一种基于K-means与Close-Form融合的树木图像提取方法

基于图像的树木自动提取是其种类、长势、形态等信息智能化判别的基础,如何实现树木的自动、准确、快速提取是具有实用性的科学问题。在自然场景中,由于图像元素多样、颜色差异大,树木自身存在不规则性,树木提取难度非常大。针对现有的图像分割与图像抠图法在树木提取过程中分别存在的误分割与过程复杂所导致的计算量大的问题,提出了一种基于K-means聚类算法优化Close-Form图像抠图的树木提取方法。在少量的标记下,依据颜色线性假设进行最小化代价函数计算,得到图像透明度;对透明度图像依次进行中值滤波、高斯滤波,得到透明度的去噪图像;对滤波后透明度与标准化的图像绿色分量组成二维空间进行K-means二聚类,实现背景与前景对象的准确判定,进而完成自然背景的树木图像提取。为了验证所提方法在不同场景和不同标记下的树木提取有效性,设计了基于K-means图像分割和传统Close-Form抠图方法的比较性试验。结果表明,基于K-means优化Close-Form的树木提取方法解决了传统Close-Form算法在少量标记下图像前景、背景估计不准确问题,克服了图像分割存在的误分类情况,实现了不同自然环境和多目标树木对象的提取。此方法具有对象提取稳定、计算时间快的优点,相对原Close-Form算法用时减少49.98%。

地震作用下调谐黏滞质量阻尼器阻尼比增效效应与优化设计研究

调谐黏滞质量阻尼器(Tuned Viscous Mass Damper,TVMD)是一种有效的被动惯容减震装置,本文针对地震作用下建筑结构TVMD阻尼比增效效应与优化设计展开研究。将TVMD对结构自身阻尼耗能功率的控制效果归纳为TVMD等效附加阻尼比,并基于随机振动理论推导了等效附加阻尼比的理论表达式。为了使TVMD更具实际应用价值,TVMD理论上应取得比同阻尼系数的黏滞阻尼器(VD)更大的等效附加阻尼比,这一现象定义为TVMD阻尼比增效效应,并定义了阻尼比增效系数来量化评估阻尼比增效效应。将等效附加阻尼比和阻尼比增效系数均作为优化目标,提出了TVMD最优设计参数理论解。参数分析结果表明,本文解具有良好的稳定性和适用性,为了更高效地发挥阻尼比增效效应,推荐TVMD质量比不超过0.3或阻尼比不超过0.1。以某七层标准钢框架结构作为工程算例展示了TVMD设计流程,并验证了本文解的有效性和优越性。算例分析结果表明,使用本文解设计TVMD能显著放大其阻尼元件变形,表现出了理想的阻尼比增效效应。与传统解相比,本文解还具有另一个明显优势,即保证TVMD的减震效果优于同阻尼系数的VD,不存在减震效率问题。

设置侧向限位阻尼器的层间隔震结构减震性能研究

对在隔震层设置侧向限位黏弹性阻尼器组成混合耗能结构随机激励下的减震性能进行了系统研究.首先,建立混合耗能结构的地震动方程,利用双过滤白噪声激励地震动的滤波方程,将该类激励下混合耗能结构的动力学问题精确转化为基于易于获得简明封闭解的白噪声激励问题.其次,基于复模态法和白噪声激励的Dirac函数性质推导了混合耗能结构系列响应(结构位移、层间位移和阻尼器阻尼力)的方差和0~2阶谱矩的简明封闭解.最后,通过算例在验证所提封闭解正确的基础上研究了混合耗能结构减震性能的影响因素.研究表明:层间隔震层以上楼层的结构响应量随着隔震层刚度的增大而增大;黏弹性阻尼器阻尼参数对隔震层以上楼层的影响特征为,结构位移在一定阻尼参数下可达到最小,而层间位移则随着阻尼参数的增大而增大.该研究可为层间隔震混合耗能结构的设计提供参考.

