基于非线性理论的推移质输沙率公式

基于非线性理论的尖点突变模型,分析了水流条件和泥沙颗粒在床面相对位置对泥沙输移过程的非线性动力学特征的影响,得到尖点突变模型的状态变量和控制变量,建立了定性描述泥沙输移的尖点突变模型,并通过坐标变换和拓扑变换,构建了非线性推移质输沙率公式。经与推移质输沙率实测资料、基于同理论推移质输沙率公式和经典推移质输沙率公式对比,分析了低强度输沙时不同公式计算结果存在差异和高强度输沙时计算精度发生突变的原因,讨论了泥沙起动切应力对输沙率公式的影响,验证了本文公式具有良好的适用性,证明了本文非线性推移质输沙率公式是合理的。     

基于阻力特性的粗糙度计算方法

床面粗糙度Ks是沙粒阻力计算的重要因素，对流速分布、推移质运动及输沙率等问题的研究具有重要的意义。基于阻力特性，综合考虑水沙条件，建立了以泥沙中值粒径、非均匀系数、水力半径和床面坡度为变量的床面粗糙度计算公式。经实测资料验证，并与其他学者的计算方法进行均方差分析对比发现，基于非均匀沙的Ks计算方法的计算精度明显高于基于均匀沙的Ks计算方法；本文公式既适用于均匀沙粗糙度计算，也适用于非均匀沙粗糙度计算，且计算精度明显高于其他学者的计算精度；床面沙波及泥沙输移对公式计算精度的影响均较小，沙波的影响程度小于泥沙输移的影响程度。     

斜坡上的推移质输沙率公式

为了获得理论更全面、应用范围更广的推移质输沙率公式,基于数理统计方法及力学分析方法,借鉴Engelund推移质输沙率模型,研究了斜坡上推移质输沙率问题。在分析斜坡上泥沙颗粒受力的基础上,考虑了水流近底作用流速的随机性及床面上泥沙颗粒分布的随机性,推导出了斜坡上泥沙起动概率;探讨改进了单位床面上泥沙颗粒数和推移质运动速度的计算式,得到了文中推移质输沙率公式。采用不同坡度的实测资料进行验证,并与其他经典公式计较,结果表明,在不同坡度的情况下文中公式都有较好的适用性,且精度较高。     

弯道推移质横向输沙规律与床面平衡机理

弯道推移质运动直接影响弯道输沙特性、床面形态和河湾演变。弯道推移质输移有4个典型规律,即同岸输移远大于异岸输移、推移质成带性、形成横向底坡和床沙横向分选。归纳了5家推移质横向输沙强度公式,并选择Parker公式分析了推移质横向输沙强度与横向底坡的关系。结果表明,随着横向底坡变大,从凹岸向凸岸的输沙强度将变小,当横向底坡变大到某个临界值时,输沙强度为零;当横向底坡继续变大,推移质输移的方向发生改变,推移质将从凸岸指向凹岸的输移,输沙强度随底坡的变大而变大。弯道床面的凹岸陡坡和凸岸缓坡横向平衡机理各不相同,凹岸陡坡受泥沙水下休止角、横向环流、床沙粒径、床沙分选的制约,而凸岸缓坡主要受上游来沙、横向环流、床沙粒径、床沙分选的影响。弯道床面横向平衡机理关键在于推移质颗粒静力平衡或力矩平衡,横向床沙分选机制使得底坡必须经历反复的动态调整过程,床沙分选总是朝着减小横向底坡方向进行。     

弯道推移质同异岸输移的时空演变模拟

野外及室内实验观测均表明,弯道内的推移质泥沙运动同时存在着沿河道同岸和异岸的输移,然而对于同异岸输移的比例以往文献中还存在着很大的分歧。本文采用平面二维水沙数学模型CCHE2D模拟固定河岸大曲率弯道(中心线为110°正弦派生曲线)内的水沙运动,定量地描述了床面变化过程中泥沙同异岸输移的时空演变规律。计算结果表明,大曲率弯道在平床到冲淤平衡的发展过程中存在两个高强度冲刷区,即凸岸边滩上游区和凹岸区。凸岸边滩上游冲起的泥沙绝大部分都沿河道同岸输移到同一边滩下游;凹岸冲起的泥沙则先以同岸输移为主,待河床变形稳定后,受主流贴近凹岸的影响,异岸输移逐渐占优,绝大部分推移质颗粒都集中在"凹岸—过渡段浅滩—凹岸"这条输沙带内运动。     

