A simplified approach to design fuzzy logic controller for an underwater vehicle

Fuzzy logic controller (FLC) performance is greatly dependent on its inference rules. In most cases, the more rules being applied to an FLC, the accuracy of the control action is enhanced. Nevertheless, a large set of rules requires more computation time. As a result, an FLC implementation requires fast and high performance processors. This paper describes a simplified control scheme to design a fuzzy logic controller (FLC) for an underwater vehicle namely, deep submergence rescue vehicle (DSRV). The proposed method, known as the single input fuzzy logic controller (SIFLC), reduces the conventional two-input FLC (CFLC) to a single input FLC. The SIFLC offers significant reduction in rule inferences and simplifies the tuning process of control parameters. The performance of the proposed controller is validated via simulation by using the marine systems simulator (MSS) on the Matlab/Simulink^® platform. During simulation, the DSRV is subjected to ocean wave disturbances. The results indicate that the SIFLC, Mamdani and Sugeno type CFLC give identical response to the same input sets. However, an SIFLC requires very minimum tuning effort and its execution time is in the orders of two magnitudes less than CFLC.     

沉积物干容重分析及其沉积学意义:以东海内陆架海区为例

干容重是沉积学研究中用于计算物质通量的一个重要参量,对于正确认识沉积物的收支平衡、源汇通量以及地貌演化等问题具有重要意义。然而,干容重的分析流程和计算方法仍然缺乏统一的规范,导致干容重的取值不尽合理,影响了沉积学研究的定量化和精准度,这个问题需要引起足够的重视。本文选取了东海内陆架的表层沉积物和柱状沉积物,运用实验测试和间接公式计算两种方法获得了沉积物的干容重,对比分析了两种方法的精准度。研究发现,东海内陆架的细颗粒沉积物的干容重的数值范围是1.1—1.5g/cm³;影响沉积物干容重的主要因素是沉积物的成分与粒度,前者通过颗粒态物质的密度起作用,后者通过孔隙度来影响。建议:干容重的分析测试工作应在采样后尽快完成;运用干容重进行沉积通量计算时,应根据沉积物的平均粒度和孔隙度的空间变化选择合适的数值,以获得更加合理的结果。     

气候变化对东北大西洋渔获物组成、多样性和营养级的影响

东北大西洋是世界上重要的捕捞海域,气候变化对该海域捕捞产生了重要的影响。本文基于联合国粮农组织所提供的1982−2016年东北大西洋渔获产量数据,对该海域渔获物组成、多样性、平均营养级及主成分变化特征进行时间序列上的分析,并结合东北大西洋海域气候、环境因子,应用广义可加模型探究渔获物组成与气候变化之间的关系。结果显示：渔获物多样性的变化总体上呈下降趋势,2002−2010年间处于较低水平;平均营养级在2002年之前呈平缓下降的趋势,2002年之后开始波动上升,相关性分析表明这两个指标与海域环境因子的变化较为相关。对渔获物组成进行主成分分析显示,第一主成份变化的方差解释率达到35.3%,且与海域气候、环境因素有较高的相关性,第一主成分变化能够较好地表征气候影响下渔获物组成变化的情况。广义可加模型分析结果显示,渔获物组成变化的影响因素按解释率由高到低分别为：海表温度、海平面高度、盐度、海冰和北大西洋涛动指数。该研究有助于认识气候变化对海洋渔业资源及其结构组成的影响。     

Hydrodynamic characteristics of the western Doñana Region (area of El Abalario), Huelva,Spain

