便携式AUV水下对接过程中的碰撞分析与罩式对接平台优化设计

以便携式自主水下机器人(AUV)和罩式导向对接平台的水下对接过程为研究对象,将碰撞力大小和对接时间作为评价指标,研究导向罩形状、对接管尺度以及AUV与对接管的偏心距对整个对接过程的影响。在三维建模的基础上,使用ADAMS软件进行动力学仿真分析,结果表明,减小导向罩开口角度、增大对接管直径、减小偏心距可以适当减小碰撞力和对接时间。通过对上述影响因素与评价指标建立函数关系,利用多目标优化设计的方法并结合实际情况对参数做出合理的分析和筛选,为水下机器人对接平台提供设计依据。     

AUV重力测量的运动加速度建模及平台优选

针对适合捷联式重力仪的AUV搭载平台的选型问题,基于国内AUV实际航行数据,分析了多推进器组合、推进器和浮力舱组合、推进器和鳍舵组合等3类AUV的定深航行运动特性;推导了AUV水下航行在3个坐标轴方向上对重力仪产生的运动加速度计算公式,得到运动加速度与AUV水下6个自由度运动要素的解析表达式;基于运动加速度分析,讨论了适用于水下移动重力测量的AUV平台和推进装置设计,进行了AUV搭载平台的优选,并给出了重力仪安装位置建议;选定的AUV实验平台实施移动重力测量验证试验重复线精度达到0.42mGal,验证了搭载平台优选的有效性。     

自主水下机器人水下接驳插拔传输与无线感应传输研究现状及对比分析

水下对接传输技术作为自主水下机器人（autonomous underwater vehicle,简称AUV）水下能源补给及数据传输的重要方式,受到国内外的重点关注,目前采用的水下对接传输方式主要分为接驳插拔传输及无线感应传输。在探究国内外AUV水下对接研究概况的基础上,归纳、总结以上两种传输方式的研究现状,分析对比其在对接传输效率、发展限制因素、对接控制技术等方面的区别。通过分析发现,接驳插拔传输在传输效率及功率方面具备优势,无线感应传输则具有更高的简易性、经济性。此发现为不同作业需求下传输方式的选择提供了基础。通过技术发展限制因素对比得出,在未来技术发展方向上,接驳插拔传输技术需提升系统稳定性、灵活性及费效比,无线感应传输需解决能量损耗、系统鲁棒性及涡旋损耗等问题。对两种传输技术未来发展前景及方向的预测,能够为AUV水下传输的发展提供重要参考。     

一种基于超短基线定位的便携式AUV回坞导航方法

自主水下机器人(AUV)对接技术是目前水下机器人的研究热点,精确可靠的AUV的回坞导航是实现对接的关键技术。对于追求轻便的便携式AUV的对接系统,考虑到便携式AUV的搭载能力有限又需要足够的定位精度用于对接,提出了一种基于超短基线(USBL)定位的回坞导航方法,该方法让AUV只需装载电子罗盘和水声应答器就能完成精确的回坞定位。根据导航方法的特点,设计了一种改进的扩展卡尔曼滤波算法,其优点是能在处理滞后的USBL数据的同时动态估算海流、更新状态方程以消除海流造成的定位误差。通过湖试和大量仿真实验,验证了定位算法在海流影响下的定位性能。     

多自主式水下航行器协同控制的人工物理法研究

对水下多自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的编队协同控制和队形重构技术进行研究是水下AUV系统协同完成作业任务的重要研究内容。人工物理法通过设定虚拟的物理力完成机器人速度和方向信息的计算,并根据结果进行实时控制。由于分布式具有对水下传感信息和通信的依赖度较低的控制特点,因此可以很好的应用于可扩展的水下多AUV协同控制中。本文采用人工物理法完成多AUV的队形协同控制,研究了7个AUV采用人工物理法保持六边形队形,进行编队控制穿越障碍区间,AUV通过传感器探测外界环境,获得相关环境信息并确定障碍物的位置;AUV编队在穿越障碍区间时转换为一字队形,并采用边界检测法,沿边行走绕过障碍物;在穿越障碍区间后,AUV编队再次转换为六边形;依据判决条件完成多智能体控制的模态转换,进行队形重构。仿真结果证明本章所提方法的有效性,并具有较好的适时性与柔性。     

