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四旋翼无人机轨迹规划方法研究及系统设计与实现

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四旋翼无人机轨迹规划方法研究及系统设计与实现

作者：宋家欢东南大学

学位级别：硕士

近年来,随着通信、材料、控制等技术的不断进步,无人机行业也迎来了一轮快速的发展。四旋翼无人机凭借其体积小、机动性强、隐蔽性高等特点,在军用领域和民用领域都得到了广泛的应用。轨迹规划技术作为无人机应用的重要支撑,已经成为国... 详细信息

近年来,随着通信、材料、控制等技术的不断进步,无人机行业也迎来了一轮快速的发展。四旋翼无人机凭借其体积小、机动性强、隐蔽性高等特点,在军用领域和民用领域都得到了广泛的应用。轨迹规划技术作为无人机应用的重要支撑,已经成为国内外研究的热点。但是,目前的轨迹规划方法仍然存在着安全性不高、不能很好地处理环境中的动态障碍物等问题。本文对四旋翼无人机轨迹规划方法进行了研究,针对其存在的问题对现有的方法进行了改进,同时设计并实现了一个四旋翼无人机轨迹规划系统,其研究内容概括如下:(1)研究了面向高安全性的全局轨迹规划方法。本文采用了一种两段式的全局轨迹规划方法,在前端路径搜索部分,结合ESDF地图对传统的A*搜索算法进行改进,通过在代价函数中增加安全代价项提高了路径与障碍物之间的距离,同时提出了一种拓扑等价的路标点提取算法,能够在降低路标点数量的同时保持路径的安全性。在后端轨迹生成部分,本文使用分段的多项式曲线对轨迹进行表示以满足轨迹的平滑性,并且提出了一种环境自适应的时间分配方案,使无人机的速度与环境的安全程度呈正相关,从而进一步提高了轨迹的安全性。最后,通过仿真实验证明了该方法的有效性。(2)研究了动态环境下的局部轨迹重规划方法。首先,使用DBSCAN聚类算法对障碍物的点云数据进行聚类,并对相邻帧的聚类结果进行匹配以获得不同障碍物在连续多帧下的位置序列,再利用最小二乘法实现对障碍物的速度估计。接着,本文提出了一种时空域下高效的碰撞检测方法,以判断重规划的触发时机。在轨迹优化部分,本文使用准均匀B样条曲线对无人机的局部轨迹进行表示,并结合障碍物的速度信息提出了一种时空域下的轨迹优化方法。最后,通过仿真对比实验证明了本文提出的方法能够有效地提升无人机在动态环境下的自主避障能力。(3)设计并实现了一个四旋翼无人机轨迹规划系统。本文基于ROS机器人操作系统构建了无人机轨迹规划系统的软件部分,并使用深度摄像头、机载电脑等设备自主搭建了无人机硬件平台。通过在户外环境下的真机飞行实验,验证了系统的有效性,同时也证明了本文提出的轨迹规划方法能够应用到真实环境中。

关键词：无人机轨迹规划安全性动态环境 B样条曲线

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机械剩余使用寿命预测模型的增量学习方法

计算机集成制造系统 2024年第4期30卷 1397-1407页

作者：董家欢邱清盈管成浙江大学机械设计研究所浙江杭州310027

机械剩余使用寿命预测模型依据设备状态监测数据样本进行寿命预测,当样本模式发生变化时,基于原模式样本训练好的模型在新模式样本上的预测表现往往较差。为使模型保留对原模式样本的处理能力,同时拓展出针对新模式样本的处理能力,提出... 详细信息

机械剩余使用寿命预测模型依据设备状态监测数据样本进行寿命预测,当样本模式发生变化时,基于原模式样本训练好的模型在新模式样本上的预测表现往往较差。为使模型保留对原模式样本的处理能力,同时拓展出针对新模式样本的处理能力,提出了3种增量学习方法:第一种方法使用新模式样本与原模式样本的标签值构建损失函数;第二种方法在第一种方法基础上增加了模型参数初始化步骤;第三种方法在第一种方法的损失函数中增加了表示当前模型与原模型参数分布差异的正则化项。在涡扇发动机数据集上进行了不同学习方法的对比实验,结果表明所提方法实现了增量学习的目标,其中第三种方法在模型预测准确度和模型训练时长两方面取得了最优的综合表现。

关键词：剩余使用寿命涡扇发动机深度学习增量学习

钢管混凝土柱冲击动力响应的等效单自由度方法研究

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钢管混凝土柱冲击动力响应的等效单自由度方法研究

作者：宋家欢西南交通大学

学位级别：硕士

钢管混凝土结构凭借承载力高、抗震性能优越、施工简便等诸多优点在工程项目中得到广泛应用。作为承重构件的钢管混凝土柱如果遭受到横向冲击等偶然荷载作用,将会造成重大的人员伤亡和财产损失。本文先采用LS-DYNA有限元软件对轴压作用... 详细信息

