Design and control of a pendulum driven hopping robot

In this paper a new kind of hopping robot has been designed which uses inverse pendulum dynamics to induce bipedal hopping gaits. Its mechanical structure consists of a rigid inverted T-shape mounted on four compliant feet. An upright "T" structure is connected to this by a rotary joint. The horizontal beam of the upright "T" is connected to the vertical beam by a second rotary joint. Using this two degree of freedom mechanical structure, with simple reactive control, the robot is able to perform hopping, walking and running gaits. During walking, it is experimentally shown that the robot can move in a straight line, reverse direction and control its turning radius. The results show that such a simple but versatile robot displays stable locomotion and can be viable for practical applications on uneven terrain.

Primary succession of algal community structure in desert soil

The microbiotic crust study is among new focuses in investigating on the desertification control. Based on determination of algal crusts with different successive ages (4-, 8-, 17-, 34-, 42-year-old) and unconsolidated sand in the desert area, species composition and clustering analyses were carried out in this study. Results on successional orientation revealed that (1) the abundance of Cyanophyta, specially of Scytonema javanicum gradually decreased; (2) the abundance of Chlorophyta, Bacillariophyta and a species of Cyanophyta, Phormidium tenue increased; (3) the biodiversity increased gradually with the community succession; and (4) biomass of microalgae increased at the early stage, but decreased at the later stage due to the abundance of lichens and mosses. But, the speed of natural succession was so slow that the community-building species was still the first dominant species after 42 years, except that its dominant degree decreased just slightly. However, successive speed and trend were affected by water, vegetation coverage, terrain, time and soil physico-chemical properties as well, especially Mn content in the soil appeared to have a threshold effect.

超大规模地形场景的高性能漫游

超大规模地形场景包含大量的几何和纹理数据，无法一次性载入内存，并具有极高的复杂度，因而无法进行实时绘制．提出一种高性能的外存地形场蒂实时漫游技术．该方法使用离散层次细节技术并结合视点相关的动态连续层次细节选择和过渡．算法为地表的简化提出一种新的基于受限法向锥的误差计算方法，使得模型简化具有轮廓保持和光照保持特性．当生成网格包含三角形数目相当时，该方法比传统的基于几何误差的简化更加符合漫游时视觉的感知规律．场景简化过程中提取出的潜在轮廓特征可以通过巧妙地构建漫游时视线方向上的增量地平线来随时更新场蒂不同部分的可见性信息，并以此控制无用数据页面的载入和无效场景部分的绘制，提高绘制速度．漫游系统采用多线程技术．使CPU、GPU、I／O三者的效率得到充分发挥．并可实时生成具有光照和阴影效果的漫游图像．

动态地形可视化研究

动态地形是指在视景仿真过程中由于环境变化或仿真模型之间的交互而产生的高程和影像数据变化，它是战场仿真的重要研究对象，对战场仿真的逼真度和可信度有着重要影响，直接决定战场模型和地形之间的相互作用方式，如炮弹爆炸产生弹坑，弹坑影响车辆通行。因此，动态地形研究具有重要意义。 本文在开源地形渲染库libMini基础上对动态地形算法进行了研究。libMini库依据视点距离、视角和地形起伏程度对地形进行渲染，具有很好的细节层次模型连续性和较快的渲染速度，支持多分辨率分块地形，在国际上应用广泛，在此基础上进行算法改进和增强可以达到较好的实际应用效果。 首先介绍了libMini的地形渲染算法，并针对该算法计算地形粗糙度的自上而下方法的弱点，提出了自下而上的动态地形高程局部更新算法，将高程计算和渲染速度大约提高了三个数量级，大大改善了动态地形可视化的实时性。由于libMini缺乏动态地形影像更新功能，因此在OpenGL及S3TC纹理压缩算法的分析基础上设计了一种影像更新算法。然后结合高程和影像更新这两个算法实现了一种完整的能够适应多分辨率分块地形的动态地形可视化算法。 最后以虚拟地形工程为例给出了算法的实际应用过程以及相应的弹坑和堑壕模型的动态渲染结果，验证了算法的有效性、实时性和可用性。

一种三维航迹快速搜索方法

本文提出了基于SAS的自动三维航迹规划方法。该方法通过把约束条件结合到搜索算法中去，有效地减小了搜索空间，缩短了搜索时间，从而使三维规划能够用于实时航迹规划。在搜索过程中地形信息得到了充分利用，使算法生成的航迹能够自动回避地形和威胁。实验证明，该方法能够快速有效地完成规划任务，获得满意的三维航迹。

基于libMini的动态地形实时渲染算法

为了减少地形动态变化时的地形计算时间,满足动态地形实时可视化的需要,在地形渲染库libMini的基础上,依据地形动态变化的局部性特点,以及库中LOD(Level ofDetail)算法的具体实现方式,运用局部更新的思想,提出了一种动态地形实时计算和渲染算法.算法避免了在地形动态变化时进行大量重复计算,使得在地形动态变化时所需的计算量大大减少,达到实时渲染要求.实验表明,算法使得局部地形动态变化时地形计算和渲染的时间从秒级降低到毫秒级,可以满足实时渲染要求.

