跳台跳水体型校正系数的建模分析

针对运动员的体型对跳台跳水动作完成时间的影响,在原有跳水难度系数计算规则的基础上,提出一种新的体型校正系数的计算方法.首先分析了影响跳水难度系数的主要因素,建立了难度系数与影响因素之间的多元线性回归模型.其次基于动量矩定理和角动量守恒原理,对跳水动作进行分类并分别进行分析,建立人体在空中绕旋转轴运动的动力学方程,得到完成各跳水动作的时间与运动员体型之间的关系.最后建立体型校正系数计算模型,对原难度系数进行修正.修正后的难度系数在保证一定合理性的情况下,能够更加准确地反应不同体型运动员完成跳水动作的真实难度.     

跳台跳水的物理模型分析和体型修正

通过建立Euler-Poinsot刚体运动模型,模拟人体在跳台跳水时的运动情况.并且在此基础上建立左右非对称和前后非对称的运动模型,用于模拟复杂的转体跳水和屈体抱膝跳水.运动刚体模型详述了旋运动的动力学原理并导出各物理参数之间定量关系,能够求解模型得出运动员完成各个跳水动作的时间,进而得出该时间与运动员体型(身高,体重)之间的关系.随后设置了体型扰动因子,解析与身高、体重及体型扰动因子有关的体型校正系数,求解了体型校正公式用于所有跳水动作难度系数的修正.通过与现有的难度系数打分规则对比,模型不仅真实有效,还在部分动作上更具有公平性.     

关于跳台跳水体型系数设置的建模分析

主要研究了运动员的体型对跳水动作难度系数影响的问题.首先,根据附件1的信息,建立四种分析模型,得到受体型影响的主要跳水动作是翻腾和转体,它们的难度系数需要分段进行体型系数校正;其次,根据斜抛运动、机械能守恒定律、平行轴定理和角动量定理等相关物理知识,分别建立了基于身高、体重的完成跳水动作的两个时间模型,得到入水时间限制,以及体型限制每一个运动员入水前可进行翻腾转体动作的最大半周数;然后,确定校正系数设置的必要性,并利用多元非线性回归方法,及采集到的运动员身高、体重和成绩等数据,构建了体型校正系数确定方法的模型,得到与每一位运动员体型匹配的校正系数;最后,基于问题二约束条件、问题三所建立的模型,计算运动员的动作难度系数校正结果.建立的关于跳台跳水体型系数设置的模型,有效避免了体型对跳水动作难度系数的影响,使得难度系数的设置更加合理.     

融合神经网络与数值计算的人体逆向运动学求解

人体逆向运动学问题是人体运动合成、人体运动捕获和理解的基本问题.由于人体关节链式系统的复杂性,人体逆向运动学方程往往存在多解或无解的情形.传统的方法通常采用解析或数值迭代方法求解逆向运动学问题,在给定足够多约束的情形下能够得到比较好的解,但无法处理少量约束下生成自然的人体姿态问题.近年来,从大规模数据集中学习统计模型参数的思想被广泛运用,求解人体逆向运动学的机器学习方法中经典工作|混合Gauss逆向运动求解模型(Gaussian mixture model-inverse kinematics,GMM-IK)就提出利用混合Gauss模型建模人体姿态数据分布,并采用期望最大化方法求解参数.随着深度学习技术的发展,本文提出一种自编码神经网络与数值迭代融合的方法,在给定少量约束的情形下依然能够得到自然的人体姿态,相较于GMM-IK方法,本文所提出的方法通过神经网络自动学习姿态分布,省去了模型的假设和特征的设计,且量化实验显示本文方法的关节坐标和角度重建误差相较于GMM-IK模型平均减少了25%和39%.在应用方面,本文方法可处理光学运动捕获数据,也可用于图像视频的人体姿态估计等领域.     

