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空间分析GIS软件开发研究

空间分析GIS软件开发研究

全国地图学与GIS学术会议

作者：余柏蒗吴健平魏晓峰刘杰华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室

针对目前已有的空间分析软件包和GIS商业软件不能满足空间分析应用需求的现状,我们利用组件技术和插件技术相结合的方法开发了一个空间分析GIS软件。利用组件技术构建GIS框架,利用插件技术开发空间分析插件,并插入到GIS框架中。软件目... 详细信息

针对目前已有的空间分析软件包和GIS商业软件不能满足空间分析应用需求的现状,我们利用组件技术和插件技术相结合的方法开发了一个空间分析GIS软件。利用组件技术构建GIS框架,利用插件技术开发空间分析插件,并插入到GIS框架中。软件目前已具有7类共17个空间分析模块,其他开发人员可以按照插件开发规范开发新的模块,扩展软件的功能。软件已在一些研究项目中应用,取得很好的效果。

关键词：空间分析 GIS 插件技术

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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压缩感知的测量矩阵与图像融合应用研究

压缩感知的测量矩阵与图像融合应用研究

作者：李旭帅中国科学技术大学

学位级别：硕士

压缩感知理论能够充分利用信号稀疏的特性,通过投影矩阵将高维的信号投影到低维数据空间中。该理论相比奈奎斯特采样能够减少采样数据量,节省宝贵的存储空间和紧张的宽带资源,后期通过压缩感知重构算法从少量的采样数据中恢复出原信号,... 详细信息

压缩感知理论能够充分利用信号稀疏的特性,通过投影矩阵将高维的信号投影到低维数据空间中。该理论相比奈奎斯特采样能够减少采样数据量,节省宝贵的存储空间和紧张的宽带资源,后期通过压缩感知重构算法从少量的采样数据中恢复出原信号,这个采样过程将传统的数据采样与压缩合二为一,能够降低采样数据的获取时间和存取空间。所以压缩感知一经提出,就得到许多学者的高度关注,成为近年来非常热门的研究领域,在雷达信号、遥感图像、医学图像、无线网络等领域得到应用和发展,有着非常广泛的应用前景。设计一个结构简单、性能优越、便于研究控制的测量矩阵,是压缩感知理论研究中重要的部分,也是压缩感知在应用中的前提保证。压缩感知成像系统获得的仅是原始信号的投影测量值,依赖于观测矩阵的选择,压缩图像融合是对测量值的融合,如何选择融合参数是一个需要解决的问题。而测量值包含的信息越多,效果越好,因此构造合适的测量矩阵是融合成功的保证。本文的研究成果如下：(1)构造确定性结构的傅里叶观测矩阵部分傅里叶测量矩阵能够应用快速傅里叶方法,可以大大提高计算速度,降低运算量,且恢复效果好,但是随机部分傅里叶测量矩阵与其他随机测量矩阵都有相似的问题,其复杂性使得存储和硬件实现不方便。***提出的确定性测量矩阵,其确定性使得测量矩阵可控制强,存储和实现较方便,但其恢复效果一般。我们的思路是结合确定性测量矩阵和部分傅里叶测量矩阵的优点,构造一种确定性结构的傅里叶测量矩阵。这种测量矩阵的选择不再是随机性的,而是可控制的,其复杂度较低,易于控制实现。利用反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register,LFSR),我们构造一个伪随机整数产生算法,生成我们需要的索引集,通过傅里叶矩阵来构造我们想要的确定性测量矩阵。利用Gersgorin圆盘定理和Weyl级数定理,理论上可以证明我们构造的确定性测量矩阵是满足RIP条件和MIP条件。通过一维信号和二维图像仿真实验,与常用的高斯测量矩阵、部分哈达玛测量矩阵等比较,在相同观测量M和相同稀疏度K下,恢复成功率更高;在均方根误差(RMSE)、峰值信噪比(PSNR)和结构相似度(SSIM)信号处理衡量指标中取得优势,说明信号恢复质量较好。(2)研究压缩感知观测量特征并应用到压缩图像融合基于压缩感知的图像融合,利用尽量少的数据提取尽量多的信息,可以极大地提高数据传输与存储的效率,减少计算复杂度,是一种简便而高效的融合手段。压缩感知成像系统获得的仅是原始信号的投影测量值,依赖于测量矩阵的选择。通过对观测量特性的研究,数据分析压缩感知观测量与原图像特征信息之间的关联性,将其作为融合参数的选取的依据。进而提出一种利用观测量特征,采用粒子群优化算法选取融合参数的压缩感知图像融合方法。实验仿真,对比单目标优化目标函数和多目标优化函数选取融合参数方法,通过客观的评价指标进行融合质量评价,提出的方法融合效果在一些评价指标中具有优势。

