基于人工免疫改进的搬运机器人蚁群路径规划

针对搬运机器人在障碍环境下的路径寻优问题,提出一种基于人工免疫改进的蚁群路径规划算法(AI-ACA)。蚁群算法(ACA)的规划依赖于信息素挥发系数、期望启发因子和信息启发因子等参数的选取,传统ACA通过经验来设定这三个参数,但路径寻优中的最优参数因障碍环境而异,为解决经验参数对不同环境路径寻优结果的影响,引入人工免疫算法(AIA),对ACA的相关参数进行迭代优化,以此改善路径寻优结果。仿真结果及在自制机器人平台上测试表明,AI-ACA对于不同障碍环境可以准确地进行路径规划,在同样环境下较所参考的定参数蚁群路径规划效果有明显提升,提高了整个系统的运输效率。     

改进蚁群算法的局部信息动态路径规划

针对传统蚁群算法收敛速度慢、对动态路径变化适应性低的局限性,提出了一种基于局部信息获取策略的动态改进型蚁群算法。该算法利用局部信息获取策略,进行最优局部目标点的获取,然后调用改进蚁群算法获取局部区域内的最优路径,再重复循环获取新的最优局部目标点,直到找到全局目标点。与此同时,将提出的改进型蚁群算法应用于动态路径规划中的路径寻优与避障,仿真结果表明：提出的算法在具有与传统蚁群算法相当的路径优化效果的同时,能够有效适应障碍变化、大大提高了路径规划的收敛速度。     

基于自适应状态聚集Q学习的移动机器人动态规划方法

针对现有移动机器人路径规划方法存在的收敛速度慢和难以进行在线规划的问题,研究了一种基于状态聚集SOM网和带资格迹Q学习的移动机器人路径动态规划方法——SQ(λ);首先,设计了系统的总体闭环规划模型,将整个系统分为前端(状态聚集)和后端(路径规划);然后,在传统的SOM基础上增加输出层构建出三层的SOM网实现对移动机器人状态的聚集,并给出了三层SOM网的训练算法;最后,基于聚集的状态提出了一种基于带资格迹和探索因子自适应变化的改进Q学习算法实现最优策略的获取,并能根据改进Q学习算法的收敛速度自适应地控制前端SOM输出层神经元的增减,从而改进整体算法的收敛性能;仿真实验表明:文中设计的SQ(λ)能有效地实现移动机器人的路径规划,较其它算法相比,具有收敛速度快和寻优能力强的优点,具有较大的优越性。     

基于改进蚁群算法的无人机动态航路规划

研究无人机航路规划,针对基本蚁群算法易于陷入局部最优、规划航路耗时长的问题,对基本蚁群算法进行了改进;引入航路点的动态自适应选择策略和信息素挥发因子动态自适应调整准则,有效克服了基本蚁群算法的不足,并对规划出的航路进行了平滑处理,使其更加满足无人机实际飞行需求。通过仿真分别规划出无人机在静态威胁和动态威胁中的航迹,仿真结果表明,与基本蚁群算法和遗传算法相比,改进的蚁群算法在两种飞行环境中均能规划出较优的航路。     

优化蚁群算法在无人车自主导航中的应用

由于蚁群算法规划的最优路径存在尖峰和折线,研究利用三阶贝塞尔曲线对蚁群算法进行优化,通过选择可靠的控制点来控制最优路径的整体趋势,从而消除路径上的尖峰并对折线进行平滑处理;将优化后的蚁群算法在无人车自主导航中进行了应用,结果证明优化后的蚁群算法可以为无人车实时规划出一条高质量的最优路径,最优路径不仅有效地避开了障碍物,而且有效消除路径上尖峰和折线。     