面向ARV的视觉辅助水下对接方法研究

针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。     

可视化水下航行体控制系统数学仿真软件设计

提供一种水下航行体控制系统数学仿真软件的设计方案，在该仿真软件平台上可以完成水下航行体控制系统数学仿真研究、水下航行体水动力参数辨识实验和实航内测数据及仿真实验结果三维可视化显示。详细设计了该软件包含的 4 大模块：水下航行体数学模型及仿真模型模块、控制算法模块、流体动力参数辨识模块和图形界面人机交互模块，并对仿真模型的配置做了简单介绍。     

基于改进遗传算法的无人水下航行器路径规划

针对无人水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）运动约束多,传统遗传算法的路径寻优效率低、收敛速度慢等问题,提出了一种改进遗传算法的 AUV 路径规划方法。该算法选用栅格法构建环境,使用路径长度、平滑度和危险区域作为评价函数。改进遗传算法种群初始化过程,引入周围点栅格提高收敛速度,同时结合灾变思想避免群体陷入局部最优解。该算法根据 AUV 最大转角的约束条件,设计了 AUV 平滑过程和删除过程,避免了 AUV 航行出现急停急转。仿真及湖上试验结果表明：改进遗传算法相比传统遗传算法,路径长度减少 11.4%,收敛速度加快 20.0%,且收敛路径满足 AUV 航行约束要求。     

小型水下自航行器自沉浮装置设计与研究

文中对水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)的自沉浮装置进行了详细设计与研究。通过对已有的自沉浮装置方案进行对比研究,设计了以高压气体吹除压载水舱的新型自沉浮装置,该装置具有结构简单、可靠性高和可维护性好的特点,并可实现模块化设计。最后,对装置的主要设计参数进行了计算与优化。     

陀螺效应作用下水下航行体动力学模型

当安装于水下航行体上的旋转装置质量或转动惯量达到一定程度时,其对水下航行体运动与操纵的影响是不可忽略的。针对安装于水下航行体上的旋转装置,分析了水下航行体运动时装置的陀螺效应。得出了旋转装置陀螺力的明确数学方程。不失方法的一般性,假设旋转装置只在运动坐标系的X轴方向有旋转角速度,推导了在考虑陀螺效应作用的情况下水下航行体的六自由度模型方程;以此为基础,建立了水下航行体的仿真模型并对水下航行体的水下运动特性进行了仿真,分析了旋转装置的质量、角速度对水下航行体运动特性的影响规律,从而为研究在考虑陀螺效应情况下的水下航行体操纵奠定了基础。     

基于网络药理学与分子对接研究肉豆蔻治疗抑郁症的作用机制

目的：基于网络药理学方法与分子对接技术研究肉豆蔻治疗抑郁症的作用机制。方法：通过中药系统药理学分析平台TCMSP,获得肉豆蔻的活性成分和作用靶点;利用Uniprot数据库构建中药-成分-靶点网络;从GeneCards、OMIM、DrugBank数据库获得抑郁症疾病靶点、肉豆蔻及抑郁症共有靶点;通过Venny 2.1.0平台、String平台进行肉豆蔻与抑郁症共同靶点相互作用分析;利用Cytoscape 3.7.2软件构建蛋白互作（PPI）网络,采用Metascape平台对核心靶点进行基因本体（GO）功能及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析;采用分子对接技术确定肉豆蔻有效成分作用于抑郁症的核心靶点。结果：获得42个潜在作用靶点。乙酰胆碱酯酶（ACHE）、钠依赖性血清素转运体（SLC6A4）、一氧化氮合酶（NOS3）、Alpha-2A肾上腺素能受体（ADRA2A）可能是肉豆蔻治疗抑郁症的核心基因。肉豆蔻作用于抑郁症的通路涉及神经受体相互作用、钙信号通路。分子对接技术验证了肉豆蔻有效成分中的β-谷甾醇与潜在靶点ACHE和NOS3具有较好的结合活性。结论：肉豆蔻的主要活性成分β-谷甾醇可能通过作用于ACHE等多个靶点来调控神经受体相互作用、钙信号通路等多条信号通路,从而发挥抗抑郁作用。     

