虚拟监控遥操作水下机器人控制系统的研究

随着海洋科学考察和水下工程的日益增多，人类的研究趋势不断地向海洋深处发展。然而，水下环境与陆地和空间环境相比更加恶劣，对人类的威胁更大，因此水下机器人作为人的替代者，正在越来越多地在实际水下操作中应用。传统的水下机器人是采用主从遥操作控制，陆地上或母船上的操作员借助水下摄像机观察机器人的工作情况，通过主手或操纵杆操纵机器人，这种工作方式已不能满足当前水下作业的需要，所以研制具有高效率、高操作精度的水下机器人系统成为当今机器人领域的研究热点。本论文的研究内容是国家“863”高技术计划研究项目“虚拟监控遥操作水下机器人系统”的重要组成部分，以水下机器人检查海底石油钻井平台导管架焊缝的实际工作为背景，建立了一个完整的水下机器人实验系统，详细研究了虚拟遥操作控制、机器人监控控制及ROV(Remotely Operated Vehicles)模糊控制导航方法，并将这些控制方法应用到所建立的机器人系统中，完成实际操作实验。为了解决运动学逆解无解析解一类机械手的实时控制问题，本文提出一种适合于实时求解的算法--“跟踪搜索算法"，并使用该算法实现了5DOF水下机械手的运动学解算和实时控制。水下机器人载体ROV的导航问题一直被研究者们关注，在水下机器人控制中占重要地位。本文提出一种模糊控制导航方法，使用统一控制模式实现ROV在3D空间的导航，避免了ROV水下导航中多模控制切换点难以确定和切换过程造成ROV波动的问题。根据对ROV和机械手运劫特征的分析，以及水下环境的先验知识，建立了机器人和水下环境的虚拟模型。为了适应机器人在非结构化环境中工作的要求，提出“交互虚攒建模”方法，在环境发生变化时，重新建立虚拟环境模型，使虚拟环境反映真实环境的变化。在此基础上，建立了一个多功能虚拟仿真平台。监控控制是目前水下机器人最好的控制方法，本论文将虚拟现实技术应用在机器人监控系统中，提出虚拟监控系统的双层结构，发展了监控思想。研究并实现了四种虚拟监控控制方法：(1)基于虚拟显示的控制方法，(2)基于虚拟视觉的控制方法，(3)虚拟层任务规划，(4)虚拟投射控制。将上述各部分集成，设计并实现了虚拟监控遥操作控制系统，以该控制系统为核心，连接真实水下机器人和视觉系统，建立了虚拟监控遥操作水下机器人实验系统。本论文提出的系统结构、虚拟建模方法、模糊导航方法，虚拟监控控制方法均应用到机器人实验系统中。实际操作结果和仿真实验结果验证了所提出的虚拟监控系统结构的合理性，方法的正确性，体现了这些结构和方法的先进性。该实验系统和上述实验结果作为“863”项目“虚拟监控遥操作水下机器人系统”的重要组成部分，通过了专家组的验收，得到专家们的肯定。此外，为了适应开展网络遥操作研究的需要，本论文基于Internet网络技术，建立了机器人的网络通讯框架，使本论文中建立的机器人系统具有网络扩展性。论文的研究工作为研制可实用的高性能水下机器人系统奠定了基础，研究成果对水下机器人遥操作具有理论指导意义，为其实际应用提供了技术实现的途径。

GPS天线球在AUV上的拖曳运动分析

AUV在长时间作业过程中需要浮出水面进行GPS定位，既浪费时间又浪费能源，因此仿照潜艇上的拖曳天线的形式，在AUV上采用了形状简单的GPS天线球，这种天线球的拖曳运动特性是本文的主要研究内容。 本文分析了这种天线球在静水环境下的拖曳运动情况，建立了拖曳系统的数学模型。其中对于缆绳采用了Ablow提出的有限差分模型，对于自由表面上的天线球，采用水动力系数法进行分析，对耦合的系统采用前向差分法进行求解。在此基础上编制程序进行仿真。 为了验证仿真结果，在拖曳水池进行了拖曳试验。在试验中通过改变拖曳速度和缆绳长度，得到了一系列的张力数据和天线球姿态。对试验数据和计算结果的比较表明，上面的数学模型在速度小于2节时能够模拟真实情况，反之则会出现较大的误差。经过查找，本文排除了试验误差和计算参数选取不当这两个可能的原因，最终认定是天线球的模型不够完善，因为它在自由表面上受到了兴波阻力的作用。 本文也对有限差分程序的结果和叶果洛夫给出的缆绳数据进行了比较，比较表明基于本文编写的缆绳分析程序是可靠的。在此基础上，本文把拖曳试验测量到的张力作为边界条件对实际工程进行了分析计算，指出目前缆绳长度14米的情况不能满足期望的10米拖曳深度；若要拖曳深度达到10米，需要加大天线球的浮力并增加缆绳长度，本文也给出了这种情况下的几组参数的具体值。

