DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
system: [SYSTEM]

user: 5. 流体粒子扩散 流体粒子扩散通常发生在自由表面上，能够产生扩散现象的有三种情况 [ 17 ] 。一是空气滞留。二是在波峰处，流体粒子会飞溅，产生扩散粒子。三是流体颗粒自身有一定的能量，能量越大，产生扩散粒子的可能性越大。 5.1. 滞留气体 空气受到冲击，会滞留在浅水地区，高度紊乱的流体会把空气吸入水中，导致空气很有可能滞留在水中，形成气泡或泡沫粒子。 用控制函数来表示一个流体颗粒产生扩散粒子的概率： (10) 流体粒子的相对运动，可以用式子 表示，其中 表示两个粒子单位相对速度， 表示单位距离向量。滞留空气的概率 ，其中速度差分式子： (11) 和 表示速度差分的最小最大值，由用户输入。 是对称权函数，定义为： (12) 是粒子搜索的邻居半径。 5.2. 波峰 波峰不稳定，容易产生扩散粒子。在波峰处，表面曲率比较高，局部表面呈凸形。表面曲率 近似为 (13) 是单位表面法向。为区分凸凹区域，考虑 和 的向量积(如图1)。 所以波峰可以表示： (14) 其中， (15) 文 [ 17 ] 提出额外的条件对凸面进一步修正， (16) 在波峰处，一个流体颗粒产生扩散粒子概率 ， ， 由用户输入。 5.3. 能量 雾沫和液滴的计算需要精确知道表面张力的改变，这对于模型是一大挑战。本文未考虑表面张力的改变，文献 [ 18 ] 和 [ 19 ] 把表面张力设为常量。仅把内能 作为产生雾沫、液滴的衡量标准。所以内能产生扩散粒子的概率为 。 表示内能的最小最大值，由用户输入。 所以，一个流体粒子产生扩散粒子数为： (17) 其中 表示每秒取样的波峰数， 每秒取样的滞留空气数， 为时间步长。 5.4. 扩散粒子的产生 图2.一个流体粒子产生许多扩散粒子，现在流体粒子位置是 5.5. 扩散粒子分类 根据产生出的扩散粒子位置，计算其周围邻居流体粒子的数量，把扩散粒子进行分类。扩散粒子的邻居流体粒子数小于4，记为喷雾粒子；粒子数大于12，记为气泡粒子；其它为泡沫粒子。 图1. 粒子法向与粒子相对邻居粒子距离向量点积，为正则是凹面，为负是凸面 图2. 一个流体粒子产生许多扩散粒子，现在流体粒子位置是x f (t) 喷雾粒子仅受到重力和外力的作用，使用欧拉方法更新速度和位置， ， 。但是，泡沫和气泡粒子很大程度受到周围流体粒子的影响，泡沫位置的速度是通过局部流体粒子速度平均值体现的。所以扩散粒子的位置更新为 ，速度不更新。其中 ， 表示流体粒子， 表示扩散粒子。由于水和空气的密度差较大，气泡的运动还受到浮力的作用，所以气泡速度更新为 ， 和 控制着浮力和重力的影响，由用户输入。位置更新为 。
system: [SYSTEM]

user: 6. 数值算例 本文以溃坝现象为例，说明此模型模拟流体细节的视觉效果，各参数见文献 [ 20 ] 。 6.1. 水柱倒塌模拟 图3给出了SPH方法得到的波前位置，并与文献 [ 21 ] [ 22 ] 得到的实验测量值进行比较。本文使用的时间步长是固定，容易计算。自适应步长运算比较繁琐，见 [ 23 ] 。可以看出，使用此种边界条件得到的波前位置更接近实验值。因此本文所采用的边界处理方法能够准确和稳定地模拟整个水柱倒塌过程。 图4给出了不同时刻的流场，并与实验 [ 20 ] 得到的实验现象(详见 [ 20 ] )进行比较，可以看出得到的流场和文献 [ 20 ] 结果一致。把图4(d)放大，可以从图4(g)中看出，增加流体粒子的扩散处理，使水柱倒塌的视觉效果更加逼真。 6.2. 有挡板的水柱倒塌模拟 为了研究SPH方法在实际问题中的应用，图5给出了有挡板的水柱倒塌过程。 与无挡板模型相比，此模型在水平中点上方，放置了一个挡板。当水柱流过挡板，挡板下方的水流类似实际问题中的泄洪过程；而在挡板上方，当水柱冲击挡板，类似实际问题中的流体碰撞固体，产生飞溅等现象。喷雾和泡沫粒子一般产生在流体表面，气泡粒子产生在流体粒子和墙壁相撞的角落处。数值结果表明，此模型在有挡板的水柱倒塌场景下，比无挡板的水柱倒塌产生的飞溅现象更明显，视觉效果更逼真。
system: [SYSTEM]

user: 7. 结论 本文通过使用了流体粒子扩散新模型，增加了流体粒子扩散的后处理过程，模拟了无挡板和有挡板 图3. 不同时刻对应的波前位置 图4. 水柱坍塌模拟 图5. 有挡板的水柱倒塌流场 的溃坝问题。数值结果表明，此固壁边界能稳定准确的模拟溃坝问题，此模型能使溃坝的视觉效果更加逼真。新产生的喷雾、泡沫、气泡扩散粒子很大程度提高了流体在实际流动过程中的视觉效果，使流体动画更加逼真。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 研究目的：本文从地方政府、企业和农民三个参与主体的利益博弈视角探讨城乡建设用地配置的内在动力，有利于促进建设用地优化配置。研究方法：成本效益法，博弈分析法。研究结果：现有的征地、农村土地整治和信息不对称市场交易等三种不同城乡建设用地配置途径，涉及到地方政府、农民与用地企业等不同利益主体及其成本效益，采用成本效益法与博弈分析法进行系统分析。研究结论：土地经济供给的稀缺性决定了不同主体间的利益冲突必然存在，建设用地配置的结果取决于各参与主体在整个过程中所扮演的角色及其利益选择。同时，可以得出以下结论：在征地途径下，提高农民土地权利的保护意识和政府违规的成本能够有效遏制政府通过压低征地补偿牟利的冲动。在农村土地整治途径下，当没有企业参与时，政府与农民的博弈结果具有不确定性。政府更愿意选择提供优惠政策，由企业主导实施，在这种情况下，企业与农民的博弈没有纯策略纳什均衡，博弈结果取决于农民的监督成本、企业违规可能带来的成本节约以及违规处罚的力度。在市场配置途径下，由于信息不对称的存在，企业可能选择不公平交易而使农民利益受损，这意味着城乡建设用地的市场配置离不开政府的有效监管，以提高企业违规的成本，规范企业的市场行为。 关键词 :城乡建设用地配置，内在动力，参与主体，博弈分析
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 在我国，随着工业化和城镇化进程的加快，城市建设用地需求快速增长，但供给却日益紧缺；而在农村，因历史原因，建设用地尤其是宅基地使用呈现出面积超标、一户多宅、布局分散等现象 [ 1 ] [ 2 ] ，且农村建设用地退出机制缺失，随着农村人口的非农化转移，农村陷入了村庄空心化与“人减地增”并存的怪圈 [ 3 ] ，导致建设用地大量闲置，使用效率下降。为了充分、合理地利用农村闲置土地，遏制其建设用地“逆向扩张”，就必须改变以往城乡分割的土地配置模式，通过建立城乡统一的配置平台，促进建设用地优化配置。因此，探讨城乡建设用地配置的动力势在必行。 从宏观方面讲，城乡之间人口、资金和科技等要素的流动，促进了城乡建设用地在一定时间和空间内的配置，这是其配置的外在动力；而从微观方面讲，建设用地配置的过程和结果取决于各参与主体的利益选择，这是其配置的内在动力。研究表明，现有文献更多地关注城乡建设用地配置的外在动力 [ 4 ] - [ 7 ] ，而对内在动力关注较少。本文拟从微观方面参与主体利益博弈的视角对城乡建设用地配置的内在动力进行博弈分析。由于在城乡建设用地配置过程中涉及到的参与主体包括地方政府、农民和企业，而土地经济供给的稀缺性决定了不同主体之间的利益必然存在冲突，在不完全市场下，建设用地配置的结果将取决于各参与方在此过程中所扮演的角色及其利益博弈。 为简化分析，本文先提出如下三个假设：1) 各参与方是理性的，其行为符合利益最大化原则；2) 城乡建设用地产权是清晰的，不存在因土地产权不明确而引起的用地矛盾；3) 集体经济组织和农民具有利益一致性，因此下文的分析中，我们对集体经济组织和农民的身份不加区分。
system: [SYSTEM]

