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智慧路灯控制模块研发及其应用

智慧路灯控制模块研发及其应用

作者：王广宁中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

学位级别：硕士

随着技术的发展,自动化的路灯控制已经成为智慧路灯管理的重要要求。目前利用光线传感器可以对路灯进行有效的单灯自动化控制,但是因一些衰老、损坏、污染等因素影响造成了光控路灯在普及中出现投诉率高的问题。通过雾计算在区域数据的... 详细信息

随着技术的发展,自动化的路灯控制已经成为智慧路灯管理的重要要求。目前利用光线传感器可以对路灯进行有效的单灯自动化控制,但是因一些衰老、损坏、污染等因素影响造成了光控路灯在普及中出现投诉率高的问题。通过雾计算在区域数据的基础上解决路灯光控调光中的实际问题,对智慧路灯控制系统的发展有一定的促进作用与现实意义。当前在路灯管理方面很多市民通过12345热线或微博等渠道反馈路灯情况,管理部门通过人工进行相应的问题处理。业务流程环境多,效率低下,人工成本高。本文研究的重点是将雾计算的理念融入传统光控,优化光控模型并利用自然语言处理技术(Natural Language Processing,NLP)结合区域舆情构建一体化平台,为智慧路灯控制全面数字化发展提供参考。本论文主要内容包括以下几个方面:1.提出了基于雾计算的路灯光控模块:该模块综合利用边缘节点解决现有智慧路灯光控设备受灰尘,落叶,光敏电阻老化、损坏而影响自动控制的问题。通过编码定位区域,获取区域路灯数据进行联合计算,将结果用于路灯光电控制系统纠偏或替代,以此解决传感器故障对路灯系统造成的影响。该模块的应用可以有效降低路灯投诉事件,减少运维频率,提升市民满意度的同时降低管理者的运营成本。2.提出了基于迁移学习Bi LSTM-CRF的故障路灯事件识别方法:分析路灯管理的各种必要因素,使用迁移学习Bi LSTM-CRF技术从舆情中识别故障路灯事件,提取事件中的相关地址信息并确定信息的有效性。通过系统对地址中的故障路灯准确定位,可以解决传统路灯故障位置信息需要运维人员二次确认的问题,提升系统效率,降低人力资源成本。3.基于微服务架构的智慧路灯控制模块实现及管理系统集成:基于微服务架构使用Spring Cloud、Kubernets、Docker等技术,将控制模块与智慧路灯控制系统进行集成,实现基于雾计算的路灯光控功能以及基于迁移学习Bi LSTM-CRF的传统路灯管理功能,提升开发效率,增强系统可用性,扩大系统管理范围,提升市民满意度。在测试中,对系统的性能和效果评价均达到预期。提升路灯自动化控制水平,降低人工成本,是智慧路灯控制系统发展的重要目标。本文主要研究传统路灯光控方法并运用迁移学习Bi LSTM-CRF技术提升智慧路灯控制系统的管理能力。

关键词：智慧路灯雾计算路灯光控模块迁移学习系统集成

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基于惯性传感器的身份认证与识别技术

基于惯性传感器的身份认证与识别技术

作者：黄浩华中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

学位级别：硕士

随着物联网技术的快速的发展,如智能手机、智能手表/手环、智能眼镜、智能服装等可穿戴智能设备已经广泛应用于我们日常生活和工作中,并在娱乐社交、即时通讯、移动支付、导航定位、健康监测等应用领域发挥着重要作用。由于可穿戴智能... 详细信息

