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海洋技术学报 2024年第3期43卷 25-33页

作者：李俊徐靖昌詹凯程阳锐长沙矿冶研究院有限责任公司深海矿产资源开发利用国家重点实验室湖南长沙410012 大连理工大学运载工程与力学学部辽宁大连116024

为了高效稳定开采深海矿物资源,需要对深海采矿系统水下作业进行监测、维护。按照实际应用需要,自主研制了一款辅助海底多金属结核开采的水下巡检机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)。本文基于计算流体动力学方法,研究了ROV在进退... 详细信息

为了高效稳定开采深海矿物资源,需要对深海采矿系统水下作业进行监测、维护。按照实际应用需要,自主研制了一款辅助海底多金属结核开采的水下巡检机器人(Remotely Operated Vehicle,ROV)。本文基于计算流体动力学方法,研究了ROV在进退和升沉两种主要运动模式下的阻力、表面压强及流场流线特点,同时采用滑移网格方法对螺旋桨仿真,分析了螺旋桨转动对ROV水动力性能的影响。结果表明:ROV在前进和下潜时具有较好的水动力性能,螺旋桨转动对ROV腔体内部流场及尾流区域产生梳流导流作用,减小了ROV负压区及航行阻力,后退和上升时螺旋桨转动则加剧内部流场紊乱,恶化了ROV水动力性能。

关键词：深海采矿 ROV 螺旋桨扰动水动力性能流场

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基于无人机的颗粒物监测系统开发及应用研究

基于无人机的颗粒物监测系统开发及应用研究

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作者：王彤华西北农林科技大学

学位级别：硕士

颗粒物会污染大气环境从而危害人们身体健康,及时准确监测颗粒物的污染情况,对大气环境治理及保证人们的身体健康具有重要意义。目前对颗粒物的监测主要是以地面定点监测为主,虽监测精度可靠,但监测能力有限,机动性较差,不能灵活监测区... 详细信息

颗粒物会污染大气环境从而危害人们身体健康,及时准确监测颗粒物的污染情况,对大气环境治理及保证人们的身体健康具有重要意义。目前对颗粒物的监测主要是以地面定点监测为主,虽监测精度可靠,但监测能力有限,机动性较差,不能灵活监测区域垂直空间的颗粒物浓度分布情况;无人机技术具有可操作性强、机动性灵活等优点,能够作为搭载平台快速的对空中的颗粒物浓度进行监测。颗粒物污染对人们的身体健康造成了严重危害,从而引起了社会各界的极大关注,并且对颗粒物的防治国家和民众都做出了积极的应对措施,植物和绿地群落作为缓解大气颗粒物污染的重要途径之一,植被能有效的吸附与移除空气中的颗粒物。因此,开发无人机颗粒物监测系统及研究作物群落垂直空间的颗粒物分布规律对颗粒物及时准确监测与颗粒物污染防控具有重要意义。本文选用多旋翼无人机作为颗粒物监测系统的搭载平台开发了无人机颗粒物监测系统。该系统可对空中的细颗粒物（PM2.5）和可吸入颗粒物（PM10）进行垂直和水平面监测,同时将该系统应用于农田垂直空间的颗粒物分布规律的探究。本文的主要研究内容和结论如下:（1）本研究设计了一套无人机颗粒物监测系统,包括六旋翼无人机平台、机载颗粒物监测系统和地面远程控制系统。机载的颗粒物监测系统主要由数据采集与处理模块、无线数传模块、存储模块、GPS模块等进行集成,能够将监测数据及地理位置与时间信息远程传输到地面远程控制端。地面远程控制系统可对数据进行实时显示和存储,而且能够进行系统监测频率的远程设置与存储方式的自主选择。（2）为确保无人机颗粒物监测系统监测数据的可靠性,在杨凌示范区空气质量监测站进行了标定测试实验,结果表明该系统与监测站的数据相关性较高。针对无人机螺旋桨扰动对测量颗粒物浓度的影响,本研究设计了无人机螺旋桨扰动测试实验,设立了定点监测塔作为参考值,无人机监测系统与定点监测塔上的系统同时工作进行对比实验,提出了校正螺旋桨扰动效应的方法,校正后系统监测PM2.5和PM10浓度的MRE分别达到6.2%和6.6%,在一定程度上减少了无人机螺旋桨扰动引起的偏差,因此可以用于不同垂直高度和水平面的监测,从而进一步保证了无人机颗粒物监测系统的可靠性。为确保无人机颗粒物监测系统飞行监测的实用性,对系统的垂直高空的实际通信成功率进行了测试,经过测试在0～500 m通信稳定。同时对该系统进行了垂直和水平方向上的飞行应用测试,系统工作稳定,从而进一步保证了无人机颗粒物监测系统在进行垂直和空间立体监测的可行性和实用性,也为研究农田垂直空间的颗粒物分布规律提供了技术支持。（3）将该系统应用于农田,对不同农作物垂直空间的颗粒物浓度进行了监测。本研究在早中晚三个时间段内,对玉米不同水分处理区（A、B区）、草地和向日葵上方的颗粒物浓度、温湿度和作物生长参数进行了监测。经过数据处理分析得到以下结论:a.向日葵和草地垂直空间颗粒物浓度的在一天内不同时间段的变化具有差异性,其在早上的时间段内PM2.5和PM10浓度呈现最大。b.在同一时间段内,不同作物之间存在较为明显的差异性。其中,在早中晚三个时间段内颗粒物浓度的垂直时空变化规律分别为早上:草地＞向日葵＞玉米;中午:草地＞玉米,草地＞向日葵;晚上:玉米＞草地,向日葵＞草地。c.不同水分胁迫处理下玉米A区和B区作物生长参数的不同在一定程度上影响颗粒物浓度的垂直变化规律。d.草地的颗粒物浓度与温湿度之间的关系:颗粒物浓度与温度之间呈负相关;颗粒物浓度与湿度呈正相关。

关键词：无人机 PM2.5 PM10 监测螺旋桨扰动空间分布规律

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