user: 2. 参与主体的利益诉求分析 2.1. 地方政府的利益诉求 地方政府的利益诉求实际上就是地方官员利益诉求的外化。从个体角度讲，地方官员作为“经济人”，其利益诉求有两个：一是经济诉求，即追求经济利益；二是政治诉求，即谋求仕途发展，并且在很大程度上后者是前者实现的基础。 1) 政治诉求。在我国，由于政绩考核结果与官员的仕途息息相关，因此政绩考核体系的主要指标自然成为地方干部的工作重心。因此，地方官员热衷于招商引资上项目并大搞“形象工程”、“路边工程”等以获得短期经济效益，导致资金和土地极大浪费，并可能在将来要付出高昂的环境代价。此外，社会稳定也是官员考核的重要方面。稳定的社会环境既是经济发展的保障，也是官员执政能力的重要体现，因此政府官员不希望在任期内发生官民冲突或大规模群体性事件。而在建设用地配置问题上，由于配置标的物价值量大，配置过程中还涉及到人口的安置以及资金来源和利益分配等问题，这些问题将直接影响到生活在土地上的人们的利益，因此政府必须妥善处理好与农民之间的利益关系，防止侵害农民利益而造成社会的不稳定。 2) 经济诉求。政府的经济诉求主要体现在对财政收入的追求上。雄厚的财政收入是地方政府履行各项职能的重要保障。但1994年分税制改革后，中央政府将财权上收的同时把责任下移，财权和事权的不对等造成地方财政收不抵支的局面。例如，在改革前的1993年，地方政府掌握的财政收入占全部财政收入的比重为78%，到1994年这一比例已下降到44.3%；但地方政府财政支出的比重却增加了，1990年为68%左右，而到2004年已经上升了75%左右 [ 8 ] ，形成巨大的财政收支缺口。虽然中央政府会通过转移支付的形式将部分税收返还给地方，但由于存在分配不科学、监管不到位等问题，财政转移支付没有起到应有的作用。在这种情况下，游离于政府预算之外的土地出让金收入成为地方政府开源的最佳选择，甚至已经成为“第二财政”。随着经济的发展，城镇土地价格不断攀升，政府通过土地财政获得的收益也越来越大。有数据显示，2004~2012年间，土地出让收入占地方财政收入的比例多在40%~70%之间 [ 9 ] ，地方对土地财政的依赖程度可见一斑。 但显然地方政府不可能无限制地卖地，土地利用要受到规划、用途管制等制度和耕地保护等政策的制约。为了获得更多的建设用地指标，政府开始向农村“要地”，通过推进农民集中居住、土地整治并结合城乡建设用地增减挂钩，政府能够在维持区域耕地总量不减少，建设用地总量不增加的基础上获得土地出让指标。 2.2. 企业的利益诉求 作为市场经济的微观主体，企业的行为遵循利润最大化原则，即追求以最小的成本投入获得最大的收益。企业趋利的本质决定了其在城乡建设用地配置过程中的选择无不是以获得近期或长远利益为前提的。 随着经济的发展和城镇化进程的加快，作为重要的生产要素之一，土地的需求不断增加，同时随着城镇的市政、公用、交通、通信等设施逐步配套齐全，投资环境不断改善，企业间的用地竞争不断加剧，用地成本也不断提高 [ 10 ] 。作为工商业建设用地的主要需求者，企业选择投资地区的依据是不同地区之间投资的比较净收益。当城镇用地成本过高时，企业便将目光转向城郊交通便利的农村集体非农建设用地。但受现行法律的限制，企业无法通过合法途径直接获得集体非农建设用地的使用权。在这种情况下，企业有两种选择，一是通过隐形土地市场与农民直接交易，但要承担违法处罚的风险；二是参与政府推动的农村土地整治，为政府分担土地整理复垦和新农村建设过程中所需的资金。第二种途径下，企业需要付出较高的前期成本，但也能够获得诸多利益，如借助与政府的合作关系以低廉的价格获取商业开发用地，并如能够享受相关政策性补贴及税费减免；依托当地资源发展特色产业，并能够就地吸收农村剩余劳动力，降低生产成本。 2.3. 农民的利益诉求 美国心理学家马斯洛将人的需求层次由低到高分别为基本生理需要、安全需要、社交需要、尊重需要以及自我实现需要 [ 11 ] 。需要的层次不是一种刚性的结构，各层次需要之间也没有截然的界限，而是相互叠合，互相交叉的。马斯洛认为个体行为的内在动力是其动机，而动机是由多种不同层次与性质的需求所组成的。 从我国农村现状来看，农民的需要主要体现在前三个层次上。目前，温饱等基本生理需要已经得到了较好的满足；随着收入水平的提高，农民越来越重视安全需要，主要体现在对改善居住条件，以及病有所医、老有所养等社会保障的需要方面；此外，和谐的邻里关系，丰富的社区文化娱乐活动等社交需要对农民来说也是不可或缺的。 除上述三个层次的需要外，长期以来农民的政治需要一直被压抑，表现为农民对公共事务的决策中缺乏话语权，在涉及到农民切身利益的问题上，农民都是被动的接受者，无法表达自己的声音。这一点在征地过程中尤为明显，补偿和安置标准均由政府确定，农民没有讨价还价的余地。但是，政治诉求的实现是其他方面诉求顺利实现的基础，如果农民的意愿无法得到有效表达，农民利益保护就会沦为空谈。 在建设用地配置问题上，农民是增量建设用地的供给主体。在农村土地整治和新农村建设过程中，农民基于自身利益的理性选择对项目实施过程和效果的影响是不可忽视的，包括宅基地和承包地在内的农村土地是农民最大的利益所在，也是农村最大的稳定因素，农村土地制度和政策的变动会在第一时间引起农民的强烈反应。作为宅基地的使用主体，农民对土地的处置意愿构成了农村土地配置的心理环境和社会环境。农户的意愿与行为对土地的流转及其机制和途径的选择有着根本性的影响，并由此对土地配置效果产生重要影响 [ 12 ] 。因此，在实行村庄整治和集中居住过程中必须充分考虑农民的态度和意愿，了解农民迫切需要的是什么，最根本的利益是什么，从而有针对性地制定相关补偿和安置措施。如果不能妥善处理好相关利益关系，就有可能引起农民的不满，甚至造成农民与政府的对立与冲突，影响社会的稳定。 根据市场化程度的差异，在此我们着重分析在征地、农村土地整治和市场配置三种途径下各参与方的利益博弈。各种配置途径的基本对比关系如下表1所示。
system: [SYSTEM]