钢管混凝土结构凭借承载力高、抗震性能优越、施工简便等诸多优点在工程项目中得到广泛应用。作为承重构件的钢管混凝土柱如果遭受到横向冲击等偶然荷载作用,将会造成重大的人员伤亡和财产损失。本文先采用LS-DYNA有限元软件对轴压作用下的钢管混凝土柱的抗冲击性能展开研究,然后基于等效单自由度方法,计算钢管混凝土柱的冲击动力响应。研究内容如下:1.根据试验结果,验证了 LS-DYNA软件计算的可靠性。然后建立了两种不同钢管壁厚的构件有限元模型。计算结果发现,当冲击高度较小时,在一定的轴压比范围内,适当施加轴力能够提高钢管混凝土构件的抗冲击性能;当冲击高度较大时,即使在较小的轴压比范围内,轴力的存在也会急剧削弱钢管混凝土构件的抗冲击性能。2.从仿真结果可以看出,轴压作用下的钢管混凝土柱的冲击力时程曲线一般分为具有平台段和没有平台段两种形式,为了便于等效单自由度方法的计算,按照冲量相等的原则将实际复杂的冲击力时程曲线简化为矩形脉冲和三角形脉冲形式,在一定情况下得到的位移误差较小。3.推导了轴压作用下钢管混凝土柱受跨中冲击等效单自由度体系的运动微分方程,并给出了矩形脉冲和三角形脉冲荷载的位移响应通解。采用等效单自由度方法计算了各种仿真工况的位移响应,对比位移最大值发现,当冲击速度较小时,一般可以将冲击力时程简化成矩形脉冲荷载,此时得到的最大位移值与LS-DYNA的仿真结果误差较小;当冲击速度较大时,一般需要将冲击力时程简化成三角形脉冲荷载,此时计算结果的误差比矩形脉冲相对较大;在小轴压范围内,轴压比增大时,误差会减小;增加钢管厚度,结构产生的位移减小,误差也减小。

关键词：钢管混凝土柱冲击轴压等效单自由度有限元分析

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啤酒酿造过程中萜烯类物质演化过程的研究

啤酒酿造过程中萜烯类物质演化过程的研究

作者：宋家麟齐鲁工业大学

学位级别：硕士

啤酒中的萜烯类物质是赋予啤酒独特香气的重要成分,主要来源于酒花。萜烯类物质包括单萜烯、倍半萜烯等,其中芳樟醇、香叶醇等是贡献啤酒酒花香气的重要成分。在啤酒酿造过程中酵母会影响啤酒中萜烯类物质的含量和组成,芳樟醇转化为香... 详细信息

啤酒中的萜烯类物质是赋予啤酒独特香气的重要成分,主要来源于酒花。萜烯类物质包括单萜烯、倍半萜烯等,其中芳樟醇、香叶醇等是贡献啤酒酒花香气的重要成分。在啤酒酿造过程中酵母会影响啤酒中萜烯类物质的含量和组成,芳樟醇转化为香茅醇和橙花醇,而香叶醇转化为芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇等。为探究啤酒酿造过程中萜烯类物质的演化过程,不同品种的酒花/酵母结合可能在萜烯类物质的含量、组成及变化上存在的差异。首先进行了不同酒花/酵母结合对啤酒中萜烯类物质含量影响的筛选实验,分析其不同酒花/酵母之间萜烯类物质含量影响,实验选取了4种酒花(拿盖特、彗星、西姆科、卡斯卡特)与4种酵母(US-05、S-33、K-97、BY4741)结合进行筛选实验,通过GC-MS检测分析其发酵过程中萜烯类物质含量变化,结果表明,西姆科酒花与K-97酵母结合进行发酵时,芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量高于其他酒花与酵母的结合,整体分析GC-MS数据中的萜烯类物质,其西姆科酒花与K-97酵母结合进行发酵要更优于其他酒花与酵母的结合。为了进一步的研究萜烯类物质的演化过程,选用西姆科酒花与啤酒酿造酵母K-97和酵母BY4741分别进行发酵实验,同时在发酵过程中设置干投酒花与未干投酒花进行对比,分析萜烯类物质在不同酒花添加方式下含量的不同,对成品啤酒风味变化的影响。转录组结果分析表明,将未干投酒花的BY4741酵母与K-97酵母啤酒酿造实验进行对比,通过GO富集分析和KEGG富集分析,发现在萜烯类骨架生物合成途径中7个基因(HMG1、ERG12、IDI1、MVD1、ERG20、ERG13、ERG10)处于高表达,而这些基因主要作用在甲羟戊酸(MVA)途径和异戊二烯焦磷酸酯(IPP/DMAPP)途径上,甲羟戊酸(MVA)途径和异戊二烯焦磷酸酯(IPP/DMAPP)途径是萜烯类物质酵母代谢的两种主要途径,基因的高表达有可能有助于萜烯类物质的生物合成与转化,同时GC-MS和感官品评实验证实了啤酒酿造酵母K-97在啤酒酿造过程中对于萜烯类物质的富集影响要优于酵母BY4741。GC-MS检测分析发酵过程中萜烯类物质含量变化的结果显示,在使用不同酵母进行啤酒发酵实验中,用K-97酵母进行发酵实验时,干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.229μg/L、0.213μg/L、0.174μg/L、1.024μg/L,未干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.016μg/L、0.103μg/L、0.033μg/L、0.076μg/L;用BY4741酵母进行发酵实验时,干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.184μg/L、0.184μg/L、0.106μg/L、0.932μg/L,未干投酒花发酵中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇含量分别为0.014μg/L、0.088μg/L、0.024μg/L、0.059μg/L,验证了干投酒花比未干投酒花在发酵过程中芳樟醇、香茅醇、橙花醇、α-松油醇等萜烯类物质含量要高,在啤酒酿造过程中使用K-97酵母要比使用BY4741酵母进行发酵实验产生的萜烯类物质的含量要更高。通过GC-MS检测分析的结果与转录组中萜烯类骨架生物合成途径的基因高表达形成对照,进一步验证了萜烯类物质演化的过程。本课题探究了在啤酒酿造过程中萜烯类物质演化的过程,通过转录组分析结合GC-MS结果分析证实有可能萜烯类骨架生物合成途径以及关键基因,在啤酒发酵过程中对萜烯类物质含量的上升,以及提高感官品评验证具有正面影响,同时,不同酒花添加方式对成品酒的风味、口感等也有影响,为实现在啤酒酿造过程中减少对特定酒花的依赖以及实际啤酒酿造生产提供了理论基础。

