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基于ROS2-pixhawk的无人机路径规划

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基于ROS2-pixhawk的无人机路径规划

作者：池晓壮防灾科技学院

学位级别：硕士

随着无人机技术的快速发展,其在复杂环境下的应用需求日益增长,特别是在灾害救援、农业监测、环境巡查等领域。然而,复杂环境中的障碍物避让和路径规划问题是无人机应用的难点问题。本文针对基于ROS2-Pixhawk的无人机系统,开展了路径规... 详细信息

随着无人机技术的快速发展,其在复杂环境下的应用需求日益增长,特别是在灾害救援、农业监测、环境巡查等领域。然而,复杂环境中的障碍物避让和路径规划问题是无人机应用的难点问题。本文针对基于ROS2-Pixhawk的无人机系统,开展了路径规划算法的研究与仿真测试,旨在提高无人机在复杂环境下的自主导航能力。本文主要针对传统路径规划算法在复杂环境下的局限性,提出了一种改进的局部路径规划EGO-planner方法的算法。该算法避免了构建耗时的欧几里得符号距离场(ESDF),通过改进EGO-planner前端搜索A*算法的评价函数,引入了飞行能耗代价,减少了算法陷入局部最优的可能性。并通过斐波那契优化原有的Open List列表,提高了路径规划的效率和质量。此外,对路径平滑化过程进行了细致的调整和优化,有效减少了路径中的抖动和不平滑现象,从而提高了无人机的飞行质量和安全性。为了验证改进算法的有效性,本文构建了一个综合的仿真验证平台,通过构建无人机的运动模型,在仿真环境中模拟了无人机的物理行为,为路径规划算法提供了测试基础。还探讨了不同类型的地图构建方法,包括几何特征地图、拓扑地图和栅格地图,以及它们在无人机路径规划中的应用。结合了ROS2和Gazebo的优势,提供了软件层面的仿真环境,并搭建了硬件平台以实现虚实映射的仿真。通过在仿真环境中模拟真实无人机的传感器数据,验证了算法在接近真实条件下的有效性。实验结果表明,改进的EGO-planner算法在路径质量、计算效率和成功率方面均表现出色,尤其是在迭代次数和计算时间上具有显著优势。综合来看,本项研究为无人机在多障碍环境中进行有效路径规划的问题提供了技术性解决方案。未来的研究可以在算法优化与并行化、多无人机协同路径规划、自适应环境感知与学习等方面进行深入,为促进无人机路径规划技术的进步,并为无人机在更多元化应用场景中的实施打下坚实的技术根基。

关键词：无人机路径规划 ROS2-Pixhawk EGO-planner 仿真测试虚实映射仿真

模糊数学和神经网络法在基桩超声检测中的综合评价研究

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模糊数学和神经网络法在基桩超声检测中的综合评价研究

作者：聂池洋安徽建筑大学

学位级别：硕士

随着基础建设的大力发展,大直径基桩在工程中的使用越来越多,由于基桩大多数情况属于隐蔽工程,其质量受到多方面因素的影响,如果质量发生问题的基桩没有在使用之前检测出来,就会对后续的工程埋下安全隐患。因此,对于大直径基桩的质量检... 详细信息