user: 3. 征地途径下各参与主体的利益博弈分析 当前在土地征收(以下简称“征地”)行为中存在的主要问题是对农民的补偿问题。政府对农民补偿的 Table 1 Comparison of the three allocation way 土地征收 农村土地整治 不完全市场交易 政府角色 决策者，主动参与者 发起者和推动者 管理者 农民角色 被动参与者 主动/被动参与者 主动参与者 企业角色 用地需求者 需求者、投资者和劳动力需求者 用地需求者 表1. 三种配置途径的对比 合理与否是决定农民是否合作的关键，而地方政府所拥有的强制性特权则往往成为农民最终妥协的筹码。下面对征地过程中地方政府与农民的策略博弈进行分析。 地方政府的策略空间：{合理补偿 1 ，不合理补偿}；农民的策略空间：{合作，抵制}，因此，地方政府与农民之间可能形成四种策略组合。 第一种策略组合：{合理补偿，合作}，征地过程得以顺利进行。地方政府的付出的成本包括：给农民的征地补偿 ，如拆迁补偿、安置补助、地上附着物补偿等；地方政府在实施拆迁过程中投入的综合行政管理和行政执法成本 ，这部分成本与拆迁工作量正相关。因此，地方政府的征地总成本为： 。设地方政府的收益主要包括三部分，一是土地“招拍挂”出让的收益 2 ，二是非农产业发展带来的地方财政税收收入增长，三是城镇化建设和经济发展带来的地方政府政绩收益，将这三部分的收益总计为 ，由此得到地方政府的净收益为： 。 农民认为政府补偿合理的情况下，选择合作的成本包括：被拆迁房屋的价值 ；因迁居带来的生活成本和生产成本的增加 ；因生活环境变化带来的幸福感的损失成本 ，这种变化虽很难用货币的方式准确衡量，但其对农民生活质量的影响却是不可忽视的。农民的总成本为： 。收益方面，在政府许诺的征地补偿能够按时按量到位的情况下，农民获得总收益即为 。因此，农民的净收益为： 。 第二种策略组合：{合理补偿，不合作}。农民选择不合作的原因可能有两个，一是农民原有生活环境的依赖，尤其是对年老者来说，他们已经习惯了目前的生活环境，不愿意搬到公寓式的住宅居住；二是农民预期土地将来会升值，因而不满足于政府给的补偿标准，选择待价而沽。在这种情况下，地方政府面临两种选择，要么放弃征地从而避免与农民起冲突，这样双方成本与收益均为0；要么借助手中的强制力强行征地(这是更有可能的选择)，但这将导致政府与农民的冲突，政府在强征强拆中要付出额外的成本 ，此时政府的总成本为： 。政府的总收益与第一种策略组合相同，仍为 。因此，政府的净收益为 。 由于农民在与政府的利益博弈中处于相对弱势，并且政府会因所给的补偿标准符合现行法律规定而拒绝进一步增加补偿，因此农民的对抗最终很可能无果而终。农民在与政府的冲突过程中付出了额外的精神和经济成本 ，因此农民的总成本为 ，而得到的收益与第一种策略组合相同，仍是 。因此，农民的净收益为： 。 第三种策略组合：{不合理补偿，合作}，征地过程得以顺利进行。在这种情形下，设政府实际给农民的补偿与合理补偿的差值为 ，即实际征地补偿为 ，相应地，地方政府的总成本为 。地方政府的收益与第一种策略组合的收益仍是相同，仍为 。因此，政府的净收益为： 。 农民成本与第一种策略组合下相同，仍为 ；但由于政府给的征地补偿低于合理值，农民的收益降为 。因此，农民的净收益为： 。 第四种策略组合：{不合理补偿，不合作}，这是现实中比较常见的情况。政府出于对土地财政的追求，希望通过压低农民的补偿以节省征地成本，然而这很可能招致农民的对抗而陷入僵局，冲突的结果以政府调高补偿标准告终，设补偿提高幅度为 ，政府在与农民冲突中付出的额外成本仍设为 。则地方政府的总成本为： 。政府的总收益与第一种策略组合下的收益相同，仍为 。因此，地方政府的净收益为： 。 在这种情况下，农民的成本为 ，获得的收益为 。因此，农民的净收益为： 。 由此得到地方政府与农民的利益博弈支付矩阵表如下表2。 设农民选择合作的概率为 ，则当政府进行合理补偿时，其期望收益 ；当政府进行不合理补偿时，其期望收益 。则 。其中 和 分别意味着征地的难度和政府违规的成本，这意味着，从保护农民利益的角度来说，提高农民土地权利的保护意识和政府违规的成本能够有效遏制政府通过压低征地补偿牟利的冲动。
system: [SYSTEM]

user: 5. 信息不对称市场配置途径下参与方的利益博弈分析 自1987年以来，我国国有土地使用权市场逐步建立并不断完善，而农村集体土地流转却一直被法律所禁止。但事实上，农村早已存在大量的隐形土地市场 [ 16 ] ，珠三角、长三角、环渤海等沿海地区已经有大量的集体建设用地被用于工业和产业建设。通过市场交易，用地需求者可以以较低的价格获得土地，农民也得以将手中的土地变现，用于投资创业或改善生活。但由于信息不对称、缺乏监管，价格机制无法正常发挥作用，土地的市场价值无法得到真实体现，农民的利益得不到保障，也造成了集体土地资产大量流失。 虽然农村集体建设用地流转仍然存在合法性的问题，但随着经济体制改革的不断深化，市场在资源配置中起决定性作用已是大势所趋。2008年，十七届三中全会提出要逐步建立城乡统一的建设用地市场，要求农村集体经营性建设用地必须通过统一有形的土地市场，以公开规范的方式转让土地使用权 [ 17 ] ；2013年，十八届三中全会进一步提出要“在符合规划和用途管制前提下，允许农村集体经营性建设用地出让、租赁、入股，实行与国有土地同等入市、同权同价” [ 18 ] 。尽管与国有土地同权的对象只是“集体经营性建设用地”，但这为未来集体土地与国有土地同权迈出了革命性的一步。 按照市场规律，集体建设用地存在一个公平价格，在农民对市场信息知晓的情况下，企业没有投机空间，最终交易价格在会在公平价格上下一定范围内浮动(根据地块实际条件进行调整)，因此农民利益能够得到较好的保护。而在信息不对称的情况下，农民对市场交易情况，尤其是价格水平缺乏了解，从而给企业出价留下了一定的浮动空间。作为理性“经济人”，企业在任何情况下都不会给出高于公平价格的出价，因此企业面临两个选择，一是企业给农民以公平价格；二是给出低于公平价的价格，以节省成本，但这样做存在潜在的风险，如果被政府监管发现，会对企业进行处罚。 设农村集体建设用地的公平价格为 ，在信息不对称的情况下，企业出价与公平价格的差值为 ；政府对交易过程进行监管的概率为 ，当政府发现企业存在不公平交易行为时，除要求企业补足差价外，还要对企业罚款，罚款额为 。企业选择不公平价格的期望成本为： ；企业选择公平价格的期望成本为： 。 因此，政府的策略要满足，使企进行不公平交易的成本与进行公平交易的成本相同(假设企业在土地上的经营收益相同)，即 ，化简得 。 当 时，由于政府加强监管使得企业进行不公平交易无利可图而放弃冒险；反之，由于政府监管力度较小，企业倾向于利用农民对市场信息的闭塞而进行不公平交易。 此外，不公平交易达成的可能性与农民对市场信息的了解程度紧密相关，农民对市场信息了解的越充分，接受企业不合理出价的可能性就越小，就越有利于市场正常发展。
system: [SYSTEM]