基于全概率公式的M-APSK误码率分析模型

为有效评估加性白高斯噪声信道中M-APSK的性能,提出了一种基于全概率公式的理论误码率分析模型。首先根据星座点分布及其编码特点对星座平面进行区域划分,然后由接收符号落在相应区域的概率推导出各比特的判决错误概率表达式,最后得到理论误码率的精确闭式解。以16APSK和32APSK为例,推导出了其各类星座图的理论误码率计算公式,与Monte Carlo仿真结果非常吻合。模型具有通用性,PSK、QAM、PAM、APSK等调制方式均可利用该模型得到理论误码率的精确闭式解。相较于依赖大量数值计算的复杂二维概率积分方法,所提模型能够更方便地给出M-APSK的误码率性能。

深轮辐齿坯多工位闭式模锻材料流动规律研究

探索闭式热模锻成形时材料的流动规律是控制充填不满等成形缺陷、获得高精度模锻件的理论基础。针对深轮辐齿坯件热模锻成形时易出现填充不满的问题,以某SCr420H深轮辐齿坯为研究对象,基于齿坯件结构分析,设计了“下料-加热-镦粗-预锻Ⅰ-预锻Ⅱ-终锻”的多工位闭式热模锻工艺方案;基于Deform软件,构建了深轮辐齿坯件多工位闭式热模锻全流程有限元模拟模型;采用试验验证了有限元模型的可靠性,并对多工位闭式热模锻成形过程中材料的流动规律进行了研究。结果表明:镦粗比为3.7时,可获得外形良好的圆饼形预制坯,镦粗时受上下表面摩擦效应的影响,材料径向流动不均匀,在坯件腰部出现鼓形;预锻Ⅰ工位成形出用于定位的底面内凹结构,同时减小了后续工位材料填充难度;预锻Ⅱ和终锻成形时的材料流动规律相似,成形前期材料集中流向轮缘部分、成形中期主要流向轮毂部分、末期流向圆角处;终锻成形时未出现材料填充不满的缺陷,在成形后期,少量金属材料从终锻上下模的导向间隙中流出,形成纵向飞边。通过生产试验,成形出填充良好的深轮辐齿坯件,模拟数值获得温度与实际生产数值最大误差不超过3.15%,纵向飞边高度小于0.5 mm,零件各尺寸偏差均小于0.2 mm,验证了所设计多工位闭式模锻工艺的合理性。

高层结构-混联Ⅱ型惯容阻尼耗能体系减震性分析

针对高层结构中设置混联Ⅱ型惯容阻尼器组成耗能体系的随机响应分析复杂的问题,提出了结构位移及阻尼器阻尼力响应的封闭解,并基于所获得的封闭解探究了实模态振型数对分析精度的影响和在原结构层间位移超限楼层设置阻尼器能有效减震的布置策略。首先,根据混联Ⅱ型惯容阻尼器力学构造图及设置方式,建立阻尼器阻尼力与结构节点水平位移的微分型本构关系进而重构耗能体系的地震动方程。其次,利用实模态解耦法获得高层结构简明等效的动力学参数,运用功率谱二次式分解法推导出结构节点相对于地面的绝对位移、竖向构件层间位移及阻尼器阻尼力等响应的功率谱精确二次式解进而推导出耗能体系基于双过滤白噪声激励下系列响应的0~2阶谱矩简明封闭解。最后,通过算例,验证了所提封闭解的正确性;研究了实模态振型数对系列响应谱矩分析精度的影响和阻尼器设置位置对结构减震效果的影响。研究表明:对于多自由度结构响应分析时,建议采用原结构自由振动分析时质量参与系数累计达100%时所对应的振型数,可获得稳定的精度和提高大型复杂结构设置混联Ⅱ型惯容阻尼器的响应的分析效率;通过在原结构层间位移超限楼层或连续多层层间位移超限的楼层中间隔一层设置参数合适的混联Ⅱ型惯容阻尼器可有效降低结构的地震动响应,所提惯容阻尼器设置策略具有较好的经济性。所提解析解和惯容系统在高层结构的设置策略可为混联Ⅱ型惯容阻尼器在实际工程应用中提供有益的参考价值。