关键词：啤酒花萜烯类化合物啤酒酿造转录组分析 GC-MS

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“同一健康”与生态治理的学理契合与实践

医学与哲学 2024年第11期45卷 13-17,28页

作者：万家欢曾特清杭州医学院公共卫生学院浙江杭州311399 杭州医学院马克思主义学院浙江杭州311399

“同一健康”是基于多学科的合作努力,在区域、国家和全球范围内开展工作,以实现人类、动物和环境的最佳健康。在探讨“同一健康”理念的起源发展、内涵特征与国内外共识,明确其与辩证自然观的理论契合性、融入我国生态治理的实践可行... 详细信息

“同一健康”是基于多学科的合作努力,在区域、国家和全球范围内开展工作,以实现人类、动物和环境的最佳健康。在探讨“同一健康”理念的起源发展、内涵特征与国内外共识,明确其与辩证自然观的理论契合性、融入我国生态治理的实践可行性的基础上,探究“同一健康”观念在本土化拓展进程中所需面对的诸多挑战,主张通过强化政策融入、府际合作、学科建设使其更好发挥理论引领作用,使之更加适契生态治理需要,促进人与自然和谐共处。

关键词：同一健康生态治理学理契合

一个保证波函数在含时的势场中幺正演化的算法

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华东师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期 121-127页

作者：宋家莹董光炯华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室上海200241

数值求解波函数的演化是量子力学研究的重要内容.很多数值算法针对不含时的势能而发展;然而有很多物理问题其势能是含时的,在这种情况下,以前发展的算法不能保证波函数幺正演化.为此,针对含时的势场发展了保证幺正演化的Crank-Nicolson... 详细信息

数值求解波函数的演化是量子力学研究的重要内容.很多数值算法针对不含时的势能而发展;然而有很多物理问题其势能是含时的,在这种情况下,以前发展的算法不能保证波函数幺正演化.为此,针对含时的势场发展了保证幺正演化的Crank-Nicolson算法,同时采用四阶精度的Numerov算法实现了高精度的空间离散差分.数值结果证明,这个新算法能保证波函数演化的幺正性和稳定性.