基于混合多种群自适应蚁群算法的无人机航路规划

针对基本蚁群算法在航路规划中易于过早陷入局部最优解,对蚁群算法进行了改进。提出了具有多种群的蚁群算法,并将导引因子引入到状态转移策略中,减少蚂蚁局部搜索的盲目性,确保蚂蚁最终完成航路搜索。当算法陷入局部收敛时,通过交换各种群的信息素,并对每个种群的挥发系数进行自适应调整,从而扩大了搜索空间,提高了搜索全局性。最后在代价函数简化后的栅格图中对改进算法进行了仿真。仿真结果表明,该方法可以有效防止算法陷入局部最优,是一种有效的航路规划方法。     

基于Voronoi图和动态自适应蚁群算法的UAV航迹规划

以UAV航迹规划为应用背景,提出了一种基于Voronoi图和动态自适应蚁群算法的航迹规划方法;为了提高航迹规划问题最优解的质量及全局求解能力,克服传统蚁群算法收敛速度慢、容易陷入局部最优等缺点,提出了一种动态自适应蚁群算法;采用动态自适应航迹点选择策略并将信息素更新规则和挥发系数进行动态自适应调整变化来对蚁群算法进行了改进,提高了算法的求解效率;根据战场已知威胁源生成Voronoi加权图,并与所提的动态自适应蚁群算法相结合求解规划空间中的最优航迹;考虑到UAV的物理约束限制,对生成的可行航迹进行平滑优化;仿真结果表明,该方法能够为UAV规划出一条满足要求的可飞航迹,验证了所提方法在解决航迹规划问题时是可行、有效的;     

基于改进蚁群算法的交通最优路径方法研究

本文提出一种基于改进蚁群算法的交通路径最优方法,首先根据图论的思想构建了城市交通网络模型,结合层次分析法考虑了道路长度、交叉口停滞、交通拥挤、道路容量、天气状况等五个主要因素。然后在MATLAB平台下,采用改进的蚁群算法对静态交通网络和动态交通网络分别进行最短路径的求解,最后进行了对比分析。研究结果表明,在综合考虑以上五种因素的情况下,动态交通网络下的路径最优算法能为出行者找到更准确更便捷的路线。     

基于强化蚁群算法的任务DAG在线网格集群资源调度

网格集群资源调度是一个NP难题,而现有的调度方法通常具有任务调度效率低和负载不均衡的问题,由此设计了一种基于强化学习算法和蚁群算法融合的协同依赖型任务调度方法;首先对基于DAG的网格集群协同调度数学模型进行了定义,然后,采用改进的一步TD算法即Q-Learning算法实现集群资源的初始分配,从而得到最优调度方案以及对应的Q值,在此基础上提出一种改进的蚁群算法实现网格集群资源到任务分配的进一步优化,将Q-Learning算法得到的分配方案的Q值用于初始化蚁群路径中的信息素,以避免蚁群的盲目搜索,同时将Q值引入路径概率函数中使得蚂蚁具有启发式的搜索能力,从而获得协同依赖多任务集群调度的最终方案;在Gridsim环境下进行仿真试验,结果表明文中方法能有效地实现网格集群调度,且较其它方法具有任务调度效率高、CPU利用率高和负载均衡的优点,具有较大的优越性。     

基于DAG任务依赖和Q-Learning蚁群算法的在线网格集群资源调度

网格集群资源调度是一个NP难题,而现有的调度方法通常具有任务调度效率低和负载不均衡的问题,由此设计了一种基于Q-Learning算法和蚁群算法融合的协同依赖型任务调度方法。首先对基于DAG的网格集群协同调度数学模型进行了定义,然后,采用改进的一步TD算法即Q-Learning算法实现集群资源的初始分配,从而得到最优调度方案以及对应的Q值,在此基础上提出一种改进的蚁群算法实现网格集群资源到任务分配的进一步优化,将Q-Learning算法得到的分配方案的Q值用于初始化蚁群路径中的信息素,以避免蚁群的盲目搜索,同时将Q值引入路径概率函数中使得蚂蚁具有启发式的搜索能力,从而获得协同依赖多任务集群调度的最终方案。在Gridsim环境下进行仿真试验,结果表明文中方法能有效地实现网格集群调度,且较其它方法具有任务调度效率高、CPU利用率高和负载均衡的优点,具有较大的优越性。     