非均匀悬移质泥沙弥散速度本构方程

天然河流中泥沙由非均匀颗粒组成，泥沙的非均匀性对于水沙运动和河床演变过程具有重要影响。然而目前非均匀悬移质泥沙研究中很少考虑不同粒径颗粒相互作用，颗粒相互作用对非均匀沙悬浮的贡献仍不明确。本文旨在建立非均匀悬移质泥沙弥散速度本构方程，其可反映非均匀泥沙悬浮的主要力学机制。首先，基于固液两相流理论，建立非均匀沙挟沙水流的两相流方程，充分考虑不同粒径颗粒相互作用力，并推导挟沙水流两相浑水方程以避免相间作用耦合复杂的问题。其次，为封闭两相浑水方程，引入弥散速度的概念，建立非均匀沙各粒径组弥散速度本构方程，揭示非均匀沙悬浮本质上是浑水紊动、颗粒自身作用、其他粒径颗粒作用三种作用共同影响的结果。最后，基于非均匀沙弥散速度本构方程得到非均匀悬移质泥沙的输沙方程，分析非均匀沙浓度垂线分布规律，将其应用于明渠恒定均匀流中，计算的非均匀沙浓度垂线分布与实验数据能较好地吻合。相对于均匀沙公式，在浓度相对较高、粒径差异大的条件下，非均匀沙公式的计算值与实验值符合得更好，进一步验证了非均匀沙弥散速度本构方程能够从力学本质上反映不同粒径颗粒相互作用对颗粒悬浮的影响机制。     

黄河下游游荡段非均匀悬沙输移特点

黄河下游水流含沙量大,河床调整迅速,河道输沙能力变幅大,输沙过程与规律复杂。因此研究黄河下游泥沙输移规律,是研究河床变形过程、预测河道发展趋势的基础,对水沙治理与河道整治规划具有重要的现实意义。本文以黄河下游游荡段为对象,基于1986—2015年游荡段实测水沙资料与地形资料,分析了花园口-夹河滩河段与夹河滩-高村河段的非均匀沙输移特点。研究结果表明：①输沙率经验公式的相关性与泥沙粒径有关,泥沙粒径越小,输沙率经验公式的相关性越好,细沙的相关系数可达0.99。②排沙比与来沙系数、河相系数均呈负相关,且河相系数较大时,排沙比变幅较小。夹河滩-高村河段的中沙排沙比与来沙系数、河相系数的相关关系较其他粒径组泥沙更为密切,花园口-夹河滩河段则分别为细沙和粗沙排沙比。③在同时考虑了水沙条件与断面形态对河段排沙比的影响之后,输沙率经验公式的精度明显提高,相关系数在0.48 ~ 0.65之间。     

明渠非恒定流推移质输沙试验研究

为研究明渠非恒定流输沙特性,本文建立了一套非恒定流流速、水深、流量及推移质输沙率测量系统。进行了9组恒定流输沙及3组非恒定流输沙试验,结果表明:恒定流条件下Einstein公式比Meyer-Peter公式具有更好的精度;非恒定流的推移质输沙强度与水流强度变化存在不同步的现象,长时间平均输沙率大于恒定流结果。     

清水冲刷下非均匀卵石床面粗化过程及分选模式

在一定的水流条件下,滚动是卵石河床上推移质的主要运动形式,由于不同粒径颗粒的移动距离不同,床面泥沙将发生分选输移,最终形成以不动粗颗粒为主体的粗化稳定结构。本文主要研究清水冲刷条件下非均匀卵石床面粗化过程及分选模式。通过引入滚动力学模型,运用数值计算方法计算了不同情况下滚动颗粒的运动轨迹,构建了非均匀卵石床面经清水冲刷后的级配计算模式,并通过一个实际算例计算出了不同时刻不同河床段经冲刷后的级配变化过程以及冲刷稳定后的级配曲线。本文的理论成果适用于卵石的滚动运动,为研究卵石河床的分选过程提供了一种理论计算方法。     

都江堰卵石推移质输沙规律研究

以都江堰二王庙水文站9年实测的卵石推移质输沙率资料和对应的水力参数为基础，选用6个有代表性的公式进行了分析计算和对比。结果表明，可以采用沙莫夫公式计算起动流速，计算输沙率应考虑床面不动颗粒所占比例的影响。当采用各自定义的代表粒径时，只有爱因斯坦公式能适用。当统一采用D35时，各公式都具有较好的精度和适用性。     

架空线路绝缘喷涂异物检测识别及机器人运动轨迹规划

异物侵入不仅影响输配电线网绝缘漆喷涂,更会影响电网安全运行。为此,需要开展输电架空线路绝缘喷涂异物检测、识别与清除的智能化方案研究。文中构建了基于分段映射直方图图像增强预处理、基于光流法图像区域特征分离提取、基于改进Camshift算法动态异物跟踪识别的异物检测、识别、跟踪方案;构建了基于关节空间的机械臂D-H运动学模型,采用五项式插值法进行机械臂空间运动轨迹规划;构建了基于双层结构模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)的异物高精度控制视觉伺服控制方案,实现异物抓取的高精度控制。试验结果表明异物检测、识别、跟踪算法具有高鲁棒性,能够有效增强图像,提取复杂环境下的特征矩形区域,实现有遮挡情况下的动态异物跟踪;多关节机械臂空间运动轨迹算法具有良好连续平稳性,有效满足机械臂始终指向待抓取异物中心点;基于MPC的视觉伺服控制能够满足机械臂异物抓取的高精度控制。     

