基于海洋机器人的科学观测与实验系统研究现状与展望

海洋机器人具有观测范围大、作业灵活、机动性好、可控性强等突出优点,在海洋科学观测与海洋科学实验中发挥了重要作用,促进了物理海洋和海洋生物地球化学的发展。为阐明海洋机器人在海洋科学观测和实验中的应用情况,以水下滑翔机、自主水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）和无人帆船3种典型的观测型海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学观测中的应用现状;以原位采样与固定、原位培养与分析海洋机器人为例介绍了海洋机器人在海洋科学实验中的应用现状;最后结合未来海洋科学研究需求,从需求牵引的角度对基于机器人的科学观测与实验系统的发展趋势进行了展望。     

无舵翼水下机器人路径跟踪控制研究

针对无舵翼水下机器人的各种不同任务要求下的路径跟踪控制进行研究。通过模拟人的运动行为,建立了虚拟避碰声纳模型。根据地形跟踪的方法提出基于虚拟声纳的路径跟踪控制方法,并通过考虑纵向速度对于其他各个自由度运动的影响设计了运动控制器。通过海上试验验证了所提出的路径跟踪控制方法对于无舵翼水下机器人是可以满足实际需要的。     

厦门岛东海岸的蚀退与防护

根据波浪输沙和地形对比，对厦门岛东部海岸的岸滩侵蚀动态及演变趋势进行探讨，并根据其海岸特点提出相应的防护对策。     

“海翼号”水下滑翔机盐度数据的热滞后效应偏差订正方法探讨

水下滑翔机可以高效地观测海水的温度、盐度和压强等海洋参数,但由于热滞后效应,盐度数据,特别是在温度梯度较大的温跃层,会出现一定程度的偏差。本研究选取了3种目前常用的盐度热滞后订正方法,对带泵的“海翼号”水下滑翔机,于2019年8月在中北太平洋所观测的盐度数据因热滞后效应引起的偏差进行订正处理,与船载911型温盐深测量仪(Instrument for Measuring Conductivity Temperature and Depth,CTD)观测盐度进行对比,在比较了3种方法对滑翔机盐度订正前后下降和上升剖面偏差的减少程度、订正后剖面与船载CTD观测剖面的偏差大小和下降上升温盐曲线(T-S曲线)的一致程度后,得出了水下滑翔机盐度订正的最优方法,即在订正电导池中实际温度的前提下,采用计算机图形分割方法,最小化滑翔机机载CTD测得的下降和上升两个剖面T-S曲线围成面积所确定的目标函数,来确定合适的热滞后修正振幅和时间常数,从而修正下降和上升两个剖面之间盐度偏差。     

应用砼的流变性计算砼的灌注参数

应用流体力学、流变学的理论，方法和施工实测数据，建立水下灌注理导管埋深，砼在灌注系统的流动阻力与导管内附加砼柱间的数学表达式，以指导水下灌注施工在最优灌注参数下进行。     

中高山地区滑坡发育地形地貌因子敏感性研究

为分析海拔高度大于1 300m的中高山地区地形地貌因子对滑坡发育的敏感性程度,运用基于因子综合贡献率的敏感性分析方法,研究黔东北中高山地区坡面形态、地形坡度、相对高差三类影响因子对滑坡发育的影响程度.在各类影响因子对滑坡发育频数、面积及体积分量贡献率的基础上,利用顺序赋值法量化各分量贡献率的贡献指数,并以各分量贡献指数的几何平均数构建敏感性系数,定量分析三类地形地貌影响因子对中高山地区滑坡发育的敏感性.研究结果表明,阶梯形和凸形坡面形态的斜坡中后部为地貌演化堆积区,能提供较大重力势能,属滑坡发育的敏感性坡面形态因子;地形坡度在18°～22°之间的较陡坡和相对高差在40～80m之间的矮坡常分布于受地表水强烈冲刷的地带,在一定重力势能和强烈地下水共同作用下,极易诱发浅层小规模滑坡;地形坡度大于27°的极陡坡和相对高差大于120m的高坡由于具备较大重力势能,常诱发深层大规模滑坡.     

Measuring the significance of a divide to local drainage patterns

This article presents a framework for estimating a new topographic attribute derived from digital elevation models (DEMs) called maximum branch length (B _max). Branch length is defined as the distance travelled along a flow path initiated at one grid cell to the confluence with the flow path passing through a second cell. B _max is the longest branch length measured for a grid cell and its eight neighbours. The index provides a physically meaningful method for assessing the relative significance of drainage divides to the dispersion of materials and energy across a landscape, that is, it is a measure of ‘divide size’. B _max is particularly useful for studying divide network structure, for mapping drainage divides, and in landform classification applications. Sensitivity analyses were performed to evaluate the robustness of estimates of B _max to the algorithm used to estimate flow lengths and the prevalence of edge effects resulting from inadequate DEM extent. The findings suggest that the index is insensitive to the specific flow algorithm used but that edge effects can result in significant underestimation along major divides. Edge contamination can, however, be avoided by using an appropriately extensive DEM.     

无人水下智能海洋测绘装备的机遇与挑战

针对海洋测绘面临的问题,分析了无人时代海洋测绘技术的发展机遇,提出了无人水下智能海洋测绘的新模式,讨论了无人水下智能海洋测绘的技术体系和无人水下智能海洋测绘装备的关键技术,以及无人水下智能海洋测绘的装备产业链,展望了无人水下智能海洋测绘装备的发展趋势及应用前景。     

地形地貌发育时间与古地形反演

地形地貌是构造过程与地表过程等相互竞争的结果,古地形重建与地貌演化研究将有助于理解这些过程及其相互作用关系。传统的地形地貌演化研究多基于14C、释光、磁性地层等定年手段,定性或半定量地分析构造活动与地表侵蚀对地形地貌发育的影响。随着相关技术手段的发展,低温热年代学方法已不仅仅局限于构造地质学领域的造山带构造-热演化历史研究,目前已用于重建地形地貌演化历史。基于这一背景,在概述低温热年代学基本原理的基础上,结合自己的研究,主要介绍了该方法在地形地貌发育时间、古地形反演等方面的研究进展以及研究中需要注意的一些问题。文章最后指出,寻求具有更低封闭温度的低温热年代学测年体系是这方面研究的努力方向。     

潜航器微气泡减阻数值模拟方法研究

近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展,许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。以回转体潜航器简化模型为研究对象,利用多孔介质来简化喷气小孔,并结合不可压缩水体和可压缩理想气体的流体体积（VOF）方法,建立了Realizable ε-k湍流计算模式。通过拖曳试验验证了多孔介质等效喷气小孔的合理性和数值模式的准确性,结合试验和数值结果探究了微气泡减阻技术对潜航器航行阻力的影响。数值结果显示,气泡对潜航器尾流低速区的改变使尾部压力分布产生变化从而导致压差阻力增高。同时气泡可以显著降低其覆盖区域的黏性阻力。并且随着来流速度的提高,气泡覆盖范围扩大,黏性减阻率持续增加。进一步地,建立了加长改进模型,数值模拟结果表明,微气泡减阻技术不仅能大幅减小黏性阻力,还能有效减小模型总阻力。