Region coverage-aware path planning for unmanned aerial vehicles: A systematic review

The use of unmanned aerial vehicles (UAVs) to carry out remote aerial surveys has become prominent in recent years. The UAV-based survey faces several operational issues, such as complicated terrain, limited UAV resources, obstacles, sensor limitations, and other environmental factors. In addition, the coverage plan includes numerous objectives, such as lowering path length, maximizing coverage, and limiting survey time, necessitating multi-objective optimization. UAVs require effective coverage path planning (CPP) to generate the ideal route. It involves determining the path which encompasses every point inside the required region under different constraints. The process automates the process of route determination for autonomous operation by considering various environmental constraints. In this paper, we explore and analyze the existing research on the various techniques used in coverage route planning for UAVs. It provides an overview of the current state-of-the-art CPP methods for UAVs. The study discusses the key challenges and requirements of CPP for UAVs and presents various approaches proposed in the literature to tackle these challenges. We explore a variety of geometric flight patterns for the area of interest having UAV deployment. It also features multi-UAV and multi-region coverage strategies, providing a new dimension to UAV-based operations. The energy consumption of UAVs during CPP is an essential factor, as it influences their flight length and mission duration. The design of the CPP algorithm is determined by the unique requirements of the UAV application, such as the size and form of the region to be mapped, the existence of obstacles, and the desired coverage resolution. Path planning strategies in a three-dimensional environment and dynamic coverage are also included in the study. Moreover, we compare the existing strategies using different performance metrics to evaluate the success of covering missions. Finally, the problems and unresolved concerns related to UAV coverage path planning are examined to provide valuable insights to the readers.     

激光陀螺新型光路程长控制镜的研制

爪盘结构程长控制镜由于其稳定性好等优点,已越来越广泛地应用于激光陀螺的腔长控制,但这种只有程长控制能力的控制镜,对陀螺腔体变形等原因引起的谐振光路变化却是无能为力。通过分析该类腔长控制镜的特点,提出了一种新颖的具有角度控制功能的光路程长控制镜。在原有的控制镜上增加一组角度控制部件,使其不仅有程长控制功能同时还具备了光路控制功能的方法,设计了新的槽片及角度控制元件,研制出了高性能的光路程长控制镜。系统地对控制镜的性能进行了测试。结果表明,它不仅稳定性好(陀螺使用温度范围内最大歪扭变化量小于0.3″),而且灵敏度高(大于0.1″/V)。     

用概率知识推导Tait平均自由程

通过一些简单的概率假设，给出了Tait平均自由程的新的推导，并讨论了对强度分布的影响。     

Theory of Atom Optics: Feynman''s Path Integral Approach

The present theory of atom optics is established mainly on the Schr?dinger equations or the matrix mechanics equation. The authors present a new theoretical formulation of atom optics: Feynman’s path integral theory. Its advantage is that one can describe the diffraction and interference of atoms passing through slits (or grating), apertures, and standing wave laser field in Earth’s gravitational field by using a type of wave function and calculation is simple. For this reason, we derive the wave functions of particles in the following configurations: single slit (and slit with the van der Waals interaction), double slit, N slit, rectangular aperture, circular aperture, the Mach-Zehnder-type interferometer, the interferometer with the Raman beams, the Sagnac effect, the Aharonov-Casher effect, the Kapitza-Dirac diffraction effect, and the Aharonov-Bohm effect. The authors give a wave function of the state of particles on the screen in abovementioned configurations. Our formulas show good agreement with present experimental measurements.     

Theory of atom optics: Feynman''s path integral approach (Ⅱ)

In the preceding paper, we discussed eight configurations of particle Fraunhofer diffraction. In this paper, we consider nine configurations of particle Fresnel diffraction, and have derived the wave functions of particles in these configurations. Furthermore, the author presents a new inertial navigator principle. Its devised accuracy is not lower than that of the inertial navigator based on cold atom interferometer. The new inertial navigator is named as ABSE inertial navigator. ABSE is abbreviation for Aharonov-Bohm-Sagnac effect.      