user: 6. 结论与讨论 本文主要从微观方面，围绕征地、农村土地整治和信息不对称市场配置等三种城乡建设用地配置类型，从主体利益博弈的视角，对参与的主体包括地方政府、农民和企业进行了利益博弈分析。研究表明：通过征地途径的建设用地配置动力取决于地方政府与农民的利益博弈；通过农村土地整治实现城乡建设用地增减挂钩的动力则来自于政府和农民，政府与企业以及农民与企业利益博弈结果，而信息不对称下的市场配置则取决于用地企业与农民的利益博弈及其政府监管效率。因此，土地经济供给的稀缺性决定了不同主体间的利益冲突必然存在，建设用地配置的结果取决于各参与主体在整个过程中所扮演的角色及其利益选择。在征地途径下，提高农民土地权利的保护意识和政府违规的成本能够有效遏制政府通过压低征地补偿牟利的冲动。在农村土地整治途径下，当没有企业参与时，政府与农民的博弈结果具有 不确定性。政府更愿意选择提供优惠政策，由企业主导实施，在这种情况下，企业与农民的博弈没有纯策略纳什均衡，博弈结果取决于农民的监督成本、企业违规可能带来的成本节约以及违规处罚的力度。在市场配置途径下，由于信息不对称的存在，企业可能选择不公平交易而使农民利益受损，这意味着城乡建设用地的市场配置离不开政府的有效监管，以提高企业违规的成本，规范企业的市场行为 至于从宏观方面，即从城乡人口、土地和资金等要素的互动来探讨建设用地在城乡间配置的外在动力，以及如何从主体利益博弈视角对城乡建设用地配置的内在动力进行实证，鉴于本文篇幅所限，课题组将通过相关论文予以探讨。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 根据我国亚洲象分布区域的实际情况，分析了亚洲象的保护现状，认为人口压力、经济发展、生境破碎化是亚洲象保护管理工作中存在的主要问题，而现有的部分法律法规对栖息地的保护起到了一定的制约作用，间接导致了亚洲象栖息地的减少或丧失。要做好亚洲象的管理保护，在保护好现有栖息地的同时，需要对已退化或消失的栖息地进行改造或恢复；做好生物廊道的规划与建设工作，使亚洲象各分布区域的保护区、大面积的国有林能有机的连接起来，扩大亚洲象的栖息地范围；在保护区外围建立保护区与群众生产生活区域的缓冲带，减少人与象的接触机率；做好亚洲象预警工作，减少不必要的人员伤亡；完善有关法律法规，有利于野生动物栖息地的保护管理工作。 关键词 :亚洲象，人象冲突，栖息地，保护管理，中国
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 几千年前，野生亚洲象(Elephas maximus)在我国大部分地区均有分布 [ 1 ] - [ 3 ] ，到20世纪70年代，在云南的盈江还有少量的分布 [ 4 ] ，我国仅在云南西双版纳、普洱和临沧等三个州(市)境内有分布 [ 5 ] [ 6 ] 。到目前为止西双版纳主要分布在西双版纳国家级自然保护区的勐养、勐腊和尚勇三个片区，普洱市主要分布在澜沧县、思茅区和江城县，而临沧市仅在沧源县的南滚河国家级自然保护区内有分布。根据2013年张立等通过对亚洲象的DNA分析及所拍摄的照片对比，认为我国亚洲象的数量有221~245头之间 [ 7 ] 。 亚洲象是陆地上最大的食草动物，其食量大、活动范围广，所造成的人象矛盾冲突日益加剧。而造成人象冲突的主要原因目前普遍认为人口增长，挤占了亚洲象的生态空间，使其栖息地面积不断缩小 [ 8 ] [ 9 ] 、栖息地的片段化和食物匮乏 [ 10 ] [ 11 ] 、食性的改变 [ 8 ] [ 12 ] [ 13 ] 及种群数量的恢复 [ 14 ] 等。近年来，在西双版纳、普洱等地连续发生象致人员伤亡事件，尤其是在2016年的1~6月，这两个区域有6人受到亚洲象的攻击而死亡，给当地群众的生命财产安全造成了极大的威胁，也严重影响了当地群众保护亚洲象的积极性。如何做好亚洲象的保护管理工作，如何缓解日益升级的人象矛盾冲突是当前亚洲象分布区域有关管理部门急需解决的问题。
system: [SYSTEM]

user: 2. 亚洲象保护现状 2.1. 建立自然保护区 为了保护好亚洲象，1958年，我国建立了西双版纳自然保护区，亚洲象是其主要保护对象之一。到目前为止，在亚洲象分布区域已先后在西双版纳建立了西双版纳、纳板河两个国家级自然保护区及临沧市的沧源南滚河国家级自然保护区，普洱市建立了糯扎渡和太阳河2个省级自然保护区，西双版纳州建立了布龙和易武2个州级保护区，保护区的总面积达到了414，737 hm 2 。保护区的建立，为亚洲象栖息地的保护奠定了基础。 除建立保护区外，西双版纳国家级自然保护区根据各个片区相互分离的实际情况，在《西双版纳国家级自然保护区总体规划(2005-2015)》中还具体规划了总面积为58，025 hm 2 的5片生物廊道，以便将分离的各个子保护区连接起来，为亚洲象等野生动物能够在各子保护区间通行提供条件。生物廊道的规划与建设，一是可扩大野生动物的栖息地面积，二是可增加野生动物各种群间的交流机率，使其基因得到较好保护。 2.2. 建立亚洲象繁育基地 2003年，在西双版纳野象谷区域建立了我国第一个亚洲象种源繁育基地，繁育基地建成后，先后收容救助了亚洲象20余头次，同时从老挝引进了11头亚洲象。到目前为止，野象谷所饲养的亚洲象达到了30余头，为更好的开展繁育工作奠定了基础。 2.3. 建立亚洲象食物源基地 野生动物长期采食人类种植的粮食作物，会逐渐把这些作物作为了自己的食物 [ 15 ] 。由于保护区内食物减少，导致亚洲象频繁走出保护区，产生了大量的矛盾冲突 [ 12 ] 。建立亚洲象食物源基地的目的是根据亚洲象的栖息环境和取食习性，在保护区试验区内种植其喜食的植物，用来招引亚洲象回到保护区，以减少其取食群众粮食作物的机率，达到减少人象矛盾冲突的目的 [ 16 ] 。 西双版纳国家级自然保护区管理部门先后在勐养片区的关坪、莲花塘、树林寨等区域和尚勇片区的南坪、南墩、冷山河等进行了建立食物源基地的试验。由于食物源基地内种植的玉米、粽叶芦、构树等均是亚洲象喜食的植物，因此，对亚洲象起到了较好的招引作用 [ 17 ] ，一定程度上减少了当地群众的损失。 2.4. 中老跨边境联合保护 从2006年开始，西双版纳国家级自然保护区管理部门就开始了与老挝的亚洲象联合保护工作，先后与老挝的南塔省、丰沙里省和乌都姆赛省建立了约20万hm 2 的联合保护区域，这些保护区域的建立，为亚洲象在两国间的自由通行提供了安全保障。
system: [SYSTEM]