随着基础建设的大力发展,大直径基桩在工程中的使用越来越多,由于基桩大多数情况属于隐蔽工程,其质量受到多方面因素的影响,如果质量发生问题的基桩没有在使用之前检测出来,就会对后续的工程埋下安全隐患。因此,对于大直径基桩的质量检测一直是工程中的重点内容。在大直径基桩检测中,声波透射法由于适用范围广、检测准确度较高的优点而被广泛的使用。但声波透射法获取到的声学参数多,数据量大,使用传统的单因素判别法无法全面和准确的评判基桩的质量。现有的综合评判标准又过于依赖检测人员的个人经验,具有一定的主观性。本文采用模糊数学理论构建模糊综合评价体系对声波透射法的检测数据进行深入分析,进而对基桩完整性做出评价。本文还在模糊综合评价关于各评价因素隶属函数的基础上,进一步构建神经网络综合评价模型对基桩质量做出评价。主要研究内容如下:(1)国内外超声检测的发展历史以及声波透射法现有判据的适用性及不足。超声波的基本原理以及纵波在混凝土中传播的规律,同时对比混凝土的声学参数与混凝土质量的关系。声波透射法的检测装置以及声测管的埋设布置和管距修正方法,对比三种现场检测技术的具体特点,比较分析判定方法的优劣,说明继续对综合判据方法进行改进具有必要性。(2)对模糊数学理论进行研究,分析确定各声学参数在基桩质量评价中的权重值,建立基于声波透射法的模糊综合评价模型。同时将模糊综合评价法在工程实例中进行相应的验证,与传统评价方法进行对比,当单因素分析方法发生矛盾时,模糊综合评价依然可以对其做出准确的评价,得到较好的评判效果。(3)对BP神经网络进行研究,选取实例的基桩测点数据,对声速、波幅、频率等因素,基于模糊综合评价模型已经建立的隶属函数方程,再结合神经网络法自身的优势特点,进行相应的编程对其进行归一化处理,并在网络中进行训练模拟,使用MATLAB构建的神经网络模型对基桩质量完整性的评价进行仿真,在计算过程方面,使用相应的编程,取代繁琐的计算过程;在各因素权重占比确定方面,采用神经网络法,得到的权重更加客观,同时评价结果可以直接输出,最后将得到的结果与实际结果进行比较,说明方法的可行性。图[29]表[9]参[63]

关键词：超声波法模糊数学神经网络基桩综合评价

颗粒增强钛基复合材料车削加工材料去除过程研究

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颗粒增强钛基复合材料车削加工材料去除过程研究

作者：朱池磊盐城工学院

学位级别：硕士

颗粒增强钛基复合材料(Particle-reinforced titanium matrix composites,简称PTMCs),是以Ti-6Al-4V钛合金为基体,通过在其中加入高硬度和高模量增强相的一种新型金属基复合材料。PTMCs具备卓越的物理力学性能,包括高强度、高硬度以及... 详细信息

颗粒增强钛基复合材料(Particle-reinforced titanium matrix composites,简称PTMCs),是以Ti-6Al-4V钛合金为基体,通过在其中加入高硬度和高模量增强相的一种新型金属基复合材料。PTMCs具备卓越的物理力学性能,包括高强度、高硬度以及高比模量,为航空航天、生物医疗和汽车船舶等领域带来广泛的应用前景,但由于软基与增强颗粒之间的力学和热性能不匹配,诱发多种类型的材料去除形式以及加工表面缺陷。因此,本文首先开展PTMCs车削试验,建立PTMCs图像识别系统,整合数据构建PTMCs切削仿真模型,基于PTMCs车削试验验证PTMCs仿真模拟准确性的同时对PTMCs的材料去除过程进行动态分析,本研究对后续开展高效低损伤车削加工具有重要意义。主要研究内容包括:(1)针对5vol.%PTMCs,在CNYC-6140数控机床上,采用五组切削速度与五组切削深度分别开展单因素车削试验,采用压电法对切削力进行采集,采用热电偶法测量刀尖区域温度,收集切屑用于后续观测。标注PTMCs车削试验观测结果中的增强颗粒,构建增强颗粒数据集导入YOLOv5模型,并基于数据集优选算法阈值大小,建立具备较高准确性的PTMCs图像识别系统。基于PTMCs车削试验与图像识别数据构建PTMCs切削仿真模型。(2)构建一种基于图像识别表征PTMCs切削去除过程的二维微观有限元模型。基于PTMCs实际微观结构,综合考虑材料物理属性(钛合金基体、Ti C颗粒增强相以及颗粒-基体粘结界面),并赋予相应材料属性。开展以切削速度和切削宽度的单因素仿真模拟试验,在验证仿真模型准确性的同时分析关键切削参数对切削力与切削温度的影响。研究结果表明:PTMCs切削仿真模型在预测切削力与切削温度方面误差均在15%以内,仿真模型具备一定的准确性。切削速度增大时Ti C颗粒的去除过程发生改变,进而导致切削力的峰值变大,切削宽度增大时刀具与颗粒的相对路径发生改变,进而导致动态切削力曲线趋势发生改变。(3)探究二维PTMCs切削仿真模型的材料去除机制。针对椭圆颗粒模型与图像识别颗粒模型增强的两种PTMCs切削仿真模型,首先开展颗粒断裂过程对比分析、切屑成形过程对比分析以及加工表面缺陷对比分析,然后对材料去除过程引起的动态切削力与切削温度的变化曲线进行对比分析,最后综合分析两种切削仿真模型的优劣,为后续颗粒增强复合材料切削加工有限元仿真提供优选方案。