环境因素影响草地柠条生长的主成分及典型相关分析

Principal Component and Canonical Correlation Analysis of the Environmental Factors Influencing the Growth of Caragana korshinskii Kom. in Grassland

高塬沟壑区董志塬沟头溯源侵蚀典型调查研究

详细调查了董志塬地区的西峰区、宁县以及庆城县的沟头溯源侵蚀情况,并对近年来发生前进的沟头进行了详细的实地测量和地形地貌特点分析,对董志塬沟头溯源侵蚀整体情况做出概括。在此基础上将溯源侵蚀的发生类型划分:水力冲刷型、陷穴诱发型、裂缝诱发型和人为诱发型。针对每种类型进行了典型的实例分析。

黄土高原土壤水库及其影响因子研究评述

土壤是疏松多孔体,具有存蓄和调节土壤水分的功能。就目前黄土高原土壤水库及其影响因子进行了评述,重点阐述了土壤水库功能及其与三个主要影响因子(气象因子、植被因子、土壤因子)的关系,并对今后的研究做了展望。土壤水库下边界的界定、不同因子对土壤水库的影响以及土壤水库模型的构建等都有待进一步的研究。

基于等高线的黄土高原小流域地形虚拟

黄土高原地形三维虚拟是"数字黄土高原"的基础,可为区域水土保持生态建设提供科技支撑。针对直接在地理信息系统软件中观察三维场景存在的控制交互能力不足问题,提出综合利用地理信息系统软件的地形插值算法,基于MFC框架下的OpenGL程序设计的思路,实现地形的真实感三维虚拟。以黄土丘陵沟壑区康家沟小流域为例,等高线数据在AutoCAD和ArcView软件中处理,生成ASCII格式的规则网格DEM数据,依据它们绘制三角形带,采用加权平均法求得各点的法向量,设置光照与材质模式,添加动态天空背景,实现了该流域地形的真实感三维虚拟,并增加交互能力,完成自由漫游与多角度观察。

低压条件下滴灌灌水均匀度试验研究

低压滴灌毛管进口工作压力、铺设长度、地面坡度及毛管管径是影响滴灌灌水均匀度的重要参数。试验研究结果表明,低压条件下毛管进口压力的变化对灌水均匀度的影响并不明显;灌水均匀度随着毛管铺设长度的增大呈降低趋势,管径越小,降低越显著,但在一定管长范围内,毛管铺设长度对灌水均匀度的影响并不明显;逆坡情况下,灌水均匀度随着坡度的增大而减小,顺坡情况下,灌水均匀度随着坡度的增大呈先增大而后减小的趋势,在2‰的坡度时达到峰值;灌水均匀度随着管径的增大而增大,当管径增大到一定程度后,灌水均匀度随管径增大的幅度减缓。

地形可视性分析中观察点设置问题研究

观察点设置问题是地形可视性分析中的一类重要问题，对该问题的研究可以在空间信息辅助决策、通信、旅游、野生动物保护等领域发挥重大作用。本文在对地形可视性分析中观察点设置问题现有研究成果总结和分析基础上对该问题展开深入研究。 首先，针对现有解决方法只从智能算法或地形数据表示方法单一角度进行分析和研究的局限性，提出了一种问题相关的智能算法和数据表示方法相结合的解决问题新框架。该框架考虑了解决观察点设置问题时智能算法的优点和数据表示方式的特点相互配合问题，目的是充分发挥二者各自的优势以提高观察点设置问题解决的准确度与效率。 其次，在深入分析观察点设置问题本身特点的基础上，结合隶属云理论的基本理论和方法，对经典模拟退火算法从退温函数设计、温度产生过程、状态生成过程三方面进行了问题相关的改进，提出了一种适于观察点设置问题的改进模拟退火算法(Improved Simulated Annealing algorithm, ISA)。该算法一方面保持了经典模拟退火算法的稳定倾向特性，保证了算法满足伴随退火温度的不断下降，对恶化的新状态越来越难于接受这一模拟退火算法的最基本特征；另一方面其退火温度的连续性随机变化特性和隐含的“回火升温”过程，则有利于算法有效拒绝恶化解，加速算法收敛，能够更好地满足观察点设置问题对于算法收敛速度的要求。 再次，在分析地形数据的精度、误差等因素对观察点设置问题的解决准确性和解决效率影响程度的基础上，提出了一种基于离散余弦变换的地形数据内插方法(Discrete Cosine Transformation Interpolation method, DCTI)。新方法将传统空域上的地形内插转换到变换域上进行，同时充分利用了离散余弦变换的熵保持特性和能量压缩特性，简化了变换域上的内插过程，提高了地形数据内插的效率和精度。DCTI方法与其他现有典型地形数据内插方法相比，对地形可视性信息获取的准确性和效率影响最小，为平衡观察点设置问题解决过程中时间效率和准确度之间的关系，最终有效地解决观察点设置问题提供了数据基础。 最后，从智能算法和地形数据相结合的角度出发，提出了一种基于ISA和DCTI相结合的观察点设置问题多分辨率处理方法(Multi-Resolution Processing method, MRP)。新方法将模拟退火算法的逐次退火特点和地形数据的多分辨率表示充分结合，达到了发挥算法数据相结合的综合优势的目的。与现有单纯基于模拟退火算法的解决方法相比，在问题解决准确度保持不变的前提下，基于MRP方法的观察点设置问题解决的平均耗时减少85%~95%，为实际工程应用问题的解决提供了一条重要途径。