Robust Road Modeling and Tracking Using Condensation

In this paper, we present a robust road detection and tracking method based on a condensation particle filter for real-time video-based navigation applications. The image is divided into horizontal strips, and vanishing point (VP) detection is performed on each image strip. We propose a method for estimating the density of road boundary line segments in the image so that VP detection in an image strip takes into account the detection results in the neighboring image strips. This use of contextual information for VP detection leads to more accurate detection results. The estimated road parameters are then used to initialize the condensation tracker. Experiments using real road videos demonstrate the robustness of our method to difficult road conditions due to the presence of partial occlusion, shadows, and road signs.      

一种新型变步长自适应谐波检测算法

提出了一种改进的变步长自适应谐波电流检测方法,它利用滑动积分器提取跟踪误差,并采用带有自调整因子的模糊调整器来动态调整算法的步长,从而提高了谐波检测的动态响应速度与稳定精度。为了简化系统设计并易于硬件DSP实现,采用了非均匀量化的模糊化和清晰化规则,而且由于存在自调整因子,此模糊调整器可根据检测系统的实际情况对调整规则进行自动、实时的调整,增强了整个算法的鲁棒性。通过实验证明该算法动态性能良好,可以快速地跟踪负载电流的突变。     

基于圆周灰度分布互相关的颗粒转速判别方法

开发了一种基于颗粒圆周灰度分布互相关的计算机算法用于所拍流化床流场图像中颗粒转速的判别。该方法利用数字图像处理技术进行图像中颗粒的识别、筛选和定位,进而根据颗粒的圆周灰度分布在两幅图像中的变化计算颗粒的转速。通过对已知转速和旋转方向的小球的验证实验表明：所提出的转速判别方法能够比较准确地测量旋转轴垂直或近似垂直于拍摄平面的颗粒,并有效地过滤掉其他颗粒的干扰,保证了测量的可靠性。对转速测量的误差进行分析,提出了灰度修正方法以减弱颗粒灰度分布不均对转速测量的影响,指出考虑各因素后,所开发的转速判别方法的误差小于10%。     

基于无迹粒子滤波算法的发电机动态状态估计

同步相量测量单元(PMU)能够直接获取发电机动态过程中的功角等量测数据,由于实际的量测数据中含有随机噪声,为了得到更精确的发电机状态信息,有必要对量测数据进行滤波处理。提出一种基于无迹粒子滤波(UPF)的发电机动态状态估计新方法。首先,该方法基于发电机四阶动态方程建立了发电机动态状态估计模型,其次,在粒子滤波(PF)的框架下,该方法采用无迹卡尔曼滤波(UKF)求解PF的重要性密度函数,且在生成预测粒子的过程中使用了最新的量测信息,使得粒子的分布更加接近真实状态的后验概率分布。最后,通过美国西部系统协调委员会(WSCC)3机9节点系统和某实际电网系统的算例测试,将所提算法与UKF及PF的性能进行了对比。仿真结果表明,UPF在估计精度及对噪声的鲁棒性方面均优于PF与UKF。     

螺纹钢性能测试视频引伸计研究

针对目前视频引伸计在实际应用中存在的做标记困难、标记在试验中容易发生脱落的问题，面向螺纹钢性能测试，研究了一套无需特殊人工标记，基于螺纹钢自身的纹理特征就可实现高精度位移跟踪测量的视频引伸计系统。介绍了视频引伸计测量系统的硬件组成、选型和基本工作原理。主要对所采用的图像匹配算法进行了研究，分析讨论了匹配模板位置和大小的选取、基于曲面拟合的亚像素定位算法以及动态测试中匹配模板的更新等问题。最后通过静态试验、刚性位移试验和动态试验验证了该视频引伸计系统能够保证测量的实时性和准确性。     

基于FPGA的动态目标识别与跟踪系统设计

为满足动态目标识别与跟踪系统对实时性、低功耗和小型化的要求，设计了一种以FPGA为核心的电路系统，辅以OV7670视频采集模块和VGA接口显示器，实现对视频图像进行采集、处理、矩形框标识，最终实现对动态的识别、跟踪和显示。其中，对图像的处理部分由FPGA完成，包括缓存、灰度处理、改进的位运算中值滤波、背景前景分离、帧间差分法与背景差分法融合进行运动目标检测与跟踪等，充分利用FPGA的高速并行处理的特点，结合片内RAM高速处理和片外SDRAM大容量特性，实现对视频数据的处理和存储。同时，系统具有抗干扰性较强、小巧、灵活、低功耗、通用性及可扩展性强等特点，既适合工业领域，又适合家居使用。