关键词：颗粒增强钛基复合材料材料去除机制图像识别建模椭圆颗粒模型切削仿真模型

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充电无人机IPT系统恒流恒压输出研究

充电无人机IPT系统恒流恒压输出研究

作者：韦泫池西安理工大学

学位级别：硕士

由无人机携带无线充电发射源对目标执行充电任务的装置称为充电无人机(Charging Unmanned Aerial Vehicles,CUAV),其可为远离电网的无线传感器网络进行电能补充,被认为是满足物联网设备灵活能源需求的有效解决方案,有广阔的发展前景。... 详细信息

由无人机携带无线充电发射源对目标执行充电任务的装置称为充电无人机(Charging Unmanned Aerial Vehicles,CUAV),其可为远离电网的无线传感器网络进行电能补充,被认为是满足物联网设备灵活能源需求的有效解决方案,有广阔的发展前景。为满足充电需求,要求充电无人机具有先恒流后恒压两种输出模式。同时,由于无人机的特殊性,系统需关注无人机落点位置偏移和机身轻量化设计。感应式无线电能传输(Inductive Power Transfer,IPT)有充电速度快、效率高的优点而被广泛应用。因此,本文选取IPT为充电无人机无线充电方案,在考虑IPT系统发射端轻量化、系统抗偏移和负载变化的同时,对充电无人机IPT系统恒流恒压输出进行研究。对IPT系统引入高阶补偿网络并分别设计恒流、恒压输出频率点,以频率切换实现负载变化下恒流恒压分阶段输出,相较于采用DC-DC、变补偿网络结构和变补偿网络参数等方式,其在传输效率、功率密度和控制复杂度上更具优势。基于此,本文选用S-LCC高阶补偿网络,该网络发射端采用单电容补偿,接收端采用LCC网络补偿,在满足发射端轻量化设计需求的同时保留了输出特性设计的自由度,并从零相角(Zero Phase Angle,ZPA)输入下系统恒流、恒压输出工作频率点的设计和抗偏移展开研究。本文首先根据充电无人机IPT系统的应用特点和需求,确定系统主电路结构,并建立互感等效模型。然后对系统ZPA条件下恒流、恒压输出特性的谐振条件进行了分析推导,得出两种满足系统输出特性的参数设计方案。从系统具有更高功率密度角度,对两方案进行对比,分析了系统参数设计方法并对系统参数进行设计,系统通过切换工作频率即可实现恒流恒压输出切换。另外,根据ZPA条件下恒流、恒压输出的谐振条件,分析了耦合系数变化对于系统输出特性的影响,通过补偿参数调节使得系统在耦合系数变化下依然保持负载无关的恒流恒压输出特性,并给出了抗偏移方案和系统控制策略。最后搭建仿真和实验平台,结果表明系统具有良好的恒流恒压输出能力,且系统偏移容忍范围符合当前无人机降落水平要求,验证了系统参数设计方法和抗偏移方案理论分析的正确性。

关键词：充电无人机感应式无线电能传输(IPT) 恒流恒压 ZPA

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X轨道建筑公司核心员工流失问题研究

X轨道建筑公司核心员工流失问题研究

作者：高池亮湖北大学

学位级别：硕士

羧甲基壳聚糖/纳米银抗菌剂的制备及缓释性能研究

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化工新型材料 2024年第1期52卷 274-279页

作者：李森池张扬北京林业大学材料科学与技术学院北京100083

以羧甲基壳聚糖(CMCS)、银氨溶液为主要原料,采用微波辐射法合成具有缓释抗菌作用的羧甲基壳聚糖/纳米银(CMCS-Ag)抗菌剂。研究反应时间与温度对CMCS-Ag抗菌剂中纳米银生成量的影响,以较优条件制备抗菌剂并通过紫外-可见光谱、X射线衍... 详细信息