内界膜剥除术与内界膜翻转遮盖术对特发性黄斑裂孔术后视力及视网膜结构的影响

目的评估内界膜(ILM)翻转遮盖术与ILM剥除术在特发性黄斑裂孔(IMH)手术中的效果,观察2种手术方法对黄斑裂孔闭合方式及术后视力的影响。方法回顾性分析2021年6月—2022年3月于我院就诊的IMH患者54例(54眼)的临床资料。根据不同手术方式将患者分为2组,采用ILM剥除术28例(28眼),采用ILM翻转遮盖术26例(26眼),比较2组患者术后6个月时最佳矫正视力(BCVA)、黄斑孔闭合形态及视网膜外层结构。结果术后6个月时,剥除组和翻转组平均视力(LogMAR)分别为0.85±0.25和0.71±0.19,2组视力较术前均有所提高,差异有统计学意义(t_(1)=12.67,P1<0.001;t_(2)=11.47,P_(2)<0.001)。术后视力翻转组较剥除组更好(t=2.20,P=0.033)。术后6个月时,剥除组黄斑裂孔(MH)成功闭合24例(85.7%),其中U型闭合11例(45.8%),EZ完整10例(41.7%),外界膜(ELM)完整17例(70.8%);翻转组MH成功闭合24例(92.3%),U型闭合18例(75.05%),EZ完整16例(66.7%),EIM完整20例(83.3%),翻转遮盖组术后U型闭合及EZ、ELM恢复均高于剥除组。结论2种手术方式在提高MH闭合率方面均有有效性,ILM翻转遮盖术更有利于裂孔沿着原有解剖形态愈合,有效恢复术后视网膜外层结构,提高患者预后视力。

基于多普勒频率测量的移动源定位

针对源频率和传感器位置误差存在的情况,本文通过在若干移动传感器上观察受多普勒效应影响的源发射频率,研究了仅基于多普勒频率测量的移动源定位问题,提出了一种两阶段闭式解方法来估计源的位置和速度。在第一阶段引入辅助变量对频率测量方程进行伪线性化,得到次优加权最小二乘解,在第二阶段考虑辅助变量与源位置和速度间的关系,对第一步的估计误差进行建模,利用加权最小二乘法得到最终源位置和速度的估计解。仿真结果表明所提出的闭式解方法能够在中小高斯噪声水平下达到CRLB下界精度。

开口防撞梁辊弧后端头收张口研究

针对开口防撞梁辊弧后端头收张口问题,采用仿真和实验方法进行了研究。选取3种典型开口防撞梁进行分析,通过分析截形角度和匹配角度对收张口的影响得出辊弧后收张口的变化规律;通过对断面应力分析得出辊弧后收张口的原因并提出了改善措施;通过分析反弯措施对收张口的影响,得出了布局角度对收张口的影响规律,并通过实验进行了验证;通过4种反挤压变形方案对收张口进行了分析,并经方案改进后得出最优工况。结果表明:起弧轮布局角度一定时,截形角度越大,立筋刚度越小,收张口差值随截形角度的增大而减小;辊弧后产生收张口现象是由辊弧时工件内部产生的剪应力造成的,剪应力是由起弧轮高度差引起的;调整起弧轮布局角度形成反弯可消除部分内应力,减小收张口差值;反挤压变形可减小收张口差值,采用5个整形轮时结构最优;内推轮内推2 mm时辊弧后防撞梁一致性较好,但同时带来法兰边翘曲的不良影响。

基于时域高频法的宽带近场回波仿真算法

针对宽带引信弹目交会多普勒回波的快速仿真需求,提出了一种基于时域高频法的宽带近场回波快速仿真算法和仿真流程。该算法将时域物理光学(TDPO)近场积分方程和时域面积分方程相结合,利用远场近似,推导得到导体目标的时域物理光学近场散射闭合表达式,避免了计算复杂的面积分,提高了仿真速度。同时,提出了基于时域高频法的宽带近场动态多普勒回波仿真流程,经一次计算便能够得到宽带的时域回波。仿真结果表明,采用该仿真算法和仿真流程可实现宽带引信动态交会多普勒回波的快速仿真,且通过与多普勒频率理论值的对比,验证了所提仿真算法和仿真流程的正确性。

近距无线通信组网拓扑技术

针对精确制导武器的新质作战需求,文中以无线电气设计为核心技术方向实现产品模块化设计,以解决灵活组网、抗毁重构和动态拓扑等问题。采用Ad Hoc组网架构、广义编码和无源多址接入技术,实现快速、灵活、稳定的信息交互。通过混合式路由设计,在金属舱网络中划分子网并实施先应式路由和反应式路由,并引入地界标思想以减少多制式通信影响。通过提前规定所有事件的时序和优先级,建立简易事件类型库,并在节点间备份存储,同时采用边界广播协议实现目的节点快速抵达网关节点。研究结果表明,所提方案满足了武器功能模块化设计的需求,通过无线通信网络的组网和路由协议设计,实现了灵活组网、抗毁重构、动态拓扑和多制式通信等能力特点。