关键词：压缩感知测量矩阵确定性反馈移位寄存器观测量粒子群优化

基于BizTalk HWS的工作流应用平台研究

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基于BizTalk HWS的工作流应用平台研究

作者：高大鹏中国科学技术大学

学位级别：硕士

进入90年代以来，工作流技术作为计算机支持的协同工作领域的一个新的应用技术，已被广泛应用于提高企业的信息化程度、工作效率等方面。然而，随着Internet上电子商务的飞速发展，传统工作流管理系统越来越不能适应现代企业业务流程管... 详细信息

进入90年代以来，工作流技术作为计算机支持的协同工作领域的一个新的应用技术，已被广泛应用于提高企业的信息化程度、工作效率等方面。然而，随着Internet上电子商务的飞速发展，传统工作流管理系统越来越不能适应现代企业业务流程管理的要求，主要表现在系统不能适应企业越来越多，且更加复杂的业务处理流程、缺乏柔性和互操作性，难以支持动态变化和跨组织的工作流程。 Web Service技术的出现是分布式计算领域的一次飞跃，将其应用到工作流管理系统必将大幅提高系统的性能。Web Service是一种基于标准的应用集成方式，具有与生俱来的动态特性和互操作性，它可以将运行在Intranet，Extranet或Internet上的分布式应用集成在一起。 BizTalk是Microsoft公司开发的一个面向服务基于Web Service工作流服务框架，它发布了一系列基于Web服务的工作流管理方法，开发人员能在此基础上快捷的构建功能强大的工作流应用管理系统。本文针对传统工作流管理系统的不足，在深入研究BizTalk HWS(工作流服务)开发方法基础上，提出了一个基于BizTalk HWS(工作流服务)的工作流应平台。在系统构架上，该系统采用了基于Web面向服务(SOA)的解决方案，在层次结构上使用的是N层架构，有良好的跨平台能力和系统健壮性;在工作流模型上，提出了能够有效适应企业大规模业务流程的组织模型、资源模型、数据模型和活动模型;在流程设计上，提出了基于任务驱动的工作流构造方法，研究了活动流程任务的处理机制，给出了流程任务和流程任务模板的定义，使系统能够快速对企业复杂业务处理流程进行建模和设计;在工作流调度上，研究了基于流程调度引擎和Action任务管理器的流程动态调度机制，包括流程的调度机制、任务管理器的设计与实现，并且比较详细地讨论了系统各功能组件地协作过程;最后给出了应用实例。

关键词：工作流管理系统 BizTalk HWS 任务驱动流程调度

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点云曲线曲面的微分信息估计及其应用

点云曲线曲面的微分信息估计及其应用

作者：马国庆中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着扫描设备的普及和采集技术的进步,点云数据获取变得非常方便。点云数据往往隐含着潜在形状,其上的几何微分信息(如切向、法向、曲率、挠率等)是点云几何建模和复杂应用的基础,同时法向的一致化定向在点云几何处理中处于非常重要的... 详细信息

随着扫描设备的普及和采集技术的进步,点云数据获取变得非常方便。点云数据往往隐含着潜在形状,其上的几何微分信息(如切向、法向、曲率、挠率等)是点云几何建模和复杂应用的基础,同时法向的一致化定向在点云几何处理中处于非常重要的地位。本文不但提出了点云空间曲线的微分信息估计的理论框架及匹配方法;而且对MPA法向估计进行了改进,提出了几何自适应的MPA法向传播策略。在第一章我们介绍了点云空间曲线曲面的微分信息估计、点云空间曲线的匹配方法及点云空间曲线曲面法向一致化定向问题的研究历史和现状,及本文所做的工作。第二章我们建立了点云曲线几何分析的相关理论框架,即定义和计算点云潜在曲线的几何微分量,包括Frenet标架、曲率、挠率等。在第三章中我们提出了点云空间曲线部分匹配的一种新方法。它通过直接在点云上计算微分量来获取其潜在曲线的特征信息,从而构建全局粗略匹配方案,进一步给出基于空间运动学的局部精细匹配优化模型,实现点云曲线之间的部分匹配。这一章的最后我们用数值实验表明,我们的微分信息计算和曲线匹配方法能很好地适用于带噪音的点云数据,有效地实现点云空间曲线的高精度匹配。在第四章中,我们分别对二维、三维情况MPA法向估计进行了改进。首先提出带权的PCA法向预估方法,然后对预估过程中的局部邻近点集进行过滤,过滤掉不在点云潜在流形上的部分点后,重新用带权PCA来估计出较准确的法向,最后建立MPA优化模型估计参数对法向进行循环校正。这种循环校正的改进方法,不但能准确地估计出法向,而且对MPA方法中参数的计算实行了分步计算,大大减少了计算量,提高了估计的准确性。第五章在改进MPA估计法向基础上,提出了几何自适应MPA法向传播策略。最后一章我们给出了总结和下一步的工作。

