【摘要】：泥石流爆發(fā)過程中,由漿體裹挾的巨石所引發(fā)的沖撞是其強大破壞力的主要來源。許多地質(zhì)學家通過水槽實驗對巨石啟動和運移進行觀察,認為巨石的啟動和運移形式與泥石流漿體有直接關(guān)系。雖然這些研究有相應的理論模型,但缺乏巨石姿態(tài)實測數(shù)據(jù)的支撐。受四川省國土資源廳科學研究計劃項目資助,本文旨在借鑒航姿參考系統(tǒng)設(shè)計,開發(fā)一套用于水槽泥石流實驗的巨石姿態(tài)檢測系統(tǒng)。首先,調(diào)研了巨石運動規(guī)律研究的主要方法和國內(nèi)外航姿參考系統(tǒng)產(chǎn)品的性能指標�；诰奘\動理論研究,通過巨石姿態(tài)描述、姿態(tài)更新方法對比以及數(shù)據(jù)融合算法研究,為后續(xù)姿態(tài)解算奠定基礎(chǔ)。此外,從巨石姿態(tài)檢測的需求出發(fā),提出了巨石姿態(tài)檢測系統(tǒng)設(shè)計指標和總體設(shè)計方案。其次,開展元器件選型并基于MEMS低成本姿態(tài)傳感器設(shè)計了具有多冗余、無線收發(fā)和本地存儲功等功能的姿態(tài)板。同時建立MEMS姿態(tài)傳感器誤差模型,以提高傳感器測量精度。再次,基于ARM微控制器完成FreeRTOS操作系統(tǒng)移植,繼而開發(fā)了芯片驅(qū)動、傳感器數(shù)據(jù)同步采集、傳感器冗余故障檢測隔離、姿態(tài)解算算法、無線通信和Micro SD卡存儲的程序;基于PC機開發(fā)了具備巨石模型3D實時可視化、姿態(tài)傳感器故障報告、姿態(tài)數(shù)據(jù)顯示等功能的上位機軟件。最后,通過姿態(tài)傳感器標定補償實驗,實現(xiàn)了傳感器測量精度的提升;通過三軸轉(zhuǎn)臺測試,巨石姿態(tài)檢測系統(tǒng)靜態(tài)精度滿足橫滾角、俯仰角誤差均方根小于0.2°,航向角小于0.5°的設(shè)計指標;通過飛行對比試驗,巨石姿態(tài)檢測系統(tǒng)動態(tài)精度達到了俯仰角、橫滾角誤差均方根小于2.5°的設(shè)計指標,具備良好的姿態(tài)跟隨性。水槽實驗中,通過巨石姿態(tài)檢測系統(tǒng)獲取的姿態(tài)數(shù)據(jù)和攝像機錄像多位置比對,表明設(shè)計的巨石姿態(tài)檢測系統(tǒng)能夠較為準確地反映巨石運移中真實姿態(tài)變化過程。本文結(jié)尾對所做的研究工作進行歸納總結(jié),提出了下一步的改進方向。
【圖文】：

成都理工大學專業(yè)碩士學位論文環(huán)境研究所和成都理工大學地質(zhì)災害防治與地質(zhì)環(huán)境保護國家重點實驗室等單位。為保障人民群眾財產(chǎn)和生命安全，973 計劃還在 2011 年啟動了“中國西部特大山洪泥石流災害形成機理與風險分析的項目研究”。1.1.2 選題來源及研究意義泥石流是不透明的固液兩相流，它的破壞性主要表現(xiàn)形式有淤埋破壞、摩擦破壞和沖擊破壞。其中淤埋破壞和沖擊破壞這兩種破壞方式最為嚴重，如圖 1-1：

1.2.2 國內(nèi)外航姿參考系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀不同應用場合對 AHRS 的精度和可靠性要求不同。精度和可靠性越高的AHRS 性能就越好，相應的售價也越高。針對用途和售價，一般市場上能接觸到的 AHRS 可大致分為工業(yè)級和商業(yè)級。在工業(yè)級 AHRS 產(chǎn)品中，國際知名度較高的有 XSENS 公司 MTi 系列（荷蘭）、iMAR 公司的 iNAT 系列（德國）、SBG公司 Ellipse/Ekinox 系列（法國）、Sensonor 公司 STIM 系列（挪威）以及 inertiallabs 公司的 AHRS-10 系列（美國）。當然，在國內(nèi)也有一些同類型產(chǎn)品。比如無錫北微 BW-AH 系列、深圳瑞芬科技 AH 系列、北京耐威時代公司 NVAH 系列。但是國內(nèi) AHRS 產(chǎn)品沒有一個統(tǒng)一的行業(yè)標準，很難對精度指標和可靠性做出定性的判斷。因此在需要高精度姿態(tài)測量的場合，，使用國產(chǎn) AHRS 的相對較少。本文調(diào)研并選擇四款具有代表性的工業(yè)級 AHRS 產(chǎn)品來對比。這四款產(chǎn)品單價均在兩萬元以上，硬件外觀和型號如圖 1-2 所示：
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：P642.23

【參考文獻】

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本文編號：2664441