物联网服务建模：一种基于环境建模的方法

物联网服务是传统Web服务通过传感器网络向物理环境的延伸,它通过传感器网络感知物理环境中的实体,也向物理环境实体施加作用.与传统Web服务相比,由于物联网服务受到所依赖的物理环境的时间受限性、资源受限性和设备潜在故障概率的影响,物联网服务的响应速度、服务能耗和容错能力等特性成为影响物联网系统整体特性的重要因素.因此,对物联网服务进行全面建模,对物联网服务所处的外部环境进行形式化描述,并结合物理环境模型对物联网服务的性质进行分析,对于确保物联网系统的正确性、稳定性非常必要.本文针对物联网服务的特点,结合基于环境建模的需求工程思想,提出一种基于环境的物联网服务三元问题域建模框架,给出了物联网服务建模本体以及相应的建模原则.在此基础上,提出了一种物联网服务行为建模方法,该方法将物联网服务和物理环境建模为概率时间自动机,将用户期望的服务特性描述为时序逻辑公式,为物联网服务功能行为正确性验证和非功能性约束可满足性验证奠定了基础.     

可控环境生产系统建模、仿真与控制研究进展

可控环境生产系统属于复杂系统,目前对这类系统的建模及控制问题没有形成系统的方法与理论,因此在对这类系统进行控制时,缺乏理论依据.本文在回顾过去几十年可控环境生产系统建模与控制的各种方法的基础上,探讨了当前可控环境生产系统在系统建模、仿真及控制中存在的问题,如支持生产可使用的作物生长数学模型信息的不完整性,水肥系统的模型信息的时间尺度问题,环境模型的动态时变特性以及作物、土壤、大气相关变量的作用关系,耦合的多环境因子的控制问题、包括能耗在内的冲突多目标控制问题和考虑模型误差和气候突变等不确定性的鲁棒控制问题等.在此基础上,根据系统的特性:多变量,非线性,多模型(作物模型,土壤模型,大气模型)、模型之间强耦合、大尺度、能量有限、分布参数、冲突多目标等的特点,提出了该系统有效建模、仿真、控制急需解决的瓶颈问题和可能的研究趋势.     

黄河典型流域分布式水文模型及应用研究

面向黄河中等流域水资源管理,提出一个日过程的分布式水文模型.模型利用GIS/RS技术实现空间分布参数的确定和模型输入信息的处理.在产流计算上采用基于“地形指数”的方法,在汇流演算上采用分段马斯京根方法.模型的运行控制采用基于河网拓扑关系的“空间循环控制代码”的方法.在实例研究中将模型应用于黄河中游泾河流域.根据1996年径流模拟结果表明,模型具有一定的精度,在结构上是合理的,其中水量平衡误差小于5％,模型效率系数达到0.7,能够满足流域水资源管理之需.     

Ecospace模型及其在海洋保护区评估中的应用

设立海洋保护区（MPAs）是一种限制海洋资源开发程度、保护海洋资源和改善海洋环境的有效管理工具。建模研究在MPAs效益评估和MPAs设计上具有重要作用。根据近年来国际上有关MPAs建模研究进展,本文重点阐述Ecospace模型的建模原理、步骤及其在MPAs效益评估中的应用,并说明了其存在的问题和发展趋势。     

低维特征空间中基于旋转图像的三维环境模型配准方法

近年来,异类机器人之间(如飞行机器人和地面机器人)的协作成为机器人学研究发展的一个新的领域.异类机器人协作的难点之一是协作环境建模,而由于所获得的环境模型具有不同的观测视角和尺度,其环境建模中的模型配准是一个难点和关键.目前,能够适用于大视角差、大尺度差场景配准的方法并不多,基于旋转图像的配准方法被认为是一种可行方案,但其中存在的计算负担大和在野外环境中的鲁棒性差使得其也很难在实际系统中应用.基于此,面向三维点云环境模型,以旋转图像为基础,提出了一种新的基于低维特征空间的模型配准方法.首先,通过引入模型曲率、旋转图像熵值和激光反射强度3个特征构建了一个三维特征空间,得到候选对应点集合.然后,在候选对应点集合中利用旋转图像的方法查找正确的对应关系,实现模型配准.由于低维特征空间的引入,基于旋转图像特征的对应点搜索区域大大减小,因此算法计算效率得到了极大改善.同时由于引入的新特征与场景旋转图像特征的互补性,算法的鲁棒性和精确性也得到了提升.这些性能改进最后通过实验得到了验证.     

一种新的fMRI数据处理方法: 邻域独立成分相关法及其初步应用

独立成分分析(ICA)是信号处理领域中新近发展起来的一种很有应用前景的方法, 而脑功能磁共振(fMRI)信号的有效分离与识别是一个正在研究和实验之中的技术领域, 因此, 发展基于ICA的fMRI数据处理方法具有明显的理论价值和应用前景. 首先分析了现行ICA-fMRI方法采用的信号与噪声的空域分布相互独立的信号模型所存在的明显不足, 然后提出了微域中的信号与噪声的时域过程相互独立的fMRI信号模型, 从而建立了一种新的fMRI数据处理方法: 邻域独立成分相关法. 从理论和仿真实验两个方面阐明了新方法的合理性, 最后给出了实际fMRI数据的例子.     