关键词：点云曲线曲面微分信息匹配 MPA 自适应定向

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基于DSP的手势交互系统实现

基于DSP的手势交互系统实现

作者：王从政中国科学技术大学

学位级别：硕士

基于手势的交互技术提供了一种自然、和谐的人机交互方式,是当前多通道交互技术领域的研究热点之一。相比目前研究较多的基于其他技术的手势识别,基于表面肌电（surface electromyography, SEMG）和加速度（acceleration, ACC）信号的... 详细信息

基于手势的交互技术提供了一种自然、和谐的人机交互方式,是当前多通道交互技术领域的研究热点之一。相比目前研究较多的基于其他技术的手势识别,基于表面肌电（surface electromyography, SEMG）和加速度（acceleration, ACC）信号的手势交互在可穿戴性和价格上有着更多的优势。表面肌电信号是使用电极从皮肤表面拾取的电信号,能反映精细手势动作的信息,加速度信号则是一种反映运动物体加速度状态的电信号。基于这两类传感器信息融合的手势识别技术在残疾人假肢控制、手语识别以及娱乐电子产品等领域具有重要的应用价值。基于作者所在实验室在融合肌电和加速度信息的手势识别技术方面取得的研究进展,本文提出在嵌入式技术平台上实现基于两类传感器信息融合的手势识别技术方案,设计并实现了一套基于定点DSP的便携式实时手势识别系统。该系统数据收发采用无线2.4G的方式,手势识别算法利用定点DSP实现,手势识别结果被转换成控制命令并用于家用电器实时控制。本文工作为该技术的推广奠定了一定的基础,也为其推进至实用场合进行了一次有意义的尝试。本文主要工作可概括如下: （1）实现了一套基于定点DSP的实时手势交互平台。其在硬件上主要包含5通道表面肌电传感器、1个3轴加速计、无线信号接收模块、DSP实时信号处理模块和手势交互应用模块等。通过配置相关软件已实现8类常用手势动作的模式识别,并将识别结果应用于了LCD的显示和红外遥控命令的发送。（2）实现了基于DSP的手势动作表面肌电和加速度信号处理的实时算法。实时手势识别算法主要包含活动段检测、特征提取和分类器。活动段检测算法采样了常用的移动窗法。在特征提取上,为实现DSP平台的实时性和高准确性,本系统对表面肌电信号分别提取时域的MAV和频域的AR模型系数作为特征,而对于加速度信号,则通过原始信号的减采样获取特征。本系统在分类器的选择上,实现了一类简单且稳定性较高的LDC分类器。（3）实现了基于手势的两种交互应用方案。一种是基于红外编码发射的空调实时遥控应用,另一种是采用TFT的真彩色液晶屏实现手势识别结果显示的图像交互应用。

关键词：表面肌电加速度手势识别 DSP 红外遥控

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基于Qt的激光雕刻上位机软件设计与实现

计算机与数字工程 2017年第4期45卷 751-754页

作者：李兰芳杨星海侯伟辛化梅山东师范大学物理与电子科学学院生命与健康研究院山东省医学物理图像处理技术省级重点实验室济南250014 济南大学信息科学与工程学院济南250022

在Qt5.4开发环境和平台上,设计实现激光雕刻系统上位机软件。通过对基本图像信息的处理与转换,并结合数据传输的可靠形式,实现上位机对下位机的可靠通信。软件系统将图像处理的方法应用到激光雕刻领域,能够支持常见的图像格式。

关键词： Qt 图像处理可靠通信激光雕刻

维普期刊数据库

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基于演化算法的序回归技术研究

基于演化算法的序回归技术研究

作者：伍玉舟中国科学技术大学

学位级别：硕士

在很多实际应用中,数据的类别之间存在一种自然的序关系。例如,我们用1～5星去评价一部电影,3星评价高于2星评价,而4星评价低于5星评价。和标称数据不同,我们称这样一类数据为有序数据。有序数据的类别之间可以排序,但类别之间的差异却... 详细信息

