沫混凝土回填等措施对塌方进行了加固处治,确保了隧道的正常施工及后期运营。

一种多精度地形数据融合方法

数字孪生流域覆盖的地理范围大,为避免因数据量大导致的运行速度慢、孪生体验差等问题,通常选择大范围低精度、小范围高精度的地形数据来精准表达流域地形。但由于地形数据精度不同,在不同精度地形数据接边处会出现地形突变、不能客观真实表达地形,为实现不同精度地形数据融合时接边处的平滑过渡,文章提出了一种对接边处高精度地形数据进行逐级处理的方法,实践表明,该方法简单可行、且不会降低原有地形精度,有效解决了数字孪生流域建设过程中存在的地形突变、地形冲突等问题,为水利业务“四预”功能实现提供了较为逼真的数字化场景支撑。