user: 3. 亚洲象保护中存在的主要问题 3.1. 人口压力 有研究表明，亚洲象可承受的最大人口压力阀值为20人/km 2 [ 18 ] 。在西双版纳，上世纪50年代的人口约为23万人，2000年约为99万，而在2010年全国开展的第六人口普查中，人口总数已突破110万。与西双版纳相似，有亚洲象分布的其他区域人口数量也大幅增长。第六次人口普查数据显示，亚洲象分布区的人口密度分别是西双版纳为57人/km 2 ，沧源县为63人/km 2 ，澜沧县为54人/km 2 ，思茅区为78人/km 2 ，江城县为28人/km 2 。从数据可以看出，除江城县人口相对较小外，其它区域的人口密度均远远超过了20人/km 2 的阀值。为了满足日益增长的人口生活所需，人们只能不断砍伐更多的天然林、开垦更多的土地用作农地，这样，又进一步挤占了亚洲象的生存空间，加快了亚洲象栖息地的消失。 3.2. 经济发展导致栖息地面积不断缩小 橡胶的最适种植海拔为900 m，种植上限为1100 m [ 19 ] 。橡胶作为当地群众的主要经济来源，在亚洲象分布区域大面积种植，在西双版纳的最高种植区域海拔已达到了1400 m [ 20 ] 。在我国，亚洲象也主要在海拔1000 m以下范围活动 [ 18 ] [ 21 ] 。至2012年，西双版纳全州橡胶种植面积约29万hm 2 ，而在1975~2005年间，全州天然林面积共减少约31万hm 2 [ 22 ] 。除橡胶外，20世纪60年代成功引入西双版纳的阳春砂仁对热带雨林同样也造成了较大的影响，尤其是对林下植物的影响更大，导致了大量物种的消失 [ 23 ] [ 24 ] ，在西双版纳适合种植砂仁的沟谷雨林中基本都有种植 [ 23 ] ，这些区域很多又是亚洲象活动的区域。大面积种植经济作物，对亚洲象的栖息地破坏很大，使其栖息地面积大量缩小。 3.3. 栖息地破碎化严重 栖息地是野生动物生存的基础，但目前我国野生动物栖息地破坏非常严重 [ 25 ] 。如西双版纳目前共有两个国家级自然保护区和两个州级自然保护区，但这些保护区都处于相互分离的状态，仅西双版纳国家级自然保护区就被分隔为5个互不相连的片区。而保护区的相互分离，在一定程度上降低了保护价值 [ 26 ] 。西双版纳的亚洲象目前主要分布在勐养、尚勇和勐腊3个片区，以及保护区外的景讷乡、勐旺乡、象明乡、勐往乡和勐阿镇等。但是在这些区域内亚洲象的各个活动斑块都是相互分离的，在各斑块间大量分布着当地群众的土地，这些土地上主要种植了橡胶、茶叶、香蕉等经济作物或玉米、水稻等粮食作物。大量种植农作物，加大了亚洲象进入农地的机率，也导致了更加严重的人象冲突 [ 6 ] 。 3.4. 法律法规的影响 为了做好生物多样性保护，我国先后颁布实施了一系列法律法规，如《中华人民共和国野生动物保护法》、《中华人民共和国自然保护区条例》等，这些法律法规的实施，对生物多样性保护起到了积极的作用。自然保护区是生物多样性最为集中的区域，我国建立的自然保护区，主要是以保护森林生态系统和野生动植物为主，保护野生动物的栖息地，是保护区的一项重要内容。但在有关法律条文中，如何进行野生动物栖息地的保护却没有明确规定，使管理部门对不断退化的野生动物栖息地难以进行改造，导致栖息地进一步退化或消失。《保护区条例》是进行保护区管理的主要法律依据，但在条例中却并未提到野生动物栖息的保护与管理，保护区的核心区和缓冲区，应该是野生动物的重要栖息地，《自然保护区条例》第十八规定了只能在实验区“可以进入从事科学试验、教学实习、参观考察、旅游以及驯化、繁殖珍稀、濒危野生动植物等活动”，在缓冲区“只准进入从事科学研究观测活动”，而核心区则禁止一切人为活动。这一规定，使核心区和缓冲区经过严格管理后，森林面积不断增加，而野生动物喜爱的草地和灌丛面积不断减少，如在西双版纳国家级自然保护区1998年的森林覆盖率为93.3%，比1983年增加了5.5%，而草地面积则减少了8.3% [ 27 ] 。植被是影响栖息地的主要因子 [ 22 ] ，竹林、竹阔混交林、灌丛和草地是亚洲象偏好的植被 [ 22 ] [ 28 ] ，因此，严格的保护，在一定程度上增加了森林覆盖率，却使亚洲象喜爱的植被类型面积不断缩小，间接导致了野生亚洲象栖息地的退化或丧失。
system: [SYSTEM]