在很多实际应用中,数据的类别之间存在一种自然的序关系。例如,我们用1～5星去评价一部电影,3星评价高于2星评价,而4星评价低于5星评价。和标称数据不同,我们称这样一类数据为有序数据。有序数据的类别之间可以排序,但类别之间的差异却没有精确的定义。例如,对电影的3星评价通常被认为优于2星评价,但是3星究竟比2星好多少却难以度量。预测有序数据的序的学习问题,称之为序回归。序回归有着广泛的实际应用场景,例如情感分析、信息检索、推荐系统、信用评价、医学等。序回归问题作为机器学习、数据挖掘领域重要的问题之一,越来越受到研究者们的关注。已有的工作主要集中在研究有监督序回归问题。然而,当缺少足够的有标签数据时,该问题变得难以处理。在很多实际应用中,有标签数据往往难以获取并且校对起来代价很高。而无标签数据通常大量存在,并且易于获得。因此,同时考虑有标签数据和无标签数据的半监督序回归问题具有重要的研究意义和实际价值。本文以此为动机,对半监督序回归问题做了一定的研究和讨论。本文提出了一种基于加权核判别分析的半监督序回归技术。该算法通过一个加权策略来引入无标签数据,而权重体现了不同训练数据对于类分布的贡献大小。通过同时使用有标签数据和无标签数据,可以更准确地估计类的分布信息,从而获得更好的投影向量和阈值。该投影向量将原始数据映射到一个一维的空间,使得相邻类别之间可以分隔开、相同类别的数据可以聚合紧,同时保持正确的序关系;阈值用来预测新样例的序。该算法使用一种标签传播的方法来计算权重。然而,由于标签传播算法没有考虑数据中的序信息,导致估计的权重有时不是很准确。为了更准确地估计类的分布信息并进一步提升性能,我们提出了改进的算法——基于演化算法的半监督序回归技术。该算法通过使用演化算法来优化无标签数据的权重,优化目标是使学习器拥有良好的学习性能和泛化能力。由于同时引入了无标签数据和序信息,所以该问题是一个非凸且不可导的优化问题。演化算法适用于处理这类问题,我们在本文使用差分进化算法。为了降低优化问题的维度,本文提出了一种权重更新规则和个体表示方法,用来间接地演化权重。通过该方法,问题维度从无标签样例个数量级下降到序个数量级。在多个数据集上的实验结果,证明了本文提出的两个半监督序回归算法的有效性。

关键词：序回归半监督学习核判别分析标签传播演化算法差分进化

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基于音素层信息的语种识别

基于音素层信息的语种识别

作者：仲海兵中国科学技术大学

学位级别：硕士

自动语种识别,作为智能语音处理的一个重要方向,是指利用计算机自动地识别一段语音所属语言种类的过程。随着全球化进程的加速,全球各个国家和地区人们之间的交往变得越来越频繁,突破语言障碍变得极为迫切;因此,语种识别在多语种语音识... 详细信息

自动语种识别,作为智能语音处理的一个重要方向,是指利用计算机自动地识别一段语音所属语言种类的过程。随着全球化进程的加速,全球各个国家和地区人们之间的交往变得越来越频繁,突破语言障碍变得极为迫切;因此,语种识别在多语种语音识别前端、信息检索、军事情报收集、公共安全等领域的应用价值逐渐体现,受到了相关应用领域的广泛关注。根据使用的特征不同,可以将主流的语种识别方法分为两大类:基于声学特征信息的语种识别方法和基于音素层信息的语种识别方法。其中,基于音素层信息的语种识别方法首先利用音素识别器将一段语音识别为一段音素序列,然后利用不同语种间的音素搭配存在差异这一特点进行语种识别。基于音素层信息的语种识别方法以其性能优异稳定、推广性好等优点受到越来越多研究人员的重视。本文对基于音素层信息的语种识别方法进行了较为系统的研究,搭建了从音素识别器到语种分类模型的语种识别系统,并在提高语种识别系统性能、降低算法复杂度等方面取得了一定的进展。具体的研究工作包括以下几个方面:第一,针对音素识别器的训练语料挑选问题,提出了基于音素平衡准则的数据选择方法,从大量语音数据中挑选出适量数据,提高了语种识别性能。第二,对一段特定语音,音素识别的结果及其搭配关系会受到说话人、信道等因素干扰而引入不必要的噪声。针对于此,提出采用因子分析方法去除噪声:首先在词图输出的序列基础上建立基于bagofN‐Grams的向量表示形式,然后在此向量空间中,采用因子分析方法估计说话人、信道等非语种因素差异所产生的噪声子空间并加以消除,显著提高了语种识别性能。第三,在PR‐SVM系统中,针对特征矢量高维、稀疏带来的计算和存储问题,提出了一种特征选择方法,通过对表征语音段的低阶特征矢量进行区分性选择,将具有较高区分度的低阶特征上升到高阶特征,将特征维数控制在可接受的范围内,提高了特征的区分性,进一步改善了语种识别系统的性能。