基于网络药理学探讨鹅不食草治疗鼻咽癌的作用机制

目的：应用网络药理学与分子对接技术探讨鹅不食草治疗鼻咽癌（NPC）的作用机制。方法：从TCMSP、Batman-TCM、ETCM数据库获取鹅不食草的活性成分和作用靶点;利用OMIM、GeneCards、TTD、Pharmgkb数据库筛选NPC相关靶点;使用Venny 2.0.1平台筛选药物与疾病作用的交集靶点;采用Cytoscape 3.8.0软件构建“药物-成分-靶点-疾病”网络;利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络;将所获得的交集靶点进行基因本体（GO）功能和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析;使用AutoDock Vina对鹅不食草的核心活性成分及NPC的关键靶点进行分子对接。结果：获得鹅不食草化学成分17种,相关靶点420个,NPC疾病相关靶点共2332个,鹅不食草-NPC交集靶点140个。鹅不食草主要活性成分包括槲皮素、豆甾醇、谷甾醇等。治疗NPC的关键靶点包括蛋白激酶 B1（AKT1）、肿瘤坏死因子（TNF）、白细胞介素-6（IL-6）等,主要涉及凋亡等生物过程及癌症、炎症、凋亡等信号通路。分子对接结果验证了主要活性成分及核心靶点均具有较好的结合能力。结论：鹅不食草通过多成分-多靶点-多通路治疗NPC,本研究为进一步深入研究其治疗NPC的作用机制奠定了的基础。     

Port Infrastructure Control (Madeira Island,Portugal) through a Hybrid Monitoring System (GNSS and Accelerometers)

This article describes the implementation of a monitoring system on the breakwater at the Funchal Port (Madeira Island, Portugal) for the purpose of understanding its dynamic behavior and the temporal evolution of structural health. The monitoring system focuses on the breakwater superstructure and aims to identify the evolution of damage on the breakwater and analyze the impact of cruise ships docking and undocking. The system includes the measurement of displacements through geodetic techniques using global navigation satellite systems and the measurement of vibrations using accelerometers. Ten observation campaigns were performed over almost 3 years. As the measured displacements during this period were less than 7.5 mm it can be concluded that, despite some visible cracks, the breakwater superstructure did not suffer significant structural changes. It was shown from the measured acceleration records that some of the main modal parameters could be identified, namely the main natural frequencies of the superstructure. Through an analysis of the natural frequencies progression over time, it will be possible to identify deterioration effects on the foundation and/or the superstructure. The comparison of natural frequencies identified could be useful to evaluate the impact of these events on structural health.     