人工协调场及其在动态不确定环境下机器人运动规划中的应用

针对动态不确定环境下移动机器人运动规划问题, 提出了人工协调场的方法. 建立了协调力, 并设计了协调场能随机器人和环境的状态发生变化, 以克服传统人工势场法在动态不确定环境下所存在的诸如局部极小、抖动等问题. 和传统人工势场相比, 协调场具有二维正交力矢量. 基于协调因子的实时决策模型, 方便并简化了机器人的行为设计, 有效地克服了局部极小. 重点分析了人工协调场的可控性、自适应性、安全性和可达性等性质及其设计, 并实现了移动机器人在动态不确定环境下基于人工协调场的运动规划. 理论分析和仿真实验结果证明了所提方法的有效性.     

润扬大桥斜拉桥实测响应的 小波包分析及其环境变异性研究

将环境荷载激励技术与小波包分析技术相结合, 提出了环境激励下基于小波包能量谱的大跨斜拉桥结构损伤预警方法. 在此基础上对润扬大桥斜拉桥结构的实测加速度响应进行了小波包分析, 详细地考察了环境激励下斜拉桥实测小波包能量谱及其损伤预警指标的环境变异性. 分析结果表明, 实际环境条件(交通荷载、环境温度和台风荷载)与斜拉桥实测小波包能量谱存在较为明显的相关关系, 主要表现为环境温度的变化对小波包能量谱的影响是长期性的趋势, 而交通荷载和风荷载的影响则由于荷载的非平稳性呈现瞬时的颤动变化. 实测数据的分析结果进一步表明, 基于小波包能量谱的结构损伤预警指标 ERVD能够敏感地表征环境温度和台风激励对润扬大桥斜拉桥振动特性的影响. 因此, 结构损伤预警指标ERVD适合于环境振动测试下的大跨斜拉桥结构的实时损伤预警.     

大涡模拟在超音速燃烧领域的应用研究

随着大涡模拟技术发展日臻成熟及目前计算机运算速度的提高,大涡模拟已经逐渐由理论研究阶段进入工程实用阶段.采用大涡模拟进行超音速燃烧数值模拟时,必须能够准确模拟小尺度上的燃料/空气湍流混合过程及化学反应动力学过程.本文回顾了大涡模拟中的主要亚网格模型及亚网格燃烧模型,总结了国内外采用大涡模拟在超音速燃烧研究领域的应用情况,为大涡模拟的进一步发展和应用提供参考.     

淀粉的改性及其在可降解塑料和橡胶中的应用研究

淀粉作为一种天然高分子,由于其价格低,可再生,生物降解性好等优点,在材料制备与改性方面得到了人们的青睐.同时由于淀粉所固有的亲水性,难于加工性以及和石化材料间较差的相容性等也大大限制了其在非食品工业中的应用范围.本文介绍了国内外淀粉改性的最新进展及其尝试其在可降解塑料和橡胶方面的应用研究,并就目前该领域存在的一些问题作了初步探讨.     

钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)的原理及其在锦屏二级水电站工程中的初步应用

岩体初始地应力问题的研究在岩石力学与工程领域具有重要意义.作为地质体组成部分的岩体与其他材料明显不同之处之一就是其内部赋存有地应力状态,了解地壳某一局部区域地质岩体残余至今的地应力状态是一项极为复杂而又十分重要的研究课题.对地壳应力状态的认识虽然总体上有一些规律可寻,但主要手段还是靠现场原位的地应力实测.简要评述了目前普遍采用的三维地应力测量方法及其不足.提出了钻孔局部壁面应力解除法(BWSRM)三维地应力测量原理及其具体实施方案,研制了基于BWSRM法为原理的地应力测井机器人,并将其初步应用于锦屏二级水电站工地埋深达2430m处的地应力实测工作,验证了BWSRM法地应力测量原理的可行性和合理性.BWSRM法与测井机器人在地应力测井工作中的推广和应用具有十分广阔的前景.     

金属-有机框架材料的合成及其在水中重金属吸附的应用研究现状

金属-有机框架材料(MOFs)具有设计合成方法多样、合成后易于改性、对重金属吸附量大、平衡时间短等优点,已被广泛研究和应用。近年来,MOFs在水中重金属吸附中的应用研究,成为了十分热门的课题。水稳性是反映吸附材料在水中稳定性的重要参数,具有良好的水稳性是MOFs成功地应用于去除水中重金属离子的前提。本文结合近十年MOFs在重金属吸附领域的研究情况,从MOFs的合成、水稳性、在重金属吸附中的应用、再生与重复利用几个方面,综述了MOFs的合成方法、MOFs的合成后修饰、MOFs的水稳性、MOFs对水中As、Pb、Hg、Cd、Cr、Cu等重金属离子的吸附,以及MOFs的再生等的研究现状,并提出了今后MOFs在重金属吸附领域的研究方向,为MOFs在重金属吸附领域中合成与应用提供参考。