随着物联网技术的快速的发展,如智能手机、智能手表/手环、智能眼镜、智能服装等可穿戴智能设备已经广泛应用于我们日常生活和工作中,并在娱乐社交、即时通讯、移动支付、导航定位、健康监测等应用领域发挥着重要作用。由于可穿戴智能设备在使用过程中收集并存储了大量的个人敏感信息,其安全问题也引来了越来越多的关注。目前,生物识别技术是用于可穿戴智能设备访问控制的最新技术。步态识别作为一种新兴的生物识别技术,它通过人的走路姿态来识别或认证个体身份。基于可穿戴智能设备内置惯性传感器的步态识别技术和传统的人脸、指纹等生物识别技术相比,具有主动、实时和连续识别等优点,可作为保护可穿戴智能设备信息安全的一种有效手段,具有很大的研究价值和应用潜力。面向可穿戴智能设备访问控制的步态识别技术逐渐成为国内外学者关注和研究的热点。现有的基于模板匹配和机器学习的步态识别方法在鲁棒性和准确性等方面尚不能满足实际应用需求,尤其是在复杂、动态的真实场景下,识别和认证的准确率大大降低。随着可穿戴智能设备计算能力的提升,使用具有强大表征学习能力的深度学习网络进行步态识别研究逐渐成为一种新趋势。针对真实场景下基于步态的可穿戴智能设备访问控制算法在鲁棒性和模型复杂度方面存在的不足,本文针对多用户系统设计了两种不同的深度学习模型分别用于实现基于步态的身份识别和身份认证。本文的主要工作和贡献包括:（1）提出了一种基于轻量注意力网络的身份识别方法,该方法用于鉴别合法用户的具体身份。在这部分研究工作中,一个四层的轻量卷积神经网络首先被设计用于提取步态特征。接着,一种新的基于上下文编码信息的注意力权重计算方法被提出,基于该方法和深度可分离卷积,本文设计了一个能简化模型复杂度的注意力模块,该模块被集成到轻量卷积神经网络中用于对步态特征进行增强。最后,使用Softmax分类器对增强后的步态特征进行分类并输出身份识别结果。本文在真实场景下采集的步态数据集上对所提出的方法进行了综合的实验评估,研究并分析了网络有无注意力机制、不同数据分割方法、不同注意力机制对基于步态的身份识别性能的影响。与现有的类似研究在识别准确率和模型参数量方面的对比结果表明,本文所提出的轻量注意力网络在模型参数量平均减少了87.8%的情况下获得了更高的识别性能。（2）提出了一种基于残差自编码网络的身份认证方法,该方法用于鉴定用户身份的合法性,防止未经授权的非法用户侵入系统。本部分研究工作在第一个研究工作的基础上展开。由于所使用的训练数据只包含合法用户的步态数据,本文首先利用所提出的轻量注意力网络从训练数据中提取具有个体区分度的步态特征。然后,将提取特征后的训练数据输入到残差自编码网络进行无监督训练。最后,训练好的残差自编码网络被用于重建新的待检测样本,通过比较重建样本和原始待检测样本之间的损失值可以确认新样本的身份是否合法,从而实现身份认证。在实验部分,本文使用真实场景下采集的步态数据集进行实验,并和现有研究所提出的方法进行对比,实验结果表明,本文所提的方法获得了更好的认证性能,EER平均降低了4.36%,AUC平均提高了3.59%。

关键词：可穿戴智能设备步态识别身份认证身份识别深度学习

基于导电纳米材料的柔性压力传感器的制备及应用

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基于导电纳米材料的柔性压力传感器的制备及应用

作者：帅行天中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

学位级别：硕士

由于柔性压力传感器在可穿戴式健康监测设备、电子皮肤、生物医学诊断等领域的巨大应用潜力,使其逐渐成为目前传感器研究领域的热点之一。为了真正实现上述前沿科技,柔性压力传感器必须具备高度的机械柔韧性、高灵敏度、低检出限、快速... 详细信息

由于柔性压力传感器在可穿戴式健康监测设备、电子皮肤、生物医学诊断等领域的巨大应用潜力,使其逐渐成为目前传感器研究领域的热点之一。为了真正实现上述前沿科技,柔性压力传感器必须具备高度的机械柔韧性、高灵敏度、低检出限、快速响应以及高度的稳定性。在目前已经开发出来的各种各样的柔性压力传感器中,基于电容和电阻响应机理的柔性压力传感器的制备工艺比较简单,并且表现出优异的压力响应性能,尤其是它们具有极短的压力响应时间和高度的工作稳定性,但是普通的柔性电容和电阻响应型柔性压力传感器的灵敏度仍然不能很好的满足实际应用的需求。为了提高它们的压力响应灵敏度,最有效的做法就是对传感器的电极或介电层进行微结构化处理,而形成微观结构通常需要采用化学刻蚀、光刻等比较耗时和复杂的制备工艺,因此难以达到规模化生产。在本文的研究中,我们提出了一种简单的微结构模板的制备工艺。使用自制的模板,我们转印得到了具有微阵列结构的柔性电极和介电层,并且以此电极或介电层为压力响应敏感层,分别制备了三种电容及电阻响应型柔性压力传感器。本文的主要研究内容如下:1.基于微阵列电极的电容响应型柔性压力传感器的制备及应用在此项研究中,我们首先将预拉伸的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜在低压干空气氛围中进行等离子体处理,PDMS薄膜回缩后表面会形成褶皱状的微波浪结构,然后以此为模板经过几次转印过程就可以得到嵌有银纳米线(AgNWs)并且具有微波浪阵列结构的底电极。随后,我们以附有AgNWs的PDMS薄膜为上电极,聚偏氟乙烯(PVDF)为介电层,通过层叠组装制备了这种电容响应型柔性压力传感器。然后我们对其综合性能进行了全面的考察,测试结果表明该柔性压力传感器的灵敏度高达2.94 kPa,检出限低于3 Pa,响应时间小于50 ms,并且具有出色的柔韧性和稳定性。该柔性压力传感器的制备工艺比较简单,可以制成压力传感器阵列用来检测加载压力的强度和分布状况。此外,该柔性压力传感器优异的压力响应性能使其可以用于检测声音信号和气体流动等非接触式的压力信号。2.基于微阵列介电层的电容响应型柔性压力传感器的制备及应用通过在PDMS薄膜表面转印抽滤得到的AgNWs膜制备柔性电极,然后采用上述的微阵列模板,经过一系列的转印过程得到具有微阵列结构的PDMS介电层,最后将柔性电极和PDMS微阵列介电层组装在一起就得到了这种基于微阵列介电层的电容响应型柔性压力传感器。随后,我们对此压力传感器的性能进行了系统的考察,结果显示其灵敏度为最高可达2.04 kPa,量程高达9000 Pa,并且具有很低的压力检出限(传感器可以用于检测抓握物体时,每个手指的压力分布状况,并且由该压力传感器制备的传感器阵列可以用于检测外部压力的空间分布状况。3.基于微阵列电极的电阻响应型柔性压力传感器的制备在第一部分研究的基础上,我们制备了嵌有AgNWs并且具有微波浪阵列结构的柔性电极,并以此为上电极,通过真空抽滤及转印过程制得的附有AgNWs的PDMS薄膜作为底电极,组装得到了基于微阵列电极的电阻响应型柔性压力传感器。初步的测试结果表明该电阻响应型柔性压力传感器具有较好的压力响应性能,其压力响应灵敏度最高可达-2.6 kPa。