关键词：语种识别音素识别音素平衡因子分析特征选择

面向手势交互的可穿戴设备系统设计及识别算法研究

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面向手势交互的可穿戴设备系统设计及识别算法研究

作者：钟传宇中国科学技术大学

学位级别：硕士

随着物联网、传感器与人工智能等技术领域的不断突破,智能可穿戴设备作为一类功能高度集成化的系统,已经在手语识别、虚拟现实、触觉反馈、机器人遥操作等多种手势交互场景中得到了广泛应用。但目前可穿戴设备的发展还存在诸多问题:一方... 详细信息

随着物联网、传感器与人工智能等技术领域的不断突破,智能可穿戴设备作为一类功能高度集成化的系统,已经在手语识别、虚拟现实、触觉反馈、机器人遥操作等多种手势交互场景中得到了广泛应用。但目前可穿戴设备的发展还存在诸多问题:一方面,部分可穿戴设备存在传感技术落后、配套软硬件设施不完善、可穿戴系统检测精度低且实时性不高等问题,无法满足用户的基本需求;另一方面,大多数可穿戴手势交互技术落后,识别处理算法精度不够高、泛化性差,导致实际应用不成熟。针对上述穿戴设备领域存在的问题,本文选取电子皮肤(E-skin)和表面肌电(sEMG)两种典型的可穿戴设备作为研究对象,设计与集成了两种可穿戴设备的软硬件系统,并依托自主设计的实验平台开展了面向手势交互应用的手势识别算法研究,以改善当前穿戴设备性能上的不足,同时提升用户的穿戴体验。本文的主要研究内容概括如下:(1)针对穿戴设备存在的传感技术落后、用户佩戴舒适性差的问题,本文设计了一种成本低、轻薄度高的柔性可拉伸电子皮肤手套。这种传感器是基于柔性印刷电子技术和柔性传感封装技术实现,主要由柔性基底、蛇形可拉伸导线、多通道可拉伸应变传感器和封装薄膜组成。电子皮肤能够完全适应人类的手部结构特征,不仅穿戴舒适性好,还能够连续动态地提取手指弯曲运动的信息。(2)针对配套软硬件设施不完善、信号检测精度低且系统实时性不高的问题,搭建了E-skin穿戴设备和sEMG穿戴设备共两套软硬件系统平台。对于E-skin穿戴设备,以实验室自主研发的电子皮肤手套为传感核心,首先设计了以STM32为主控模块的采集电路,并基于FreeRTOS实时系统完成了下位机采集程序设计;然后基于Qt框架完成上位机采集界面设计,实现对传感数据的采集、显示、保存和处理等功能。对于sEMG穿戴设备,以实验室已有的多通道肌电采集设备Biometrics DataLITE为硬件平台,基于QCustomPlot高性能可视化控件设计了实时性好、刷新率高、界面友好的sEMG采集软件平台。设计的两套可穿戴设备为后续手势识别算法研究和交互应用提供了实验验证平台。(3)为解决手势交互效果不佳的问题,本文设计了一种基于长短时记忆网络(LSTM)的连续手指动作识别方法,能够自动完成对E-skin时序信号的特征提取和分析,实现了对5种连续手指动作和4种手指状态(共9种手势)的实时识别,并且识别精度最高能够达到93.02%。此外还设计了 LSTM网络与有限状态模型结合的方法,实现了电子皮肤与二自由度机器手4种手部状态的在线手势交互,并且实际交互控制效果良好。实验结果验证了 E-skin设备在获取手部姿态信息方面的有效性,以及在手语识别、远程操作等手势交互场景的应用潜力。(4)为解决识别处理算法精度低、泛化性差的问题,本文设计了多流卷积融合、BiGRU两种结合注意力机制的网络模型用于手势动作的识别,通过对4通道sEMG信号分别进行时空特征提取,实现了对前臂19种常见手势动作最高92.89%的识别准确率。此外还基于受试者无关的策略,通过聚合与受试者无关的sEMG数据来训练模型的特征提取模块,以达到手势迁移学习的目的,并实现了最高89.52%的识别准确率。最后基于多流卷积融合网络进行了在线手势识别实验,利用图形化交互界面连续处理、更新和显示识别结果,并获得了 86.46%的平均识别准确率。实验结果验证了所设计的多流融合方法在提高特征提取效率、在线识别精度以及改善模型泛化性能方面的有效性。

关键词：可穿戴设备可穿戴系统设计 LSTM网络多流卷积融合网络 BiGRU网络手势识别