关键词：含时的势能含时Schr?dinger方程 Crank-Nicolson算法 Numerov算法

顾及时变特性的时序极化SAR图像自适应超像素生成方法

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遥感学报 2024年第4期28卷 1066-1075页

作者：叶家伟汪长城高晗沈鹏宋天祎胡驰浩中南大学地球科学与信息物理学院长沙410083

超像素生成是对象级数据处理体系的重要预处理步骤,这对于拥有大数据量的多时相、多极化SAR数据的高效处理和应用具有很大的现实意义。针对单时相超像素分割方法没有充分利用地物在时序上完整散射信息的问题,本文综合利用时序极化SAR数... 详细信息

超像素生成是对象级数据处理体系的重要预处理步骤,这对于拥有大数据量的多时相、多极化SAR数据的高效处理和应用具有很大的现实意义。针对单时相超像素分割方法没有充分利用地物在时序上完整散射信息的问题,本文综合利用时序极化SAR数据观测充分、可描述时变特性等优势,提出了一种基于简单线性迭代聚类(SLIC)模型的多时相极化SAR影像自适应超像素生成方法。该方法首先联合多个时相的极化协方差矩阵,基于Wishart分布计算时序极化SAR相似性距离;然后利用多时相极化SAR数据进行梯度计算,检测图像边缘;最后提出一种基于多时相极化SAR边缘检测的同质性测度因子,用于自适应平衡极化距离和空间距离的权重关系。本文使用8景Radarsat-2全极化SAR影像,从可视化效果和定量精度两个方面评价方法有效性。相关结果表明,本文方法优于单时相极化SAR超像素生成方法和现有的多时相极化SAR超像素方法,超像素能够有效贴合研究区域地块边界,是一种有效的超像素生成方法。

关键词：遥感极化SAR 图像分割 SLIC算法超像素多时相

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人工智能在平面设计中的应用研究

猫疱疹病毒Ⅰ型gIgE基因缺失毒株的构建及生物学特性分析

设计 2024年第3期9卷 895-901页

作者：宋涛赵欢长春理工大学文学院，吉林长春

随着科技的发展，人工智能的出现为平面设计提供了新的创作方法，也使设计的发展方向与途径发生了改变。平面设计作为艺术创意工作的重要部分之一，也开始探索如何利用人工智能技术提升设计效率与创意水平。本文旨在深入研究人工智能在... 详细信息

随着科技的发展，人工智能的出现为平面设计提供了新的创作方法，也使设计的发展方向与途径发生了改变。平面设计作为艺术创意工作的重要部分之一，也开始探索如何利用人工智能技术提升设计效率与创意水平。本文旨在深入研究人工智能在平面设计中的应用，分析其对平面设计的影响，并探讨未来发展趋势。

关键词：人工智能平面设计图像生成 Artificial Intelligence Graphic Design Image Generation

来源：博看期刊评论

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南京农业大学学报 2024年第3期47卷 515-521页

作者：张晶晶孙慧敏宋家升鲍恩东南京农业大学动物医学院江苏南京210095 浙江迪福润丝生物科技有限公司浙江杭州310051

[目的]为了开发一种能够预防感染、阻止潜伏期建立的猫疱疹病毒Ⅰ型(FHV-1)弱毒疫苗,利用同源重组以及CRISPR/Cas9技术将FHV-1的gIgE基因替换为红色荧光蛋白基因(RFP)。[方法]构建针对gIgE基因的3条sgRNA及表达Cas9蛋白的质粒,将含有sg... 详细信息

[目的]为了开发一种能够预防感染、阻止潜伏期建立的猫疱疹病毒Ⅰ型(FHV-1)弱毒疫苗,利用同源重组以及CRISPR/Cas9技术将FHV-1的gIgE基因替换为红色荧光蛋白基因(RFP)。[方法]构建针对gIgE基因的3条sgRNA及表达Cas9蛋白的质粒,将含有sgRNA及Cas9蛋白的质粒与含有RFP的转移载体共转染到猫肾细胞(F81),通过噬斑纯化以及有限稀释方法进行病毒纯化,以重组病毒感染F81细胞连续10代验证其遗传稳定性,通过测定重组病毒以及亲本病毒H07的病毒滴度、一步生长曲线以及判断噬斑大小评价其生物学特性。[结果]成功构建了FHV-1 gIgE基因缺失毒株并将其命名为FHV-ΔgIgE-RFP;提取重组病毒DNA,通过PCR验证gIgE基因无目的条带,表明重组病毒纯化成功,再通过PCR验证RFP基因有目的条带,表明重组病毒成功插入外源基因。病毒滴度测定结果显示,与亲本病毒相比重组病毒的病毒滴度下降了90%;在F 1—F 10连续传代过程中RFP荧光表达且无减弱现象,表明重组病毒可稳定表达外源基因;测定FHV-ΔgIgE-RFP以及H07的生长曲线,重组病毒的生长趋势与亲本病毒大致相同,表明插入外源基因并不会改变病毒本身的生长特性;噬斑观察及染色结果显示,在病毒感染细胞前、后期,重组病毒的噬斑都小于亲本病毒,表明缺失gIgE基因后病毒毒力下降。[结论]成功构建并筛选出FHV-1 gIgE基因缺失致弱毒株,为开发疱疹病毒弱毒活载体疫苗奠定了基础。

关键词：猫疱疹病毒Ⅰ型(FHV-1) 致弱毒株重组病毒病毒筛选