以羧甲基壳聚糖(CMCS)、银氨溶液为主要原料,采用微波辐射法合成具有缓释抗菌作用的羧甲基壳聚糖/纳米银(CMCS-Ag)抗菌剂。研究反应时间与温度对CMCS-Ag抗菌剂中纳米银生成量的影响,以较优条件制备抗菌剂并通过紫外-可见光谱、X射线衍射、透射电镜及红外光谱对抗菌剂进行结构表征,与商用纳米银进行对比测试,对CMCS-Ag抗菌剂的抗菌性能与Ag^(+)缓释性能进行评价。结果表明:羧甲基壳聚糖与银氨溶液比例为100mg∶0.4mmol时,在70℃、40min条件下制备出CMCS-Ag抗菌剂的纳米银含量最高,纳米银浓度为(1250±2.8)mg/L;CMCS-Ag抗菌剂中纳米银晶型良好且粒径较小,平均粒径为(26±0.12)nm,能够均匀地负载于CMCS网状结构中;CMCS-Ag抗菌剂对大肠杆菌最小抑菌浓度为7.81mg/L、对金黄色葡萄球菌为15.63mg/L,抗菌效果优于商用纳米银;CMCS-Ag抗菌剂240h累计Ag^(+)释放浓度为(26±0.5)μg/L,Ag^(+)释放总量低于商用纳米银,Ag^(+)缓释性能优于商用纳米银。

关键词：羧甲基壳聚糖纳米银抗菌性能缓释性能

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褪黑素通过SIRT1-BMAL1通路减轻神经病理性疼痛的机制研究

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安徽医科大学学报 2024年第3期59卷 442-447页

作者：王镇池李锐安徽医科大学第二附属医院麻醉与围术期医学科合肥230601 麻醉与围术期医学安徽普通高校重点实验室合肥230601

目的评价褪黑素对神经病理性疼痛夜间加重的影响,并通过特异性沉默信息调节因子1(SIRT1)-脑和肌肉ARNT样蛋白1(BMAL1)通路探讨其机制。方法96只SPF级雄性C57/B6小鼠,随机分为3组:假手术(S)组、神经病理性疼痛模型(NP)组和NP模型+褪黑素... 详细信息

目的评价褪黑素对神经病理性疼痛夜间加重的影响,并通过特异性沉默信息调节因子1(SIRT1)-脑和肌肉ARNT样蛋白1(BMAL1)通路探讨其机制。方法96只SPF级雄性C57/B6小鼠,随机分为3组:假手术(S)组、神经病理性疼痛模型(NP)组和NP模型+褪黑素治疗(NP+M)组;术前试验小鼠置于指定光照模式环境中;采用12 h光照与12 h黑暗交替环境,持续至少两周,将自然时间转换为授时时间(ZT),光照起点定为ZT0;S组小鼠仅分离坐骨神经,NP组和NP+M组采用坐骨神经慢性缩窄性损伤制备小鼠NP模型,NP+M组术后注射10 mg/kg褪黑素;Western blot法检测术后14 d各时点脊髓的SIRT1、BMAL1和谷胱甘肽过氧化酶1(Gpx1)表达量的变化;术后通过免疫荧光技术对脊髓背角SIRT1和脊髓神经元标志物神经元特异性核蛋白(NeuN)、小胶质细胞激活标记物离子钙结合适配器分子1(iba-1)、星形胶质细胞标记物胶质纤维酸性蛋白(GFAP)进行共染色,并检测各时点iba-1以确定小胶质细胞激活状态。结果与NP组ZT10时点相比,NP组小鼠术后14 d ZT22时点SIRT1、BMAL1和Gpx1降低(P<0.05);与NP组ZT14时点相比,NP+M组ZT14时点SIRT1与BMAL1升高(P<0.05),而Gpx1于ZT18时点升高(P<0.05)。SIRT1在脊髓背角与小胶质细胞共表达;与ZT10时点相比,NP组小鼠术后14 d ZT22时点小胶质细胞表达降低(P<0.05);与ZT10时点相比,NP+M组小鼠术后14 d ZT22时点小胶质细胞表达差异无统计学意义。结论褪黑素可以减轻神经病理性疼痛夜间加重,其机制可能与激活小胶质细胞SIRT1-BMAL1通路蛋白表达有关。

