带有双手力觉反馈的人机交互系统设计

力觉反馈可以在人机交互的过程中营造出沉浸感,而双手可以实现比单手更为复杂、精细的操作。因此,设计了一种带有双手力觉反馈的人机交互系统。该系统使用两个多自由度力觉反馈装置捕捉、跟踪操作人员手部位置并提供力反馈。系统实验结果表明,该系统可在500 mm×500 mm×420 mm工作空间内精确跟踪双手位置,跟踪误差小于0.8 mm,并可提供高达20 N的反馈力和0.4 N·m的反馈力矩。通过应用实例验证了系统的有效性。实例任务结果表明,带有双手力觉反馈的任务完成时间大大短于单手力觉反馈和无力觉反馈的任务完成时间。     

灌溉变化对华北平原地下水可持续利用的影响

针对华北平原地下水可持续利用问题,利用校准好的分布式水文MIKE SHE模型,考虑灌溉变化对地下水利用的影响,设定3种情景（现状保持型情景MS1、灌溉水量改变情景MS2和灌溉频率改变情景MS3）对华北平原未来20 a地下水利用进行预测。结果表明：(1)3种情景下华北平原未来20 a地下水水位均呈下降趋势,MS1、MS2和MS3下地下水水位年均降幅分别为0.335～1.648、0.298～1.588和0.303～1.607 m/a,东部沿海和京津地区出现了较严重的地下水降落漏斗问题,灌溉变化对地下水降落漏斗缓解效果并不显著。(2)灌溉变化在一定程度上能促进华北平原地下水水位和含水层储量恢复,且减少灌溉频率的作用大于降低灌溉水量的作用;相对于MS1, MS2和MS3可使含水层储量在20 a后分别恢复0.06 m和0.12 m。(3)采用灌溉变化无法彻底解决华北平原地下水水位和含水层持续消耗问题,须与其它措施结合,才能从长远角度保证华北平原地下水可持续利用。研究成果可为水资源规划与管理提供科学的依据和建议。     

地下水人工回灌和停采对地面沉降控制的影响分析

地面沉降是全世界主要的工程地质灾害之一,而地下水超采是造成地面沉降的主要原因之一。为研究地下水人工回灌和停采对北京平原地面沉降的影响,采用三维地下水模型和情景设计法,设计3个情景(保持现状、人工回灌和地下水停采)对北京平原区域及沉降中心的沉降速率进行模拟。结果表明:保持现状、人工回灌和地下水停采等情景下北京平原在2015、2020和2030年的区域地面沉降分别为24 mm/a左右、12. 7～23. 2 mm/a及12. 4～23. 7mm/a,沉降中心地面沉降分别为39. 30～158. 62 mm/a、21. 09～165. 83 mm/a及16. 5～162. 95 mm/a;人工回灌和地下水停采对研究区地下水水位和含水层储存量的恢复以及地面沉降的控制有显著的促进作用,但地下水停采的效果要优于人工回灌的效果;只有综合考虑社会经济发展和地面沉降控制,才能既控制地面沉降的恶化,又保证北京平原社会的可持续发展。     

变化环境对华北平原地下水可持续利用的影响研究

针对华北平原地下水利用中存在的问题,采用分布式水文MIKE SHE模型,考虑人类活动（农业节水措施和南水北调工程）和气候变化等变化环境的影响,通过设定4大类情景（每类情景中均设定了3类气候变化子情景）模拟了2019-2028年华北平原地下水的利用状况。结果表明：农业节水措施和南水北调工程等人类活动对华北平原地下水水位、水均衡和含水层储量有较大的影响;相对于现状保持型情景(SQM),模拟期末(2028年12月31日)农业节水型情景(AWS)、南水北调工程供水型情景(SNWDP)和综合利用型情景(CU)下华北平原饱和含水层储量分别增加0.168、0.558和1.433 m;气候变化对华北平原地下水的影响量级与人类活动的影响相当,且地下水水位、水均衡和含水层储量变化的方向和大小均与未来气候条件的干湿程度呈正相关关系,到模拟期末,相对于现状保持型情景(SQM),湿润、正常和干旱的气候情景下华北平原饱和含水层储量分别为增加0.972~2.239 m、增加0.119~1.540 m和减少0.372~0.940 m;只有综合考虑各种引水和节水措施,多管齐下,才能保证华北平原地下水的可持续利用。     

西藏拉萨河232Th分布特征与所致内照射剂量分析

利用拉萨河中下游和堆龙曲支流16个采样点水样,采用ICP-MS测量水样中的²³²Th含量,获得了研究区水体中²³²Th分布特征与所致内照射剂量。结果表明,拉萨河水体中²³²Th含量低于全国地表水平均含量和世卫组织规定的饮用水标准,但高于长江流域诸河与额尔齐斯河。²³²Th含量在中游沿程先降后升,在下游波动变化,在堆龙曲支流沿程下降,同时²³²Th含量随纬度的增大和经度的减小而上升。²³²Th与Cl^-有一定的同源性,与Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-、HCO₃^-及TDS有一定的异源性,说明拉萨河周边碎屑岩颗粒在高温高压、风化等作用下由补给水流向河流输送了²³²Th和Cl^-。拉萨河流域居民由饮水途径所摄入的放射性核素²³²Th所致的内照射待累积剂量当量平均值低于世卫组织推荐的参考值,说明拉萨河河水的放射性水平是安全的,不会对饮用拉萨河河水的居民和动物造成健康危害。     