关键词：柔性压力传感器微阵列结构灵敏度银纳米线聚二甲基硅氧烷

基于深度学习的X光安检图像危险品检测算法及其应用

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基于深度学习的X光安检图像危险品检测算法及其应用

作者：张伟烽中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)

学位级别：硕士

国家综合立体公共交通设施的普及和快递物流运输行业的繁荣给国民生活带来了极大的便利,也存在着巨大的安全隐患,非接触式的安全检测是保障社会公共安全的关键举措。传统的安检方式严重依赖于人工检测,人力成本高,且容易受到环境和主观... 详细信息

国家综合立体公共交通设施的普及和快递物流运输行业的繁荣给国民生活带来了极大的便利,也存在着巨大的安全隐患,非接触式的安全检测是保障社会公共安全的关键举措。传统的安检方式严重依赖于人工检测,人力成本高,且容易受到环境和主观精神因素的影响,导致漏检、误报的安全隐患。结合深度学习为代表的人工智能技术,研究和开发出能够快速自动检测X光安检图像中的危险品的算法和系统能有效提高安检的安全性和可靠性,为构建公共服务的安全体系提供坚实保障,助力智慧交通建设。本文致力于X光安检图像危险品检测的算法研究和系统实现,主要从提高精度和轻量化两个不同维度分别对X光安检图像危险品检测算法性能的提高进行了理论研究,并最终开发了相关的智慧安检系统将检测网络实际部署到安检设备中,实现了设备终端的实时检测和数据管理。本文的主要内容包括以下几点:1.提出了对称三角检测算法:针对X光安检图像特点,从理论分析和对比实验探讨了anchor-free机制在安检任务中的优势和适用性,并提出了基于anchorfree的对称三角检测网络。同时,提出了对称三角金字塔模块有效地整合了不同尺度特征图的语义和空间位置信息,并采用分层独立预测方式缓解了重叠问题,提高了网络多尺度检测的能力。通过本文收集构建的DE数据集和公开数据集的实验结果证明,本算法能有效提高检测精度。2.提出了轻量级目标检测算法light R-CNN:该算法在骨干网络引入残差分支特征提取模块扩大了感受野和保留更多浅层特征,增强了骨干网络的特征提取能力。同时,提出的多尺度特征融合模型结合深度可分离卷积在只需要很小的计算成本就充分整合了不同尺度的特征图信息。最后压缩和优化了检测头结构并提出了分离通道自注意力模块去优化了特征分布和提高网络对前景位置的敏感性。该算法实现了准确性和网络复杂性的平衡,适合在资源受限的安检设备中部署和应用。3.开发X光安检图像危险品智能检测系统:该系统基于轻量级目标检测网络light R-CNN实现,并通过开发采集终端程序、智能检测系统程序以及远程数据管理程序三大模块实现了图像采集、传输、预处理、危险品智能检测、云数据储存、图像标注以及统计分析查询等功能,能够在安检设备终端实时检测安检图像并进行数据管控。

