基于移动激光扫描的橡胶林风害相关参数精准反演

林木参数反演是森林资源管理与培育经营的关键环节。迅速发展的激光探测与测量技术突破了传统测量方法,可以快速的获取林木的空间三维信息,在林业普查中具备高效率、高精度的优势。结合计算机图形学与图像学方法,以中国最大的橡胶生产基地海南省儋州市长期受台风侵害下的两个不同品种橡胶林段(林段1 PR107,林段2 CATAS7-20-59)为研究对象,设计了面向离散激光点云的单株林木参数提取方法,自动获取橡胶林木风害后的生物量指标。首先,通过人背负移动激光雷达获取林段点云数据并使用瑞利商求取台风造成的主枝干倾角,以找寻每株橡胶树的树冠中心点。其次,对点云进行垂直投影,并采用分水岭与Meanshift算法实现株株分离。最后,基于以上操作自动获取与实测值相近的林木参数,例如冠幅、冠径、冠积、叶面积密度、叶面积分布以及主枝与分枝之间夹角等。计算表明,林段1与林段2东西冠幅分别为3.95和3.73 m,与实测相差1.74%～6.27%;林段1与林段2南北向冠幅分别为6.47和6.51 m,与实测相差2.54%～4.02%;林段1与林段2平均胸径分别为5.20和4.73 cm,与实测相差0.64%～2.44%;林段1与林段2平均冠积分别为168.01和141.80 m3,与实测相差0.67%～0.85%;林段1与林段2主枝干倾斜角分别为18.80°和13.11°,与实测相差5.53%～7.09%;林段1与林段2二级分支与主枝干的夹角分别为40.21°~69.23°和10.63°~32.14°,它们相差62.63%;林段1在不同天顶角下的叶面积指数均大于林段2。通过对一定样本（150棵/每类林段）的分析结果与真实比对表明,该方法对林木参数反演结果精度较高,有效地评估了不同品种橡胶树在台风下的损伤度（如主枝干歪斜率、叶面积密度及衰减分布）。参数反演结果与实测值仅有8%的偏差,此偏差主要由橡胶林分叶片稠密,导致林分中叶面与枝干扫描数据获取缺失,以及外界环境干扰如风力扰动、点云拼接误差、激光束发散率、激光扫描范围等原因造成。同时,由于林段1(PR107)的橡胶树的主枝与分枝夹角、冠积以及叶面积指数均大于林段2(CATAS7-20-59)的橡胶树,导致林段1的橡胶树比林段的2橡胶树在台风侵害下更脆弱。因此,该研究可用于研究风力侵害对于不同森林地块的影响,以及量化风害造成的生态系统紊乱的影响。同时,该方法解决了人背负激光扫描数据进行单株提取与林木参数反演的问题,为激光测绘在林业中的应用提供了新思路。     

A convenient and accurate wide-range parameter relationship between Buckingham and Morse potential energy functions

This study explores the close-range, short-range and long-range relationships between the parameters of the Morse and Buckingham potential energy functions. The results show that the close-range and short-range relationships are valid for bond compression and for very small changes in bond length, respectively, while the long-range relationship is valid for bond stretching. A wide-range relationship is proposed to combine the comparative advantages of the close-range, short-range and long-range parameter relationships. The wide-range relationship is useful for replacing the close-range, short-range and long-range parameter relationships, thereby preventing the undesired effects of potential energy jumps resulting from functional switching between the close-range, short-range and long-range interaction energies.     

海洋湍流中光波特征参量和短期光束扩展的研究

Nikishov等建立的海洋湍流功率谱模型中,假设了海水有着稳定的分层.但是,实际海水通常不是稳定分层的,温度与盐度的涡流扩散率是不相等的.2017年,Elamassie等建立了考虑这些因素的更合理的海洋湍流功率谱模型.湍流介质中光波空间相干长度等基本特征参量在表征湍流强度和光传输相位校正技术等方面起着重要作用.本文基于Elamassie海洋湍流功率谱模型,重新推导出了海洋湍流中光波结构函数、光波空间相干长度和Fried参数的解析公式,并校验了所得公式的正确性.研究发现：当温度变化引起的光学湍流占主导地位时,Nikishov海洋湍流功率谱模型把湍流强度低估了;当盐度变化引起的光学湍流占主导地位时,Nikishov海洋湍流功率谱模型把湍流强度高估了.基于Elamassie海洋湍流功率谱模型,本文推导出了高斯光束短期光束扩展的半解析公式,并验证了其正确性.研究还表明：海水稳定分层与否,短期光束扩展差异很大.本文研究结果对水下湍流环境中的光通信、成像和传感等应用具有重要意义.     