基于网络药理学和分子对接探讨十味温胆汤治疗心绞痛的作用机制

目的：采用网络药理学及分子模拟对接的研究方法探讨十味温胆汤治疗心绞痛的潜在作用机制。方法：通过TCMSP、TCMID数据库获取十味温胆汤组方（半夏、陈皮、茯苓、黄芪、人参、熟地黄、酸枣仁、五味子、远志、枳实）的有效成分及对应的靶蛋白;使用GeneCard、OMIM数据库筛选出与心绞痛密切相关的作用靶点。运用CytoScape软件构建中药-组分-靶点网络图,运用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络图。利用R软件对中药-疾病交集靶点进行基因本体（GO）功能及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。结果:十味温胆汤治疗心绞痛的核心药物成分是柚皮素、山柰酚、β-谷甾醇、槲皮素、川陈皮素等;核心靶点有肿瘤坏死因子(TNF)、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(AKT1)、白细胞介素-6(IL-6)、血管内皮生长因子A(VEGFA)、白细胞介素-1β(IL-1β)等;十味温胆汤主要通过晚期糖基化终产物受体（AGE-RAGE）、脂质代谢、流体剪切应力、前列腺癌、乙型肝炎等信号通路来治疗心绞痛;分子模拟对接结果显示,十味温胆汤中槲皮素、山柰酚与Akt1、TNF均能实现较好的结合。结论：十味温胆汤可能通过调控细胞增殖与凋亡、血管生成、炎症反应、抗氧化应激等作用协同治疗心绞痛。     

基于网络药理学与分子对接技术探讨青蛇方外用治疗湿疹的作用机制

目的：基于网络药理学与分子对接技术探讨青蛇方外用治疗湿疹的作用机制。方法：应用TCMSP和UniProt数据库平台查询青蛇方组方的有效活性成分及靶基因,与疾病靶基因取交集后构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络;应用DAVID数据库,对潜在核心作用靶点基因进行基因本体（GO）功能、京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。利用分子对接原理论证青蛇方生物活性成分与核心靶点的分子结合能力。结果：筛选出青蛇方有效成分63种,作用靶点99个;主要有β-谷甾醇、2,4,7-三羟基-9,10-二氢菲、靛蓝素、豆甾醇、色氨酸等关键成分;转录因子AP-1（JUN）、肿瘤坏死因子（TNF）、原癌基因（RELA）、干扰素γ（IFNG）、转化生长因子-β1（TGF-β1）等核心基因。关键信号通路有癌症信号通路、恰加斯病通路、弓形体病通路、脂质和动脉粥样硬化通路等,分子对接结果显示活性成分与核心靶点基因结合能力较强。结论：青蛇方外用可以通过多种活性成分、多种通路有效抑制免疫炎症反应,促进免疫系统正常运行,从而达到治疗湿疹的目的。     

金枪鱼(Thunnus sp.)胰腺酶解液对H2O2诱导的胰岛素瘤细胞(INS-1)氧化损伤的保护作用

本文首先通过MALDI-TOF/TOF-MS技术,测定金枪鱼(Thunnus sp.)胰腺酶解液中的多肽组分及其丰度,确定GQPVR、GLPPK和EHER是其中的优势肽;再利用Discovery Studio平台中的反向找靶和分子对接模块,发现这些优势肽均可以与Keap1蛋白结合,推测其可能具有抗氧化活性;最后,利用细胞实验对酶解液的抗氧化活性进行验证,发现其对H2O2氧化损伤的胰岛素瘤细胞(INS-1)具有剂量依赖型保护效果,高剂量和低剂量酶解液处理后细胞活力较模型组显著提高,凋亡率从79.17%分别下降到43.2%(P0.01)和28.9%(P0.01);胰岛素的分泌量从3.65mIU/L分别增加到5.75mIU/L(P0.01)和4.95mIU/L(P0.01)。DiscoveryStudio的抗氧化功能预测和细胞学实验相结合的研究方法,为酶解液的功能组分鉴定提供了新的思路。     