高温高压下辉石岩的电导率实验研究

使用YJ-3000t紧装式六面顶高压设备和1260阻抗／增益-相位分析仪，在1．0～4．0GPa和773～1134K下用阻抗谱法就位测定了辉石岩的电导率。实验结果表明，电导率对频率具有很强的依赖性；温度是决定辉石岩电导率的一个重要物理参数，电导率随着温度升高而增大，lgσ与I／T之间符合Arrenhius关系式；随着压力升高。电导率降低，活化焓和独立于温度的指前因子亦降低。

贵州台江下、中寒武统界线层型候选剖面碳同位素研究

在扬子地台贵州台江八郎下、中寒武统界线剖面界线附近,碳酸盐岩和干酪根碳同位素组成有规律变化。δ13Cker (PDB) 值在23314 ‰和226. 5 ‰间漂移与δ13Ccarb (PDB) 值在2217 ‰和+ 311 ‰间变化,反映了当时海水的碳同位素组成。无机和有机碳同位素组成之差的Δδ值,沿剖面不断变小,指示剖面上部样品可能受到热扰动和成岩后期作用影响。碳同位素规律的变化,反映了最初的沉积信息,特别是有机质埋藏量的变化,这些变化与早2中寒武世环境变化和生物组合差异有关。

岩溶生态系统脆弱性剖析

生态系统的脆弱性评价对于生态系统管理具有重要作用。在分析岩溶生态系统脆弱性特征和影响因素的基础上,构建了针对岩溶自然系统的脆弱性评价指标体系,涵盖了岩溶生态系统的结构脆弱性、生态过程脆弱性、生态功能脆弱性和人为胁迫脆弱性4个方面,评价指标分别是结构稳定性、多样性生境、能量利用和积累、直接使用价值、石漠化程度和速率等。以不同类型的原生岩溶生态系统的生态基准值作为比较基础,评价系统将现有的退化岩溶生态系统的脆弱性划分为轻微脆弱、中度脆弱、重度脆弱以及系统崩溃4级

银和锰之间可能存在的联系

一般认为Ag与Pb、Zn、Cu共生，少数与Au、Sn、Sb、W、As等共生，很少有学者注意到Ag和Nn共生。关于Ag和Nn之间的研究多集中在银锰矿石选矿方面。也有部分学者通过研究渐新世含银矿床中还原锰的离析和生物化学作用。推测前寒武纪的一些生物地球化学作用。从已有的资料看。大多数锰矿床都缺乏银分析数据，过去只认为在表生风化作用下形成的铁-锰帽可能会造成银的富集。并把它划归成铁锰帽型银矿。