基于改进萤火虫算法的移动车辆参数识

提出了一种基于萤火虫优化算法的移动车辆参数直接识别方法.采用四自由度双轴十二参数车辆模型和欧拉梁有限元模型建立了车桥耦合系统的动力方程,并利用Newmark直接积分法求解了系统的动力响应.通过引入一种局部搜索策略和末位淘汰机制改进了萤火虫优化算法的收敛速率,并提高了识别结果的精度.本文方法仅利用车辆振动的竖向加速度响应测量就能进行移动车辆参数的识别.数值算例表明,改进的萤火虫优化算法可以准确地识别出车辆的质量、悬挂刚度和阻尼等参数,并且对测量噪声不敏感.     

一种新型机械式延时自闭水嘴的设计与操作性能分析

针对目前市场上延时自闭水嘴在操作性能上的不足, 设计了一种新型机械式延时自闭水嘴. 对该水嘴启闭过程中的操作性能和延时性能进行分析, 得到了水嘴操作力矩、延时时间与卷簧结构参数之间的函数关系, 并提出了水嘴操作力矩的大小与变动率优化模型. 以操作力轻便、稳定为指标, 得到了水嘴延时组件结构参数的最优组合解. 结果表明: 参数优化后的水嘴最大操作力矩为374N?mm, 且趋于稳定, 性能明显提高.     

Theoretical simulation and analysis of large size BMP-LSC by 3D Monte Carlo ray tracing model

Luminescent solar concentrators(LSC) can reduce the area of solar cells by collecting light from a large area and concentrating the captured light onto relatively small area photovoltaic(PV) cells, and thereby reducing the cost of PV electricity generation. LSCs with bottom-facing cells(BMP-LSC) can collect both direct light and indirect light, so further improving the efficiency of the PV cells. However, it is hard to analyze the effect of each parameter by experiment because there are too many parameters involved in the BMP-LSC. In this paper, all the physical processes of the light transmission and collection in the BMP-LSC were analyzed. A three-dimensional Monte Carlo ray tracing program was developed to study the transmission of photons in the LSC. A larger-size LSC was simulated, and the effects of dye concentration, the LSC thickness, the cell area, and the cell distance were systematically analyzed.     

Fabrication and characterization of ultra-low noise narrow and wide band Josephson parametric amplifiers

We have fabricated two types of lumped-element Josephson parameter amplifiers (JPAs) by using a multilayer micro-fabrication process involving wet etching of Al films. The first type is a narrow band JPA which shows typical gain above 14 dB in a bandwidth around 35 MHz. The second type is a wideband JPA which is coupled to an input 50 Ω transmission line via an impedance transformer that changes the impedance from about 15 Ω on the non-linear resonator side to 50 Ω on the input transmission line side. The wideband JPA could operate in a 200 MHz range with a gain higher than 14 dB. The amplifiers were used for superconducting qubit readout. The results showed that the signal to noise ratio and hence the readout fidelity were improved significantly.     

近程巡飞弹姿态控制优化仿真研究

近程巡飞弹姿态控制系统是一个非线性、时变性及耦合性的复杂控制系统,是近程巡飞弹武器系统型号研制的关键技术之一;传统的PID控制在不同巡飞状态下调节稳定性较差、响应时间慢、影响姿态控制的稳定性和机动性;针对近程巡飞弹姿态控制系统中PID控制参数不可调,自适应、抗干扰性能较差等问题,引入了自适应模糊PID控制方法,使系统在不同巡飞姿态和干扰条件下能够实时整定PID的三个控制参数,提高系统的控制性能;在此基础上设计了近程巡飞弹的姿态角控制回路,并以俯仰角为例,在Matlab/Simulink平台下建立仿真模型,进行仿真实验;仿真结果显示,采用自适应模糊PID的控制方法,系统控制性能更好,抗干扰能力和自适应能力优于传统PID控制,减小了巡飞过程中姿态角的波动情况。     

基于时间序列的航天器遥测数据预测算法

在航天器遥测数据预测领域,基于时间序列的预测方法有着广阔的应用前景;时间序列有一明显的特性就是记忆性,记忆性是指时间数列中的任一观测值的表现皆受到过去观测值影响;它的基本思想是根据观测数据的特点为数据建立尽可能合理的统计模型,利用模型的统计特性解释数据的统计规律,以期达到预报的目的;提出了采用模式识别和参数估计的方法,结合航天器遥测动态数据,建立关于航天器遥测数据的时序预测模型,对航天器遥测数据趋势进行检测和预报。