user: 4. 保护管理工作建议 4.1. 栖息地恢复与改造 栖息地丧失是我国亚洲象所面临的最主要问题 [ 21 ] ，因此栖息地保护要作为亚洲象保护的一项重要内容，这项工作应由保护亚洲象为主要保护目标的保护区来承担。 亚洲象是一种大型食草动物，每天需进食150 kg以上 [ 8 ] ，在食物不充足的情况下10~12 km 2 才能满足一头象的日常生活所需 [ 11 ] 。由于并非所有的植被都是亚洲象喜爱的栖息地，在保护好现有天然植被的基础上，有必要对过去亚洲象活动较频繁、现已逐渐森林植被所替代的区域进行改造，逐步恢复成亚洲象喜欢的栖息环境，尤其是改造出较多的草地、灌丛或竹阔混交林等亚洲象偏好的植被。一方面可以利用火的生态作用，清除林下杂物，为林下植物生长提供一个好的生长环境 [ 29 ] ，促使草本植物的生长 [ 30 ] [ 31 ] ，有助于增加食草动物的食物量 [ 32 ] [ 33 ] ；二是针对亚洲象对栖息地的选择偏好，采用人为的方式对部分区域内生长较密的树木进行清除，改造成亚洲象喜爱的低郁闭度、低高度的小树林 [ 21 ] ；三是清除在亚洲象活动区域内大量种植的砂仁，砂仁清除后，可促进天然更新，使林下的物种多样性迅速增加 [ 34 ] 。 4.2. 科学规划建立生物廊道 建立生物廊道，保护栖息地的完整性是开展亚洲象保护工作的重要内容 [ 35 ] 。在西双版纳现有的2个国家级自然保护区和2个州级自然保护中，仅有西双版纳国家级自然保护区中的勐养、勐腊和尚勇3个片区内有分布，而西双版纳国家级自然保护区的勐仑和曼搞2个片区、纳板河流域国家级自然保护区和易武、布龙2个州级自然保护区均未承担起保护亚洲象的作用。而沧源南滚河保护区的象群与国内其他种群相距较远，长期以来无法进行交流，实际上成了一个孤立的种群。在《西双版纳国家级自然保护区总体规划(2005-205)》廊道规划的基础上，科学规划西双版纳、普洱和沧源三个区域亚洲象栖息斑块廊道走向及建设工作，确保所有保护区和大面积的国有林连成一个整体，扩大亚洲象的栖息范围，促进不同区域、不同种群亚洲象的基因交流。在有条件的区域，可以将生物廊道设定为地方级的保护区，使这些区域得到更好的保护。 4.3. 建立缓冲带 从亚洲象目前的分布与活动情况来看，保护区外围的一些农地已逐渐变成了亚洲象的活动场所 [ 22 ] ，也是人象冲突的主要区域 [ 6 ] 。《中华人民共和国自然保护区条例》第十条规定：原批准建立自然保护区的人民政府认为必要时，可以在自然保护区的外围划定一定面积的外围保护地带。根据这一规定，有必要在保护区与当地居民的生产生活区之间建立一条缓冲带，由于很多群众的生产生活用地直接与保护区相连，很多地块的林地权属归集体或个人，为维护群众利益，建立缓冲带时需维持权属不变。为避免亚洲象通过这条缓冲带进入当地群众的其他生产生活区域，需要对缓冲带上过去的种植结构进行全面的调整，避免种植亚洲象已逐渐适应的各种粮食作物或经济作物，减少对亚洲象的吸引作用。 4.4. 做好亚洲象监测预警工作 亚洲象肇事所造成的损失，尤其是造成的人员伤亡，基本上是在没有任何预警的情况下发生的。亚洲象的预警工作可采用以下几种方式，一是在亚洲象活动区域，在村寨中聘请有较强野外工作经验的村民担任监测员，每个监测员负责一定区域的亚洲象活动情况监测；二是在亚洲象活动频繁的地点安装红外触发监控相机，通过相机及时传送亚洲象活动的图片；三是安装视频监控系统，可及时发现监测区域内亚洲象的活动情况；四是安装无线电跟踪项圈，随时掌握各个种群的活动范围和行走线路。 建立完善的亚洲象预警系统，能及时发现亚洲象活动地点及可能的行走方向，通过向当地政府或群众发出预警，可大大减少人们在亚洲象活动范围内的活动，从而达到减少不必要的人员伤亡的目的。 4.5. 完善有关法律法规 法律法规都需要不断的修订才能逐渐完善，针对我国《野生动物保护法》、《自然保护区管理条例》等法律法规中因缺少可操作性的野生动物栖息地保护与管理的有关条款，需要进行修改和完善，应根据不同的保护对象采用不同的管理措施，允许采取人为干预措施确保野生动物地栖息环境不断优化，保证栖息地内有足够的食物满足各种动物生存所需。对于起着野生动物保护主要作用的保护区核心区和缓冲区，应该承担起为野生动物提供良好栖息环境的作用，不能片面强调严格管理、严格控制外来人员的活动，从而间接导致栖息地退化或消失；而严格管理，从另一种意义上说，应该是严格保护野生动物栖息环境的完整性，不应排除采取人为干预措施消除可能导致栖息环境退化或消失的不利因素，确保核心区和缓冲区在野生动物保护中发挥其真正的作用。 4.6. 建立完善的亚洲象肇事损失赔偿机制 《野生动物保护法》第十四条规定“因保护国家和地方重点保护野生动物，造成农作物或者其他损失的，由当地政府给予补偿”，条文中已经明确了野生动物所造成的损失仅是进行补偿而不是对实际损失进行赔偿，亚洲象分布的地区，都是比较贫困的地区，当地政府很难拿出大量的资金进行野生动物肇事补偿。有数据表明，1991~2007年间，西双版纳野生动物肇事损失的平均补偿率仅约为12% [ 27 ] ，过低的补偿，一方面会使当地群众受到极大的损失，另一方面也会影响到当地群众保护野生动物的积极性。从2010年起，西双版纳已率先引入保险机制，将因国家重点保护野生动物所造成的损失由承保的保险公司进行赔付，赔付额度比过去有了很大提高 [ 36 ] ，虽然保险公司每年支付的理赔金额已远远高于所投保金额，但与群众的实际损失仍有较大的差距。因此，应在国家层面建立野生动物肇事损失赔偿专项基金，由国家对这些损失进行赔偿，而不是由当地政府进行适当的补偿，也不应将本应由政府承担的责任由商业保险公司来承担，增加企业的负担。 4.7. 猎捕 针对有习惯性杀人倾向的亚洲象个体或种群需要采取必要的猎捕措施进行处理，这种猎捕在国外较为普遍 [ 9 ] ，我国开展的相对较少，对于选择性的猎杀有问题的野生动物也是很多专家和学者的共识 [ 14 ] 。对于肇事特别严重、造成众多人员伤亡的，可采取直接猎杀的方式进行处理，对于问题较重的，可进行捕捉到亚洲象繁育基地进行喂养和驯化，避免其直接在野外与人类接触，从而减少其肇事的机率。
system: [SYSTEM]

user: 5. 展望 亚洲象的保护目前已得到了各级政府、社会团体和广大群众的重视，栖息地减少或丧失是导致人象矛盾冲突的主要原因也已成为大家的共识，西双版纳国家级自然保护区已经在尝试利用林火进行野生动物栖息地的管理工作以及亚洲象食物源基地建设试点工作，也取得了一定的成效 [ 16 ] [ 17 ] [ 37 ] - [ 39 ] 。国家正在逐渐加大亚洲象保护的力度，新修订的《野生动物保护法》专门提出了野生动物栖息地保护的内容，这一内容的增加，使今后开展野生动物栖息的保护管理有法可依，尤其是对退化或正在消失的栖息地改造会起到很好的促进作用。通过大家的共同努力，亚洲象的保护管理工作有望进入一个新的时期，人象矛盾冲突有望得到全面的缓解。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 为提高平面并联机构动力学分析的效率及可靠性，提出了相应的向量键合图法。根据3-PPR型平面并联机构构件间的运动约束关系，将平面运动刚体、旋转铰及移动铰的向量键合图模型组合起来，建立了3PPR型平面并联机构向量键合图模型。针对该类机构构件间非线性几何约束所导致的微分因果环问题，提出了有效的解决方法，克服了其给机构自动建模与动力学分析所带来的代数困难。应用相应的算法，实现了3-PPR型平面并联机构计算机辅助动力学建模与分析。通过实际算例说明了所述方法的可靠性及有效性。 关键词 :3-PPR型平面并联机构，动力学建模与分析，向量键合图，因果关系，铰约束
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 并联机构具有结构稳定、刚度大、承载能力强、精度高、动力性能好等特点，在包装机械、精密制造及微创医疗等领域得到了广泛的应用 [ 1 ] [ 2 ] 。其中三自由度平面并联机构，既是研究空间并联机构的基础，又由于其结构简单、对称，制造成本低，便于控制等特点，日益受到人们的重视，在机器人应用领域颇具特色及应用前景 [ 2 ] 。该类机构的动力学建模与分析，对于其驱动电机的选择及控制、动静态强度的计算与校核、机构动力学性能的改善与优化等都十分重要。尽管目前已相继提出具有有不同特点的动力学建模与分析方法 [ 1 ] - [ 3 ] ，但这些方法及相应的软件多数仅局限于单一能域系统(例如，机械系统)的局部动力学。键合图方法 [ 4 ] 在处理多种能量形式并存系统(例如，机、电、液、气并存系统)的全局动力学问题方面优势明显，在实际工程中得到了日益广泛的应用 [ 4 ] - [ 7 ] 。但是，在处理复杂多体系统动力学建模与分析问题时，其标量键合图模型十分繁杂，实际应用非常不便。向量键合图法 [ 8 ] 正是在这一背景下提出的，除具备标量键合图法的特点及优势外，向量键合图每根键上所对应的势变量和流变量皆为向量形式，这使其包含信息量较大，可以用更加紧凑、简明的图形方式，表述平面并联机构的运动学及动力学特征。在该类机构的计算机辅助动力学分析中，力学概念清晰，应用更加便利。 3-PPR型平面并联机构是一种同时含有多个转动铰和移动铰的多自由度平面多体系统，相比全部为转动铰或含有少量移动铰的平面三自由度并联机构，其研究工作还远不够深入 [ 2 ] 。由于该类机构的拓扑结构及机构构件间的运动约束关系，应用向量键合图法对其进行动力学建模与分析，尚有若干理论及应用方面的问题需要解决。例如：如何建立该类平面并联机构的向量键合图模型；如何消除其向量键合图模型中贮能元件的微分因果关系，解决其给计算机辅助动力学建模所带来的代数困难，使其具有可计算性等，相关的文献报道甚少。本文基于向量键合图的基本概念，建立了具有可计算性的3-PPR型平面并联机构系统的向量键合图模型，实现了其计算机自动建模与动力学分析，有效地解决了上述问题。
system: [SYSTEM]