气候变化和人类活动影响下北京市需水量预测

气候变化和人类活动是影响陆面水文循环过程及水资源供需平衡最重要的两大驱动因素。采用综合、系统的方法构建了北京市需水量预测模型,并考虑了诸多因素及其相互关系,对不同用水部门的需水量进行了计算。结果表明:①2019～2030年期间,北京市总需水量将至少增长15.1%(最多增长33.8%),相应的缺水量为3.94亿～19.22亿m~3;②气候变化将在很大程度上影响北京市的水平衡,跨流域调水和水资源保护技术在缓解水资源短缺方面发挥着重要的作用;③鉴于模型采用的需水量计算方法具有普遍性、情景设计和分析过程具有可移植性,所建立的SD模型可以推广至其他特大城市进行需水量的预测及分析。     

蛇形磁路多片式磁流变液阻尼器设计

提出了一种大输出阻尼力矩,低初始阻尼力的小体积多片式磁流变液阻尼器的设计方法。阻尼器内部的导磁元件、隔磁元件和间隙中磁流变液构成闭合的蛇形磁路。针对漏液的问题采用铁磁密封的设计思想,显著减小了转轴处的摩擦力。基于Bingham塑性模型分析了磁流变液的力学特性,导出了阻尼器的力矩模型,采用ANSYS Maxwell软件对阻尼器进行了有限元分析,验证了磁路的准确性,并在原始设计的基础上对阻尼器的结构进行了优化,研制出了一种小体积磁流变液阻尼器。在自主搭建的实验平台上进行力矩测量实验和响应时间测量实验,实验结果验证了该阻尼器具有大输出力矩,低初始阻尼力和低响应时间的特点。阻尼器的直径为33.6 mm,高度为21.6 mm,重约200 g,当输入电流为1.2 A时,产生的力矩为350 N·mm,达到了操作者抓取虚拟物体所需的力矩。     

拉萨河流域河水重金属分布特征及污染风险评价

在分析拉萨河流域中下游和支流堆龙曲16个采样点水样的水质理化性质的基础上,对拉萨河流域主要重金属的含量和分布进行了分析,并运用综合污染指数法对其进行了污染风险的初步评价。结果表明,拉萨河流域As、Cd、Fe、Cu、Zn和Mn 6种重金属含量未超过《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中Ⅰ类水的标准。这6种重金属含量与pH间均不存在显著相关性,其中Cd、Cu、Mn的污染具有一定的同源性,而As、Mn、Fe、Cu的污染是多源的。拉萨河流域中游、下游、支流堆龙曲和整个流域的重金属污染综合指数分别为0.048、0.192、0.072和0.117,污染程度的分级均是无污染。由于人类活动更加密集,拉萨河流域下游的重金属污染指数明显高于中游和支流堆龙曲。     

包气带水分迁移离心模拟的可行性探讨

包气带水分运动是污染物运移及水、汽、热运动的主要驱动力,对于研究“四水”转换、地下水来源、水资源开发利用、生态保护及人类的生产生活都具有十分重要的意义。然而,能否将离心模拟应用于包气带水分迁移仍存在争议。通过建立离心场内一维包气带水分迁移的理论和数值模型,选用4套文献数据进行验证,探讨了将离心机用于包气带水分迁移的可行性。结果表明:①数值模型能够很好地重现文献中包气带水分迁移过程,与实验数据匹配较好;②分析物料守恒误差发现,当时间步长和空间步长取值都足够小时,数值模拟结果的质量能够保证为优秀;③离心模拟技术应用于包气带水分迁移是可行的;④离心模拟时加速度分布不均会导致模型底部的水分迁移滞后于原型,使用更高的离心加速度能够减轻这种现象。     

车联网可见光通信系统夜间背景光噪声模型

车联网可见光通信不仅受大气湍流影响，同时受交通灯、路灯、汽车前后灯和高亮度广告牌等背景光干扰，传统的光强闪烁模型不能准确描述. 文中针对车联网可见光通信系统信道特性进行了分析，提出了一种采用双高斯函数叠加表示的夜间车联网可见光通信系统的背景光噪声模型，通过不同地区和不同天气下的实测数据采用该模型进行数值拟合，以验证该模型的有效性. 结果表明，雨天的概率密度分布与晴天的概率密度分布没有明显的区别，且路灯光强起伏要小于其他光源产生的光强起伏. 该模型对于车联网可见光信道模型建立以及噪声去除具有一定的研究意义.