The Doñana region, in southwestern Spain, comprises a large and important nature reserve, the wetlands of which are affected by human activity. Planting of an extensive eucalyptus forest in the 1950s and, more recently, the use of aquifers for irrigation and water supply for some coastal tourist resorts, have altered the natural groundwater-flow system. The area of the study is the western sector of the region, called El Abalario, which is a gentle topographic elevation between the Atlantic coast and La Rocina Creek (Arroyo de la Rocina). Underneath a variable layer of eolian sands with high dunes near the coast, thick Plio-Quaternary detritic strata, mostly fine silica sands, overlie marls. Near the base there is a variable, deltaic-origin layer of coarse sands and gravels. The dome-shaped water table, inside the sands, is close to the surface everywhere except beneath the dune belt, and small, temporary, shallow lagoons are numerous. The coarse sand and gravel layer conditions groundwater flow and behaves as a semiconfined layer between sands. A cross section through the area was simulated with a model to check the validity of the conceptual groundwater-flow pattern and its sensitivity to the hydraulic parameters. The model was calibrated using parameter values obtained by pumping tests and multilevel piezometric data, and checked against the estimated groundwater discharge into La Rocina Creek. Groundwater flows peripherally to the sea coast, to La Rocina Creek, or directly east and southeastward into the Doñana marshlands, in the Guadalquivir River delta. The average net aquifer recharge rate was calculated to be between 100 and 200 mm year^–1 for the area covered by brush, but is remarkably lower in the areas of eucalyptus trees. The transient-state model shows that recharge varies spatially and is not clearly proportional to annual precipitation. Phreatic evapotranspiration plays an important role in decreasing the net value of aquifer recharge to approximately 0.4–0.6 of that calculated with a soil-balance model. The cross section model was used to study the effect of groundwater abstraction on water-table depth by subtracting the contribution of vertical flow, calculated by a well-hydraulics formula, to the semiconfined deep aquifer. The result was a decrease in phreatic evapotranspiration, flow into La Rocina Creek, and lagoon-inundation frequency. Replacement of the eucalyptus forest with native vegetation may raise water-table levels and even reactivate old tributaries to La Rocina Creek.

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Resumen La región de Doñana, situada en el sudoeste de España, incluye una gran e importante reserva natural, cuyos humedales están siendo afectados por la actividad humana. La extensa plantación de eucaliptus en la década de 1950 y el uso más reciente de los acuíferos para riego y para abastecimiento de centros turísticos costeros han modificado el sistema de flujo del agua subterránea en esta zona. Este estudio se ha realizado en el sector occidental, llamado El Abalario. Se trata de una elevación suave situada entre el océano Atlántico y el arroyo de La Rocina. Debajo de un manto variable de arenas eólicas, que forma un alto cordón dunar costero, se encuentran sedimentos detríticos plio-cuaternarios formados por arenas silíceas finas, que hacia la base incluyen una capa de arenas gruesas y gravas de origen deltrico, los que a su vez yacen sobre margas. El flujo de agua subterránea está relacionado con niveles de gravas y gravillas semiconfinadas por las arenas fluvio-marinas que contienen el nivel freático. El nivel freático es somero excepto debajo del cordón dunar. Son frecuentes pequeñas lagunas temporales. Se ha simulado el flujo de agua subterránea en una sección para comprobar el modelo de flujo conceptual y la sensibilidad a variaciones de los parámetros. El modelo fue calibrado usando los valores de los parámetros hidráulicos obtenidos en ensayos de bombeo y datos piezométricos medidos a diferentes profundidades, y la descarga estimada al arroyo de La Rocina. La recarga de agua subterránea drena lateralmente, por un lado hacia la costa y por otro lado a través del arroyo de La Rocina, o directamente hacia las Marismas de Doñana situadas en el delta del río Guadalquivir. Con una lluvia media anual entre 550 y 600 mm, la recarga neta media estacionaria anual del acuífero, considerando periodos de tiempo largos, se estima entre 100 y 200 mm en las zonas de vegetación autóctona, y es notablemente menor en las zonas de plantación de eucaliptos. El modelo transitorio indica que la recarga varia espacialmente y no es claramente proporcional a la precipitación para periodos de un año. La evapotranspiración freática varia espacialmente y juega un papel importante; disminuye el valor neto de la recarga al acuífero para dejarlo en 0,4 a 0,6 de lo que se calcula mediante un balance de agua en el suelo. La sección modelada sirve para estudiar el efecto de la extracción de agua subterránea sobre la profundidad del nivel freático mediante la substracción del flujo vertical, que se calcula mediante una fórmula de hidráulica de pozos para el acuífero semiconfinado profundo. El resultado es una disminución de la evapotranspiración freática, del flujo al arroyo de la Rocina y de la frecuencia de inundación de las lagunas. La substitución del bosque de eucaliptus por vegetación nativa puede elevar los niveles freáticos e incluso reactivar antiguos "caños" tributarios al arroyo de La Rocina.