冷弯型钢拼合柱局部屈曲后板组效应研究

为明确冷弯薄壁型钢(CFS)双肢闭合拼合柱局部屈曲后板组效应,文中对18根通过ST4.8自攻螺钉将单肢C形截面及单肢U形截面构件连接而成的CFS双肢闭合拼合柱进行轴压性能试验,获得试件破坏特征和极限承载力,研究了试件受力的弹性阶段和局部屈曲后继续承载阶段的各组成板件变形情况。结果表明受力阶段前期,拼合柱发生明显的局部屈曲现象;荷载继续增加,拼合柱进入屈曲后阶段,但各组成板件之间仍然存在板组效应的影响,使得C形截面翼缘与U形截面翼缘的屈曲变形方向一致,即协调屈曲,但这种屈曲作用已不再具有线性特性。基于试验结果,对GB 50018—2016和AISI-S100—2012中直接强度法(DSM)进行了验证。由于这两种方法计算理论中均未考虑承载试件局部屈曲后非线性的受力状况,使得两种方法的计算结果均存在误差,随着高厚比的增大,GB 50018—2016计算的试件承载力逐渐偏于保守,DSM计算结果逐渐偏于不安全。

组合体结构随机地震动响应的简明解法

在两相邻结构间设置耗能阻尼器能有效降低结构在地震作用下的响应,文中对相邻建筑结构设置Maxwell型阻尼器而形成组合体的结构地震动响应进行了研究。频域法中,结构响应功率谱表示为频率响应特征函数模值平方项(称之为频率响应特征值函数)与随机激励功率谱的乘积,文中提出了响应功率谱二次正交化法并获得了结构系列响应(绝对位移与层间位移)0~2阶谱矩及方差的简明封闭解。首先,综合复模态法与虚拟激励法提出了组合体结构频率响应特征值函数的二次正交式;其次,运用留数定律给出胡聿贤地震谱的二次正交式,由此求解出组合体结构响应功率谱密度函数的二次正交式;最后,得到了组合体结构系列响应0~2阶谱矩及方差的简明封闭解。通过算例验证了所提方法的正确性,并验证了相邻结构间设置连接阻尼器具有良好的减震性能。

单自由度混联Ⅱ型惯容系统随机地震动响应分析

提出了基于Clough-Penzien谱的混联Ⅱ型惯容结构地震动响应封闭解的计算方法,并基于所提方法研究了单自由度混联Ⅱ型惯容结构的减震性能及影响因素.首先,建立混联Ⅱ型惯容结构的运动方程,获得了结构位移与惯容出力等结构响应频域解的统一表达式.其次,基于有理式分解与留数定理分别获得了频率响应特征值函数与Clough-Penzien谱的二次正交式,进而获得了结构响应功率谱的二次正交式.最后,得到了结构与惯容随机地震动响应0~2阶谱矩的简明封闭解.利用所提方法和虚拟激励法分别对一算例进行分析,验证了所提方法的正确性;同时,利用所提方法分析了惯容各参数对结构抗震性能的影响.研究表明:该文方法获得的响应解为封闭解,在计算效率与计算准确性上都优于虚拟激励法.当μ_(ω)不变时,随着μ_(m)与μ_(ξ)增大,减震性能增强;当μ_(ω)=1时,对减震性能的影响最大.

混联Ⅰ型惯容系统基于李鸿晶谱的地震响应分析

针对设有混联Ⅰ型惯容系统的耗能结构基于李鸿晶谱的响应分析较为繁琐的问题,提出求解地震响应的简明封闭解法,并研究了惯容系统基本参数对减震性能的影响。首先,建立惯容系统和结构之间的微分型本构关系,并运用复模态法和虚拟激励法获得结构系列响应的统一解。其次,将结构系列响应的功率谱密度函数精确转化为复特征值及结构自振频率平方和表示的二次分解式,进而获得响应0阶~2阶谱矩的简明封闭解。最后,通过数值算例验证了所提方法的正确性及计算的高效性,对惯容系统参数的研究表明,当惯容系数和阻尼系数越大,结构减震效果越好,而刚度系数对结构的减震效果取决于惯容系统名义圆频率与结构自振圆频率的比值,当两者比值为0.9时减震效果最好。