关键词：神经病理性疼痛昼夜节律抗氧化褪黑素小胶质细胞谷胱甘肽过氧化酶1

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基于加权模体度的航线网络节点重要性评估指标

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北京交通大学学报 2024年第4期48卷 53-64页

作者：杨文东池雨林南京航空航天大学民航学院南京211106

针对加权模体度影响航线网络节点重要性评估结果的问题,提出基于度和加权模体度的航线网络节点重要性评估指标:综合加权模体度.综合加权模体度包括综合加权三元模体度和综合加权四元模体度.引入加权聚类系数、加权度中心性、加权中介中... 详细信息

针对加权模体度影响航线网络节点重要性评估结果的问题,提出基于度和加权模体度的航线网络节点重要性评估指标:综合加权模体度.综合加权模体度包括综合加权三元模体度和综合加权四元模体度.引入加权聚类系数、加权度中心性、加权中介中心性和加权紧密中心性4个指标,通过网络鲁棒性评估策略和节点影响力评估策略评价综合加权模体度指标的有效性.以6家航空公司的航线网络为实验数据集,验证提出的综合加权模体度指标的有效性和适用性.研究结果表明:相比于加权聚类系数、加权度中心性、加权中介中心性、加权紧密中心性和综合加权三元模体度指标,根据综合加权四元模体度的节点重要性排序结果对6家航空公司航线网络的节点进行攻击时,网络效率和最大连通子图相对大小下降最快;以综合加权四元模体度指标计算的重要性排名前10的节点作为初始感染节点集时,6家航空公司航线网络中的免疫节点数上升速度最快;感染率在传播阈值附近取值时,综合加权四元模体度的节点重要性排序结果更接近传染病(Susceptible-Infectious-Recovered,SIR)模型的节点重要性排序结果,尤其是在网络规模和聚类系数较小的航线网络中.根据网络鲁棒性评估策略和节点影响力评估策略分析结果,综合加权四元模体度能更有效和准确地评估加权航线网络的节点重要性.

关键词：航空运输节点重要性评估加权模体度网络鲁棒性

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白纹伊蚊细胞色素P450 CYP4H42v2蛋白生物信息学分析

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中国病原生物学杂志 2024年第5期19卷 544-549,554页

作者：黄琳梁秋果杨天皓杨绚汤红日龚英刘晖莫兴泽黔南民族医学高等专科学校贵州都匀558000 遵义医科大学病原生物学教研室

目的运用生物信息学方法预测分析白纹伊蚊细胞色素CYP4H42v2蛋白的结构与功能。方法基于白纹伊蚊基因组数据库筛选出CYP4H42v2基因并进行PCR验证;利用在线软件Expasy分析该基因编码的CYP4H42v2蛋白的理化性质和亲疏水性;利用HMMTOP vers... 详细信息

目的运用生物信息学方法预测分析白纹伊蚊细胞色素CYP4H42v2蛋白的结构与功能。方法基于白纹伊蚊基因组数据库筛选出CYP4H42v2基因并进行PCR验证;利用在线软件Expasy分析该基因编码的CYP4H42v2蛋白的理化性质和亲疏水性;利用HMMTOP version 2.0和SignalP 4.1 server分别预测CYP4H42v2蛋白的跨膜结构域以及信号肽;运用NetPhos、NCBI-Conserved domains、SOPMA、SWISS-MODEL、IEDB在线程序分别预测CYP4H42v2蛋白潜在的磷酸化位点、保守域结构、蛋白二级、三级结构及其抗原表位;对其编码的氨基酸序列进行同源比对,利用MEGA X软件构建系统进化树,通过STRING数据库对其蛋白互作网络进行预测。结果CYP4H42v2基因全长1664 bp,开放阅读框为1508 bp,编码502个氨基酸;无信号肽,存在跨膜结构域,为疏水性蛋白,有潜在的磷酸化位点和保守域结构;CYP4H42v2蛋白具有α螺旋、β折叠结构和互变异构酶活性;CYP4H42v2蛋白具有18个抗原表位,在STRING数据库共鉴定出11个相关基因以及43个互作关系。结论利用生物信息学方法预测分析白纹伊蚊CYP4H42v2基因,发现其编码蛋白存在潜在抗原表位,且具有多个磷酸化位点,为CYP4基因在白纹伊蚊抗药性机制的研究中发挥的作用提供理论基础。

关键词：白纹伊蚊 CYP4 序列分析功能蛋白

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