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Résumé La région de Doñana, située dans le sud ouest de l'Espagne, comprend une importante réserve naturelle avec des zones humides, affectée par l'activité humaine. L'exploitation de vastes plantations d'eucalyptus pendant les années 50 et l'usage plus récent des nappes souterraines pour l'irrigation et l'alimentation en eau des centres touristiques côtiers ont modifié le système de flux d'eau souterraine dans cette zone. La présente étude a été réalisée dans le secteur occidental, appelé El Abalario. Ce secteur consiste en une légère élévation située entre l'Océan Atlantique et la ravine de La Rocina. Une couverture variable de sables éoliens, formant une haute crête dunaire côtière, recouvre des sédiments detritiques plio-quaternaires, déposés eux même sur des sables siliceux lesquels reposent à leur tour sur des marnes. Près de la base se trouvent des sables grossiers et des graviers d'origine deltaïque, dont l'épaisseur varie spatialement. Le flux d'eau souterraine est conditionné par l'aquifère semi confinés des graviers et des sables grossiers. Le niveau phréatique de l'aquifère libre des sables fluvio-marins est peu profond, excepté sous les dunes. On y trouve souvent des petites lagunes temporaires peu profondes. Le flux de l'eau souterraine a été simulé dans une section verticale pour vérifier le modèle hydrogéologique conceptuel et la sensibilité aux variations des paramètres. Le modèle a été calé en utilisant d'une part les valeurs des paramètres hydrauliques obtenus par des essais de pompage et d'après les données piezométriques mesurées à différentes profondeurs, et d'autre part l'apport estimé de la ravine de La Rocina. L'écoulement d'eau souterraine s'effectue par drainage latérale dans trois directions, d'une part vers la côte, d'autre part à travers la ravine de La Rocina et finalement directement vers les Marais de Doñana situés à l'est et sud-est dans le delta du fleuve Guadalquivir. Avec une pluviométrie moyenne comprise entre 550 et 600 mm, la recharge nette moyenne annuelle des nappes, pour des périodes de temps assez longues, est estimée entre 100 et 200 mm dans les aires de végétation autochtone, et elle est nettement inférieure dans les aires plantées d´eucalyptus. Le modèle transitoire montre que la recharge varie dans l'espace et qu'elle n'est pas clairement proportionnelle aux précipitations annuelles. L'évapotranspiration phréatique joue un rôle important et diminue la valeur nette de la recharge des nappes de 0,4 à 0,6 de la valeur calculée avec un modèle de bilan d'eau dans le sol. La section modélisée est utilisée pour étudier l'effet de l'extraction d'eau souterraine sur la profondeur du niveau phréatique en soustrayant le flux vertical, calculé grâce à une formule d'hydraulique des puits, de la nappe profonde semi-confinée. Le résultat de cette extraction est une diminution de l'évapotranspiration phréatique, du flux au niveau de la ravine de La Rocina et de la fréquence d'inondation des lagunes. La substitution de forêts d'eucalyptus par de la végétation autochtone peut permettre la remonté des niveaux phréatiques et même réactiver d'anciens ravins affluents à La Rocina.