基于最大耗能增效原则的惯容减震系统解析设计公式

惯容减震系统在高效吸能的同时可放大其内部耗能装置的变形,从而提高耗能减震效率,此耗能增效特性是惯容减震系统的关键机理,可作为物理意义明确的惯容系统设计原则。但目前惯容耗能增效设计方法的计算公式复杂,不便应用。为充分发挥惯容系统的耗能增效特性,提出以“最大耗能增效”为设计原则,以满足性能需求为直接导向,进而推导出解析形式的惯容减震系统设计公式。基于随机振动理论得出了单自由度惯容减震结构在白噪声激励下均方响应的解析式,并结合极值条件及零固有阻尼假定完成了惯容系统最优参数的推导。在解析公式的基础上给出了惯容减震系统基于最大耗能增效原则的设计流程,并编制相应程序进行了单自由度惯容减震结构的算例设计与验证。算例分析结果验证了该文设计原则与解析公式的正确性与有效性。

未知发射机位置的闭式解椭圆定位方法

研究了发射机位置未知时的椭圆定位问题,提出了一种低复杂度的目标和发射机位置联合估计的三步闭式求解方法。首先,利用直接路径测量值构造一个广义信赖域子问题(Generalized Trust Region Subproblem,GTRS)以得到发射机的估计位置;然后,将所估计的发射机位置代入间接路径模型,以此构造另外一个GTRS估计目标位置;最后,通过构造线性加权最小二乘问题联合估计目标和发射机的误差项,同时补偿前两步的估计误差,从而进一步提高了定位精度。所提算法的三个步骤均存在闭式解,且具有极低的计算复杂度。理论性能分析和仿真验证表明,所提方法的均方误差在大噪声时能够趋近于克拉美-罗下界(Cramer-Rao lower bound,CRLB),在特定环境下与现有方法相比具有更优的性能。

未知信号传播速度下存在时钟同步和传感器误差的多基地定位算法

现有未知信号传播速度场景下的多基地定位算法在实际场景中受地形、遮挡等因素影响可能无法利用直接路径获取测量值.同时,这些算法引入了较多辅助变量,在相对较少数目发射站和接收站场景下也无法实现定位.为了弥补这些不足,本文对未知信号传播速度下存在时钟同步误差和传感器位置误差的多基地定位问题开展研究,并提出一种新的闭式算法.所提算法包含两个阶段,第一阶段利用发射站-目标-接收站这一间接路径的时延观测量,基于单一辅助变量构建矩阵方程,随后通过加权最小二乘技术给出初始解.第二步利用未知参数与单一额外变量的关系修正初始估计值,进一步提升定位精度.理论分析表明所提算法在适度的误差条件下可实现克拉美罗下界(Cramer Rao Lower Bound, CRLB),且在较少数目发射站和接收站场景下仍可实现目标位置和信号传播速度估计.仿真实验进一步验证了理论分析,同时表明所提算法定位精度优于现有算法.

一种仿人形五指灵巧手的运动学封闭解与仿真研究

针对一种复杂结构的仿人灵巧手,利用几何分析方法建立了灵巧手的运动学解析模型,并借助数值仿真软件对建立的模型进行了分析与验证。该灵巧手具有五个独立活动的手指,每根手指的指关节通过连杆机构耦合,由直线伺服电机驱动完成手指的运动。论文通过分析手指驱动机构的几何关系对指间关节解耦,求解灵巧手的正逆运动学封闭解;基于Adams仿真软件,建立灵巧手的运动学仿真模型,仿真结果表明,求解的灵巧手运动学解析模型正确、有效,并在此基础上分析了五指灵巧手的工作空间。

随机风振作用下非对称悬挂结构响应及等效风振力研究

针对非对称悬挂结构在随机风振作用下动力响应分析复杂的问题,提出其在顺风向作用下水平和竖向耦合振动响应的分析方法。首先,建立非对称悬挂结构在顺风向脉动风振作用下水平和竖向耦合振动的动力方程,利用实模态振型分解法获得以实模态广义坐标表示的风振动方程,并利用有限元软件获得实模态振动参数;然后,基于复模态法和虚拟激励法获得悬挂结构位移、速度、实模态广义坐标等响应量的统一形式频域解,并基于二次式分解法获得了上述响应量谱矩和方差的简明封闭解以及非对称悬挂结构在顺风向风荷载作用下结构等效风振力的计算式;最后,通过算例分析,验证了所提封闭解的正确性,并研究了非对称悬挂结构动力响应及等效风振力受广义坐标的影响。研究表明,在顺风向风荷载作用下,结构将同时产生横向与竖向振动,且竖向振动不可忽略。