岩浆—热液体系成矿流体演化及其金属元素气相迁移研究进展

本文从火山喷气、岩浆热液矿床的成矿流体性质、金属元素在蒸汽相中的溶解及在蒸汽/卤水相的分配实验等方面概述了有关金属元素气相迁移及CO2在成矿过程中作用的研究现状。火山喷气的凝结物中高浓度的Cu、Zn、Pb、As、Ag和Au,以及斑岩型矿床中低密度流体包裹体（蒸汽相）中硫化物矿物的存在,预示着上述金属是以蒸汽相搬运的。金属元素在蒸汽相中溶解实验研究表明,金属元素在蒸汽相中以[Me Xm·（H2O）n]水合物的形式存在,其溶解度随着H2O逸度和HCl逸度的增大而增加;熔体—流体体系分配实验研究揭示,NaCl—H2O体系中存在蒸汽—卤水相分离,在含S条件下Au、As等元素通常以HS-离子络合物的形式优先溶于蒸汽相,Fe、Zn、Pb、Mn、Cs等元素以Cl-离子络合物的形式优先富集于卤水相;Cu在富S热液中优先进入蒸汽相,在富Cl贫S热液中通常富集于卤水相,表明Cu在岩浆热液中是以HS-和Cl-两种络合物的形式迁移的。CO2在Au、Cu等金属元素迁移和沉淀过程中可能起重要的作用,不仅促进NaCl—H2O体系相分离,并且促使HS-络合物在蒸汽相富集以及调节成矿流体的酸碱度。斑岩型Cu—Au矿床的矿化过程可概括为3个阶段：高侵位的斑岩分异出的少量岩浆流体主要形成了青磐岩化带和部分钾硅化带,矿化通常不成规模;深部岩浆房早阶段去气作用分异出的岩浆流体主要在斑岩体早期钾化基础上叠加蚀变并形成广泛的浸染状矿化和石英—硫化物细脉,在斑岩体上部形成高级泥化带并形成低温热液型Cu—Au矿化,此阶段为主矿化期;深部岩浆房晚阶段去气作用形成的岩浆流体可能主要使斑岩体和部分围岩形成绢英岩化,并伴随晚期石英—（方解石）—硫化物脉的沉淀。

贵州织金新华含稀土磷矿床的电子探针研究

位于贵州织金县的新华磷矿是一个超大型磷、稀土综合矿床。已探明磷矿石储量13.148亿吨，稀土氧化物储量144.16万吨。至今稀土元素未找到一条效益理想的综合利用途径.

湘南中生代花岗质岩石成岩成矿的时限

位于南岭中段的湘南地区，中生代花岗质岩石广泛分布；该区W、Sn、Pb、Zn、Mo、Bi等金属矿床密集产出，很多钨、锡矿床达到大型、超大型规模，且找矿潜力巨大，构成一个世界级的有色金属矿集区。最近大量的同位素年代学研究表明，南岭中段钨、锡、铅锌等金属的成矿是一个爆发性、区域性的地质事件，成矿时间高度集中，成矿时限主要在150～160Ma之间，与该区主要花岗岩的成岩时间相当吻合；对单个钨、锡矿床而言，其矿区的成岩、成矿存在着一种准同期性，即成矿与矿区花岗岩的成岩基本上是同时的、或稍晚于花岗岩的成岩作用。因此，该区中生代的花岗岩与钨锡成矿作用具有明显的时、空联系。南岭中段花岗岩大规模的侵入和钨、锡等金属的爆发性成矿均形成于一种岩石圈伸展减薄、地壳拉张的构造环境，可能与华南中生代第二幕岩石圈伸展事件密切相关。

滇西菲红超基性岩风化壳铂族元素地球化学行为

近年来在世界不同地区进行了风化过程中铂族元素的地球化学行为研究。作为中国西南部的第一个实例． 本文研究了云南西部菲红超基性岩体上发育的红土化风化剖面。矿物学和微量元素地球化学研究证明该风化壳 是超基性岩风化的结果。文中详细讨论了风化壳的地质、矿物学、红土化和铂族元素地球化学特征。结果表明， 风化壳的红土化程度不高，仍处于红色牯土阶段；风化壳上酃的表层土壤带和铁质牯土带中铂族元素总量至少富 集了3 57—7．盯倍，其中Ru和Pd的富集程度较大，Ix的富集程度中等，Pt和弛的富集程度较小，使得铂族元素 的配分模式由基岩的Pt富集型转变为风化壳的Ru-Pt富集型，证明红土化过程中铂族元素发生了分异。

Synthesis and characterization of manganese-modified MCM-41

Manganese-modified mesoporous MCM-41 molecular sieves were synthesized at the absence of alkaline metal ions under mild alkaline condition using cetylpyridinium bromide surfactant as a template, and characterized with X-ray diffraction, N-2 adsorption, transmission electron microscopy, electron spin resonance (ESR), and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopies. The synthesized MnMCM-41 has a high pore volume of 1.30 cm(3) g(-1) with a corresponding surface area of 1510 m(2) g(-1). The ESR and Si-29 MAS NMR spectra revealed the presence of framework manganese ions in either the as-synthesized or calcined forms. (C) 2002 Elsevier Science B.V. All rights reserved.