     

Stokes波的谱特性分析

应用理论推导及数值计算方法，对Stokes随机波的谱特性进行了分析。首先将波面方程，海水质点水平速度用一阶波面分量的非线性组合表示，应用平稳随机高阶短的降阶计算法则，得到了波面方程及海水质点水平速度与一阶波面分量的自相关函数之间的关系，从而确定了Stokes随机波浪的波浪谱密度及海水质点水平速度和加速度谱密度，进而求得有关波浪要素的均方根值。文章还应有数值计算方法，分析了波浪基本参数对均方根值的影响。     

Appraisal of storm beach buffer width for cyclonic waves

The loss of beach sand from berm and dune due to high waves and surge is a universal phenomenon associated with sporadic storm activities. To protect the development in a coastal hazard zone, hard structures or coastal setback have been established in many countries around the world. In this paper, the requirement of a storm beach buffer, being a lesser extent landward comparing with the coastal setback to ensure the safety of infrastructures, is numerically assessed using the SBEACH model for three categories of wave conditions in terms of storm return period, median sand grain size, berm width, and design water level. Two of the key outputs from the numerical calculations, berm retreat and bar formation offshore, are then analysed, as well as beach profile change. After having performed a series of numerical studies on selected large wave tank (LWT) test results with monochromatic waves using SBEACH, we may conclude that: (1) Berm erosion increases and submerged bar develops further offshore as the storm return period increases for beach with a specific sand grain size, or as the sand grain reduces on a beach under the action of identical wave condition; (2) Higher storm waves yield a large bar to form quicker and subsequently cause wave breaking on the bar crest, which can reduce the wave energy and limit the extent of the eroding berm; (3) A larger buffer width is required for a beach comprising small sand grain, in order to effectively absorb storm wave energy; and (4) Empirical relationships can be tentatively proposed to estimate the storm beach buffer width, from the input of wave conditions and sediment grain size. These results would benefit a beach nourishment project for shore protection or design of a recreational beach.     

Proglacial groundwater storage dynamics under climate change and glacier retreat

Proglacial aquifers are an important water store in glacierised mountain catchments that supplement meltwater-fed river flows and support freshwater ecosystems. Climate change and glacier retreat will perturb water storage in these aquifers, yet the climate-glacier-groundwater response cascade has rarely been studied and remains poorly understood. This study implements an integrated modelling approach that combines distributed glacio-hydrological and groundwater models with climate change projections to evaluate the evolution of groundwater storage dynamics and surface-groundwater exchanges in a temperate, glacierised catchment in Iceland. Focused infiltration along the meltwater-fed Virkisá River channel is found to be an important source of groundwater recharge and is projected to provide 14%–20% of total groundwater recharge by the 2080s. The simulations highlight a mechanism by which glacier retreat could inhibit river recharge in the future due to the loss of diurnal melt cycling in the runoff hydrograph. However, the evolution of proglacial groundwater level dynamics show considerable resilience to changes in river recharge and, instead, are driven by changes in the magnitude and seasonal timing of diffuse recharge from year-round rainfall. The majority of scenarios simulate an overall reduction in groundwater levels with a maximum 30-day average groundwater level reduction of 1 m. The simulations replicate observational studies of baseflow to the river, where up to 15% of the 30-day average river flow comes from groundwater outside of the melt season. This is forecast to reduce to 3%–8% by the 2080s due to increased contributions from rainfall and meltwater runoff. During the melt season, groundwater will continue to contribute 1%–3% of river flow despite significant reductions in meltwater runoff inputs. Therefore it is concluded that, in the proglacial region, groundwater will continue to provide only limited buffering of river flows as the glacier retreats.     

利用Jason-1卫星确定全球平均海面高

介绍了卫星测高数据处理的基本方法,分析研究了卫星测高的主要误差,提出了Jason-1的数据编辑准则,并用其测高数据确定了全球平均海面高,与CLS01模型进行了比较分析.     

陀螺定向中仪器常数的适用范围

针对陀螺定向过程中已知边和未知边的相对位置定义较为模糊的现状,该文主要探讨了对于同一陀螺定向边,由于不同距离与方位的已知边测定的仪器常数不同,从而影响定向精度的问题;并通过试验分析,得出了在陀螺定向过程中,测定仪器常数的地面已知边与地下定向边的平面位置的适用范围。结果表明,已知边与定向边的距离不同对仪器常数影响较大;已知边与定向边的相对方位不同对仪器常数的影响较小。