user: 2. 3-PPR型平面并联机构向量键合图模型 图1所示3-PPR型平面并联机构，由运动平台、固定平台和三个独立运动的支链所组成。该机构具有三个自由度，每个运动支链包含两个移动副(P)和一个转动副(R)，通过与机架相连的三个移动副加以驱 图1. 3-PPR型平面并联机构简图 动。机构运动到任意位置时，杆件A i B i 长为a i ，质量为 ，杆件B i C i 长为b i ，杆件 质量为 。动平台C 1 C 2 C 3 为正三角形，其边长为c，中心P与其三个顶点的距离为e，其质量为 ，转动惯量为 。机构位于初始位置时，杆件A i B i 长为a，B i C i 长为b，固定坐标系XOY的原点O与动平台中心P重合，构件A 1 B 1 与OY轴重合，构件A 2 B 2 、A 3 B 3 依次逆时针转过120˚、240˚。设动坐标系xoy固结于动平台上，其坐标原点o位于动平台中心P处，在固定坐标系XOY中的坐标为 ，x轴相对于X轴的夹角即动平台的姿态角为Q p 。 该机构是由三条支链A i B i C i 及动平台C 1 C 2 C 3 所构成，每条支链包含两个刚体、两个移动副及一个转动副。 对于支链i，杆件A i B i 做平动，由运动分析得： (1) (2) 式中， ，为构件A i B i 的质心速度矢量。杆件A i B i 两端铰接点的速度矢分别为 ， 。 式(1)，(2)所表示的运动约束关系可以用图2所示的向量键合图表示，为表示出移动副A i 、 处的约束反力及作用在构件A i B i 上的驱动力，图2所示的向量键合图经过了必要的扩展。其中，Se 1 表示构件A i B i 移动副A i 、 处受到的约束反力，垂直于A i B i ， 。 ，表示作用在构件A i B i 上的驱动力，方向如图1所示。 ， 。 图2. 构件A i B i 的向量键合图 由机构的运动分析 [ 2 ] 知，构件 也做平动，其向量键合图如图3所示。图3中， 为构件 质心的速度矢量。 ， 。 将构件A i B i 的向量键合图、构件 的向量键合图及移动铰 的向量键合图 [ 8 ] [ 9 ] 组合起来，便可以建立该平面并联机构支链i 的向量键合图，如图4所示。其中， 表示移动铰 的约束反力(i = 1， 2， 3)。 动平台C 1 C 2 C 3 为做平面运动的刚体，如图5所示。由文献 [ 3 ] 得其质心速度矢与三个铰接点的速度矢间的关系，如式(3)所示。 (3) 式中，质心速度矢 ，各铰接点的速度矢分别为 ， 表示动平台的角速度。式(3)所示的运动关系可以用图6所示的向量键合图来表示。其中， ，已知力势源向量 ，未知力势源向量 ， ， ，分别表示运动副C 1 、C 2 、C 3 处的约束反力向量。各转换器MTF的模数可由式(3)直接求得。 该机构是由三个支链通过三个旋转铰与动平台相连接，将图4所示的三个支链的向量键合图、旋转铰向量键合图 [ 8 ] 及动平台的向量键合图组合起来，便可以建立3-PPR型平面并联机构向量键合图，如图7所示。 由文献 [ 4 ] [ 9 ] 知，任何系统可由源场、贮能场、耗散场及结型结构所构成。其中，耗散场由阻性元件R构成，贮能场由容性元件C及惯性元件I构成，源场由势源Se及流源Sf构成，结型结构由转换器TF (MTF)、回转器GY (MGY)、0-结、1-结所构成。在此基础上，文献 [ 9 ] 推导出更加简明实用的系统驱动力矩(驱动力)及运动副约束反力的统一方程，为该类问题的计算机自动建模与动力学分析提供了程式化的方法。但是，在建立3-PPR型平面并联机构机构向量键合图模型的过程中，构件间的旋转铰和移动铰约束使其向量键合图模型的多数惯性元件I具有微分因果关系。另外，动平台质心速度矢量、铰接点速度矢量及角速度的非线性关系，使机构向量键合图具有较复杂的非线性结型结构。由文献 [ 4 ] 知，具有微分因果关系的惯性元件I所对应的能量变量是非独立，需要用具有积分因果关系的惯性元件I所对应的能量变量(系统状态变量)来表示，这一过程较复杂且不规则，用现有的方法实现机构自动建模及动力学分析十分困难 [ 4 ] [ 9 ] 。 为此，将各运动副约束反力向量 (移动铰A 1 )、 (移动铰 )、 (旋转铰C 1 )、 (移动铰A 2 )、 (移动铰 )、 (旋转铰C 2 )、 (移动铰A 3 )、 (移动铰 )、 (旋转铰C 3 )作为未知势源向量添加在该机构向量键合图模型相应的0-结处，完全消除了其微分因果关系，使所有惯 图3. 构件 的向量键合图 图4. 支链i的向量键合图 图5. 动平台C 1 C 2 C 3 图6. 动平台向量键合图 图7. 3-PPR型平面并联机构向量键合图 性元件I皆具有积分因果关系，如图7所示。经过如此处理后，可以直接应用文献 [ 9 ] 所述方法进行机构的计算机辅助动力学建模与分析计算。
system: [SYSTEM]

user: 3. 实际算例 图1所示3-PPR型平面并联机构，各构件的长度 、 、 随时间的变化函数如下： m， m， m。各杆件质量分别为： ， 。动平台的质量 ；动平台转动惯量 ，中心点P与顶角的距离为 。机构处于初始位置时，杆件A i B i 长 。 由文献 [ 9 ] 所述方法知，图7所示系统的状态变量向量 ， 相应的共能量变量向量 。 系统已知势源向量 ， 未知势源向量 。 该算例忽略了系统的阻尼，则系统耗散场的输入、输出向量 、 皆为零向量。 将机构的结构参数、向量键合图的结型结构矩阵 [ 9 ] 、已知势源向量 、系统的状态变量 及其导数 代入到以文献 [ 9 ] 所述算法为基础所编制的软件中去，可以直接确定该平面并联机构的驱动力及运动副约束反力，部分结果曲线如图8~11。其中，图8中驱动力 为负值，表示与图1所示方向相反。 用文献 [ 3 ] 所述的牛顿-欧拉动力学方法对该例进行计算验证，所得结果与本文方法是一致的。由此可见，本文所述方法的准确性是可靠的。由于其验证过程十分繁琐，这也进一步体现了本文所述方法的优势，在此不再赘述。 图8. 作用在构件A 3 B 3 上的驱动力 图9. 移动副A 3 的约束反力合力 图10. 移动副 约束反力合力 图11. 转动铰 点的约束反力合力
system: [SYSTEM]

user: 4. 结论 本文基于一般平面运动构件、移动铰及旋转铰的向量键合图所构建的3-PPR型平面并联机构向量键合图模型，能以简明、紧凑的图形方式直观表达机构构件的速度矢量及角速度间的关系，同时也表达了作用在机构构件上力矢量的关系、力矢量与力矩的关系，实现了图形描述、运动学描述及力学描述的统一。所给出的向量键合图增广方法，有效地消除了机构向量键合图中的微分因果关系，实现了建模过程中的代数解耦，解决了其给机构动力学建模与分析所带来的代数困难。应用现有的算法，以程式化的方式实现了3-PPR型平面并联机构计算机辅助动力学建模与分析，一定程度上提高了该类工作的计算效率及可靠性。本文工作既是对多自由度平面并联机构动力学分析方法的有益补充，也是对向量键合图理论及应用必要的扩展。
system: [SYSTEM]