贝类雌激素受体的同源建模与分子对接研究

采用多模板同源建模方法构建了斑马鱼(Danio rerio)、长牡蛎(Crassostrea gigas)和菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)雌激素受体配体结合区(ER-LBD)的三维结构模型,并开展了与苯并芘(B[a]P)、四溴双酚A(TBBPA)和对壬基酚(4-NP)的分子对接研究。采用PROCHECK、ERRAT和Verify3D软件对同源模型质量进行了综合评估。研究表明:三个模型具有良好的高分辨率结构(>95%),且被合理折叠和建构。分子对接模拟发现,在激活构象中上述配体分子位于两种贝类与鱼类ER的活性配体空腔中,配体结合能的稳定性顺序为B[a]P>TBBPA>4-NP。对接分析表明,与配体结合的三个模型配体口袋的氨基酸残基高度保守,其中在活性位点处结合的主要氨基酸残基为斑马鱼Glu321、Arg362,长牡蛎Glu290、Arg331和菲律宾蛤仔Glu242、Arg283。研究结果表明,通过探究氨基酸残基所构成的空腔和配体形成的静电相互作用网络,能够确定内分泌干扰物(EDCs)对ER的优选程度,为EDCs对贝类内分泌干扰效应研究提供了理论依据和技术支撑。     

基于网络药理学和分子对接技术探讨罗汉果治疗糖尿病的作用机制

目的：运用网络药理学和分子对接技术探讨罗汉果治疗糖尿病的作用机制。方法：通过TCMSP平台和Swiss Target Prediction数据库筛选出罗汉果的活性成分及其靶点;利用GeneCard、TTD、OMIM数据库筛选出糖尿病潜在靶点;采用Cytoscape 3.7.2软件构建药物-活性成分-疾病-靶点的可视化网络;通过STRING数据库对关键靶点构建蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络;利用Metascape数据库进行基因本体（GO）功能以及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析;利用Autodock4和Pymol软件对关键活性成分和关键靶点进行分子对接分析和可视化。结果：筛选出有效成分18种,糖尿病靶点146个。GO功能富集分析得到GO条目572条,KEGG通路富集分析得到信号通路167条。分子对接结果显示β-谷甾醇、山柰酚、罗汉果醇等关键活性成分与原癌基因酪氨酸蛋白激酶（SRC）等关键靶点的亲和力较高。结论：罗汉果通过多靶点、多通路发挥抗糖尿病的作用,其关键活性成分通过与SRC、丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1（AKT1）、丝裂原活化蛋白激酶3（MAPK-3）等靶点调节晚期糖基化终末产物-糖基化终末产物受体（AGE-RAGE）、缺氧诱导因子1（HIF-1）、磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶（PI3K-Akt）等信号通路起到治疗糖尿病的作用。     

基于网络药理学及分子对接探讨重连口服液治疗流行性感冒的作用机制

目的：利用网络药理学及分子对接探讨重连口服液治疗流行性感冒的作用机制。方法：通过TCMSP、PubChem、Swiss Target Prediction平台以及相关文献获取重连口服液所含中药的活性成分及对应靶点;通过DisGeNET、DrugBank、Herb数据平台获得流感相关靶点;将有效成分的靶点映射到流感靶点,得到交集靶点即为重连口服液抗流感的潜在靶点;利用Cytoscape软件和String数据库建立化合物-靶点网络及靶蛋白互作（PPI）网络;通过R语言clusterProfiler工具包对核心靶点进行基因本体（GO）功能及京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。结果：根据筛选条件获取160个活性成分,59个潜在靶点;经网络拓扑分析筛选出重连口服液前5位重要成分为：槲皮素、木犀草素、山柰酚、汉黄芩素、β-谷甾醇,2个重要靶蛋白转录因子P65（RELA）、丝裂原活化蛋白激酶14（MAPK14）。通过分子对接显示5个重要成分与RELA、MAPK14结合能均＜-5.0 kcal/mol。GO富集分析发现重连口服液作用的生物途径与调节脂多糖、细菌源分子等有关系;KEGG通路富集分析表明重连口服液治疗流感涉及IL-17信号通路、TNF信号通路等。结论：重连口服液以多种成分通过调控RELA、MAPK14等靶蛋白,作用于多种生物途径以抑制病毒的复制,减轻炎症反应,调节机体免疫,调控氧化应激等,从而起到抗流感的治疗作用。