三光路共轴望远系统的研制

在基本的开普勒望远系统光路中,放置了两块与光轴成45°角的镀膜平板玻璃,一块能反射中心波长1 550 nm的红外光,同时透射可见区和中心波长1 310 nm的近红外区;另一块能反射中心波长1 310 nm的红外光,透射可见区。增加了控制光光路和信号光光路,节省了光路元件。分析了平板玻璃对可见光路的影响,通过改变平板玻璃的厚度,使得轴上偏差在允许的范围内。测定了信号光通过望远镜筒和镀膜反射镜片的功率损耗,分别得到了1.31%和2.90%的损耗比。测量了信号光的透射率随角度的变化关系。经过多次试验,三光路共轴望远系统已成功用于远距离红外光控音频监测。     

共光路移相单频激光干涉测长系统

单频激光干涉系统采用偏振光移相方法,用来解决常规单频激光干涉仪中的光强"零漂"问题。共光路设计提高了干涉系统的测量稳定性和重复性。采用光程差放大技术提高了干涉系统的分辨力。在构造了一套实验布局的基础上,分析了影响系统测长精度的主要因素,并对干涉系统的测量误差分量做了定量的分析,完成了系统的精度测试。     

少周期激光脉冲附加太赫兹场对高次谐波发射的影响

本文通过数值求解非伯恩奥本海默近似下电子一维核一维的含时薛定谔方程,研究了少周期线偏振激光与氢分子离子相互作用下,太赫兹场的加入对高次谐波的发射影响.我们发现,在短周期线偏振激光脉冲的y方向上附加一个强度较弱的太赫兹场可以有效地扩展谐波的截止位置,并对量子轨道实现调控.通过时频分析、电子波包随时间变化以及半经典三步模型研究了高次谐波发射的物理机制,并对获得的物理现象给出合理的解释.     

稍不均匀电场中低气压击穿的起始路径研究

稍不均匀电场间隙的起始击穿路径问题对于气体放电触发以及电极表面削蚀有重要意义.为研究低气压击穿工况中起始路径的位置规律,本文建立了一种基于蒙特卡罗碰撞模型与电子运动轨迹假设相结合的路径判断模型(determination of the critical path模型, DCP模型),并以2种电极装置的击穿试验来验证DCP模型的正确性.通过负电极表面的痕迹捕捉和击穿电压的测量可以分别验证DCP模型对起始击穿路径和击穿电压的计算能力.根据试验结果,起始击穿路径在不同压强或流率下会发生转移,且转移趋势与计算结果相符;同时, DCP模型对击穿电压的计算误差不超过7.9%,可初步验证DCP模型的计算精度.在此基础上,利用DCP模型对其他4种典型的电极装置进行数值计算,发现全部击穿案例都存在一些共性:随着间隙压强或流率的升高,最小电压区域((pd) min过渡区)的起始路径转移频繁,并伴随击穿电压上下波动,近似持平,且起始路径几乎都服从较长路径向较短路径的转移规律.最后,通过DCP模型的数值分析,揭示了上述起始路径相关规律的内在机理.     

Generalised expressions for the association and dissociation rate constants of molecules with multiple binding sites

ABSTRACT

Many proteins exhibit multiple binding patches. A patch may harbour a key chemical modification site, but may also simply act as a trap for the binding to another site. Here we consider the scenario in which one molecule (enzyme) binds another molecule (substrate) which contains two sites. We present microscopic expressions for the rate at which the enzyme binds to a particular site on the substrate, both for the scenario in which the enzyme directly binds the site without first visiting the other site, and for the case in which it may visit the other site an arbitrary number of times before binding to the site of interest. We also present the expressions for the corresponding dissociation reactions. These expressions can be used to compute in a single rare-event simulation of the dissociation pathway not only both the intrinsic and effective dissociation rate constants but also both association rate constants.