user: 摘 要 随着运载火箭的发展，传统的测量手段已无法满足新一代大型运载火箭的装配需求了。利用数字化测量设备构建数字化测量场，精确定位运载火箭部件的空间位置姿态，是新一代大型运载火箭数字化装配的前提和基础。本文以新一代大型运载火箭大部段数字化装配为研究对象，讨论了几种数字化测量场的建立方法，并提供了测量场的工程实际实施方法，为航空航天及其他领域大部件数字化装配中大尺寸测量场的构建提供了参考。 关键词 :数字化装配，测量场，基准坐标系
system: [SYSTEM]

user: 1. 引言 在航空航天领域中，总装对接工作是产品装配过程中的重要环节，前期零部件的制造、装配都是为这个阶段的装配积累基础。在火箭、飞机总装对接过程中，对接方式的选择、对接基准的确定、对接测量方法的应用是其关键技术 [ 1 ] 。在航天领域中，随着我国新一代大型运载火箭部段直径增大，长征五号采用5 m直径结构，全箭总长约60 m，使得传统的测量手段已无法满足火箭部段数字化装配的需求，亟需引进先进的数字化测量技术。 目前，国内外航空航天领域都在开展大部段数字化装配技术的研究。装配中依赖测量系统提供精准的测量数据来保证装配精度，高精度的测量技术与装备也是实现产品装配过程中工件定位、连接和对接等的基础。装配过程中采用基于数字化测量技术不但可以提升产品装配的质量，而且更适应上层的数字化设计，从而将传统模拟量传递方式改变为以数字量为基础的传递方式。 数字化测量技术是指利用数字化的测量设备，根据产品的数字化模型定义，在计算机的控制下完成部件装配中关键特征的自动、快速、精密的测量并对其数据进行处理的整个过程中所涉及的所有相关技术的总称。早期，人们主要使用常规光学工具(准直仪、水平仪、经纬仪等)来辅助大部件的装配测量；后来，应用了激光准直仪；再后来，计算机辅助电子经纬仪、激光跟踪仪、激光雷达、iGPS (indoor GPS，也被称为室内GPS)的出现使得大部件总装对接的测量手段呈现多样化的特点 [ 2 ] 。目前，在数字化装配中应用较为广泛的数字化测量系统主要有激光跟踪仪、iGPS和数字照相测量系统(表1)。 近年来，数字化测量技术的快速发展为运载火箭大部件装配提供了多种大范围、高精度、高效率的测量手段。但是这些测量方法大多是基于单机、离线式的测量方法，缺少基于整个厂房建立的测量场。随着运载火箭装配技术逐步向柔性数字化装配技术发展，数字化、自动化的装配手段越来越多的应用到火箭装配上。新一代大型运载火箭实现数字化装配的基础，就是利用数字化测量技术建立起大尺寸测量场，在测量场中获取产品空间坐标，将其反馈给装配执行系统，进行火箭装配。
system: [SYSTEM]

user: 2. iGPS测量系统的测量场建立 2.1. iGPS系统组成 iGPS系统主要由以下五部分组成 [ 3 ] 。 发射器：标准的iGPS系统含有4个计量型发射器，用于高精度的计量应用。在工作范围内，每个传感器(接收器)在任何时候都应至少与3个发射器直接交换信息。因此，发射器的需求数量应当与工作场合 Table 1 A variety of digital measurement devices used in the assembly of large segmen 名称 特点 激光跟踪仪 体积小，可单台工作；激光稳定；精度可达5 ppm 室内GPS 大量接收器和发射器；适于大空间工作区域；精度最高达0.2 mm 光学摄影 简单方便；成本低；自动化程度高；易于二次开发 全站仪 受温度和气压影响大；精度最高5 mm 电子经纬仪 两台以上配合使用；精度取决于标尺；精度随条件变化 表1. 大部段装配中应用的各种数字化测量设备 相适应，以保证每个传感器保持最少的在线测量要求。 传感器(3D智能靶镜)：iGPS系统支持各种不同结构传感器，这是因为iGPS系统能够同时连续地读取多个传感器的坐标值。通常，要把传感器安装在工具、零件、装组件和大型构件上。一旦安装好后，并保证同时与3个发射器在线通信，那么这些传感器将自动串行地把精确的3D坐标值传送给用户。 手持探头：iGPS系统在工作区域内可以同时支持无数量限制的传感器。为了手工测量方便，该系统还配置了多种5/6自由度的手持工具和探头。 系统软件：软件为WORKSPACE。每套iGPS系统都配有基于位置的服务器和手持式无线客户软件，这种软件可以使能iGPS系统的所有功能，包括计量软件包。 接收器电路：iGPS系统要求每个传感器连接到一个放大器和信号接受处理器电路板上。该板接收来自于激光发射器的激光信号，并把它们实时地转换成可用于三角法数学计算的3D坐标值。这些接收器板封装在一个集线盒中，可以与1~8个传感器连接。 2.2. iGPS系统工作原理 发射器产生两个激光平面在工作区域旋转，每个发射器有特定的旋转频率，转速约为3000转/分。根据接收器所能接收到的激光，它能够对水平角及垂直角进行测量。通过几个不同发射器的组合，可以计算测量点的XYZ坐标点。测量一个点所需要的最少发射器数量是2个。发射器越多，测量越精确。为了提高测量精度，建议一个测量点至少能接收到四个发射器的信号。 iGPS系统工作原理： 1) 激光发射器发射出两个呈扇形的激光面，这两个激光面与垂直平面的夹角为30˚和−30˚ (见图1)，扇面的覆盖范围是±30˚ (见图2)。 2) 激光发射器呈360°高速旋转，两个激光扇面在测量区域内高速旋转划扫。 3) 该系统中需要接收装置用于接收和处理来自激光发射器的信号。 4) 一个发射器对测量区域内任何一个接收器只能获得两个角度信息，一个仰角，另一个则为方位角，它们都是利用时间差计算出来的。 5) 只有方位角和仰角两个元素还不能计算接收器的空间位置，还需要另外一个激光发射器才可以利用三角形原理计算得到(见图3)，此计算原理与经纬仪相同。 根据iGPS工作原理构建其理论测量模型如下： (1-1) 图1. 扇面夹角 图2. 扇面覆盖范围 图3. 三角计算 式中：P为目标点坐标的处理结果；P o 为目标点在全局坐标系下的理论位置；θ为目标点在全局坐标系下的角度数据；TS为发射器的布局形式。 在测量过程中，由于发射器的制造和安装误差、测量的环境影响，最终测量结果会与理论值有一定的偏差。因此，式(1-1)所示理论模型需引入测量随机误差：δθ i ~U(0，σ 2 )。 基于上述分析，iGPS测量场构建模型如下： (1-2) 2.3. iGPS系统测量场建立方案 Indoor GPS测量场建立方案如图4所示，系统主要由发射器和接收器组成 [ 4 ] 。在测量空间内设置若干个(不少于4个)发射器，在固定部段和活动部段上分别设置若干个(不少于4个)接收器，预先校准各接收器与被测部段坐标系间的空间关系。系统实时测量接收器的三维坐标，将接收器作为控制点，解算被测部段间的相对三维姿态关系。