基于时空图注意力网络的跳高轨迹预测

跳高运动由助跑、单脚起跳、越过横杆落地等一系列动作组成,跳高运动轨迹是一个复杂的因果系统.在每一个时间节点,运动员的身体姿态符合一定的规律约束.研究建立了跳高运动过程中关键身体关节节点坐标依时间变化的离散过程模型,每个时刻的各关节点位置向量由给定的之前若干个时刻的运动员关节点位置决定.跳高运动员肢体的摆动、关节点位置的变化都对运动员位移有重要作用.运动员重要关节点之间的相互作用,使得跳高运动轨迹难以刻画和预测.随着深度学习的发展,图神经网络在时空特征刻画和预测上具有优势.基于时空图注意力网络结合长短时记忆网络、门控循环单元(STGAT-LSTM、STGAT-GRU)建立了具有空间位置约束的跳高运动员关节点位置随时间变化的模型,用于推算跳高运动员重心和关节点位置轨迹.实验结果表明该模型能够很好地刻画跳高运动的过程,对于关节点位置的预测能够达到较好的效果.研究所提出模型的预测效果比基线模型准确性提高了0.02-0.03米.研究给出了基于神经网络模型进行跳高运动轨迹预测的可行解决方案,可作为跳高运动仿真和技术优化研究的重要参考.     

一种计算工作时间参数新方法

为了编制和优化施工进度计划,计算构成施工项目的各项工作最早开始时间、最迟开始时间、最早完成时间、最迟完成时间、总时差和自由时差等时间参数十分重要.提出了一种计算工作时间参数新方法.该方法以工作完成时间为决策变量,通过建立和求解线性规划模型来得到各种工作时间参数.其建模思路清晰,不需绘制网络图,能用通用办公软件EXCEL求解.模拟计算表明,用该方法与用标准网络计划技术计算出的工作时间参数完全一致.     

酒后驾车问题的数学模型

就酒后驾车问题,仿照药物动力学原理,考虑吸收系统和迟滞时间,建立了二房室模型,得出了饮酒者饮酒后血液中的酒精含量与饮酒量、饮酒方式及时间的关系.根据提供的测量数据,通过多种方法计算模型参数,选用了总体残差平方和最小的阻尼最小二乘法的计算结果作为模型参数.最后对相关问题进行了解答,结果表明,模型是合理和有效的.     

基于遗传算法的串联机械臂运动学参数标定

对机械臂的连杆参数进行标定可以有效减小由运动学参数不准确引起的机械臂定位误差.文章提出一种基于遗传算法的机械臂关节参数标定方法.首先建立机械臂运动学模型和误差模型,得到关节变量误差的表达式.通过NDI三维动态位移测量系统检测机械臂末端执行器的真实位姿以及各个关节实际旋转角度,作为样本.构建遗传算法的适应度函数,采用遗传算法计算出各关节变量的误差.最后,将该误差用于补偿六自由度串联机械臂真实的连杆参数,多组实验数据证明应用标定后的连杆参数完成机械臂的定位控制可以有效提高机械臂的绝对定位精度.     

唐家山堰塞湖泄洪问题的研究

研究的是唐家山地震次生灾害引发的堰塞湖问题.首先对数字高程地图进行等高图像分析求解了堰塞湖不同高程水位对应的湖区面积,建立了蓄水量体积与堰塞湖水位高程的离散化模型,然后建立了神经网络模型和多元线性回归模型研究了北川降雨量与堰塞湖入库流量的关系,继而求解得到不同降雨量下每日堰塞湖水位高程.在研究泄洪过程时,首先通过对泄洪过程和溃坝过程内在机理的研究分别建立了正交多项式逼近模型和仿真模型得到溃坝时的溃口流量随时间变化的关系,继而分析求解得到溃坝时其他参数随时间变化的关系.针对淹没区的问题,综合数字高程地图和行政区域地图,利用数字地图计算了洪水到达各被淹没区域的时间,淹没范围,以便于确定撤离方案.     

空间圆弧轨道的分析与控制

空间圆弧是一种典型的井眼轨迹曲线,在定向钻井轨道设计、测斜计算和导向控制中应用广泛.为便于理论分析与轨道控制计算,基于圆弧段两端点的轨迹基本参数,应用矢量分析方法建立了空间圆弧轨道数学模型,得到了以井深为自变量的井眼轨道参数解析公式.提出了空间圆弧轨道姿态参数计算方法,进而用圆弧轨道曲率及其姿态参数描述圆弧轨道特征.推导了井斜角和方位角变化率计算公式,分析了空间圆弧轨道井斜角极值点问题.根据测斜仪原理,明确了工具面角和工具面方位角的含义,讨论了其间关系及应用.针对固定弯角的导向钻井系统,提出一种实钻轨迹控制模型,能够满足空间圆弧轨道的控制需要.这些研究成果为井眼轨道设计和导向控制提供了理论依据.