关键词： X光安检危险品检测深度学习目标检测

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基于微腔光学晶体生物传感器的研究进展

传感器与微系统 2009年第12期28卷 1-4页

作者：李莎时喜喜蔡林涛中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学信息与健康工程学重点实验室广东深圳518054

多孔硅(PS)与多孔硅微腔晶体(PSM)作为新型功能材料,其独特的光学特性、微电子相容性、滤过性、纳米微孔生长可控性及大的比表面积为生物信号传感提供了一个较为理想的平台,已制备成多种生物传感器应用于血液,细菌,病毒,DNA等的快速检... 详细信息

多孔硅(PS)与多孔硅微腔晶体(PSM)作为新型功能材料,其独特的光学特性、微电子相容性、滤过性、纳米微孔生长可控性及大的比表面积为生物信号传感提供了一个较为理想的平台,已制备成多种生物传感器应用于血液,细菌,病毒,DNA等的快速检测中。在分析了PS与PSM的结构和性能的基础上,重点介绍了PS与PSM生物传感器的研究现状,并提出开发微型芯片、集成器件和市场化产品将是PS与PSM生物传感器的发展趋势。

关键词：生物传感器多孔硅多孔硅微腔晶体

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人体通信信道测试系统的研究与实现

传感器与微系统 2012年第11期31卷 17-19,23页

作者：冷腾飞聂泽东王磊中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所广东深圳518055

人体通信以人体为通信媒介,具有低功耗、高速率、高安全性等优点,其为人体传感器网络提供了一种理想的通信方式。设计了一种人体通信信道测试系统,具有"浮地"特性,能真实反映人体通信的耦合或感应机制。该系统采用ARM7TDMI内核的S3C44B0... 详细信息

人体通信以人体为通信媒介,具有低功耗、高速率、高安全性等优点,其为人体传感器网络提供了一种理想的通信方式。设计了一种人体通信信道测试系统,具有"浮地"特性,能真实反映人体通信的耦合或感应机制。该系统采用ARM7TDMI内核的S3C44B0X系统作为开发平台,使用直接数字合成器(DDS)芯片AD9910设计可调频率信号源,使用对数放大器芯片AD8310设计信号强度检测器。测试结果表明:可调频率信号源频率范围为0～200MHz,窄带无杂散动态范围大于80dB;信号强度检测器检测分辨率可达0.1 dB。该系统采用电池供电,成功地在电磁屏蔽室做大量实验,并测试得到人体信道特性。

关键词：人体传感器网络人体通信信道测试系统可调频率信号源信号强度检测器

口腔正畸弓丝矫治器自动制备成形中的回弹补偿方法

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集成技术 2016年第3期5卷 20-27页

作者：邓豪翁少葵夏泽洋甘阳洲熊璟中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055 中国科学院人机智能协同系统重点实验室深圳518055

在传统的口腔正畸临床治疗中,弓丝矫治器主要依赖于正畸医师手工弯制来完成,这不仅要求医师有长时间的训练过程,同时难以达到理想的个性化及精度要求,也增加了患者复诊次数及椅旁等待时间。据此,我们研发机器人系统来实现自动化的正畸... 详细信息

在传统的口腔正畸临床治疗中,弓丝矫治器主要依赖于正畸医师手工弯制来完成,这不仅要求医师有长时间的训练过程,同时难以达到理想的个性化及精度要求,也增加了患者复诊次数及椅旁等待时间。据此,我们研发机器人系统来实现自动化的正畸弓丝矫治器制备。其中的一个难点问题是,弓丝材料的高弹性引起的回弹现象严重影响了弓丝矫治器的成形精度。因此,提出一种基于过弯预补偿模型和回弹力在线检测的过弯补偿方法,来消除弯制过程中的弓丝回弹现象。该方法首先通过一个自行设计的弯制回弹装置测量回弹前后的角度差,并将回弹后的角度作为目标成形角,以此建立成形角过弯量预补偿模型;然后通过力传感器进行弓丝回弹力在线检测,建立基于零力状态判断的自动弯制控制方法。上述方法在所研发的弓丝弯制机器人系统中进行弯制实验测试。结果表明,它能够最大限度地减小回弹效应,实现满足临床精度要求的正畸弓丝自动弯制成形。

关键词：口腔正畸弓丝自动制备弹性回弹过弯补偿

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一种防跌倒预警系统的研究与实现

集成技术 2014年第1期3卷 46-54页

作者：李慧奇梁丁宁运琨张静赵国如中国科学院深圳先进技术研究院深圳518055 深圳低成本健康重点实验室深圳518055

跌倒是造成世界上意外伤害死亡的第二大原因,如何预防跌倒已成为保障老人生命的关键。目前常见"跌倒报警器"的传感模块一般采用单一的三轴加速度计,测量精度受限,仅能实现人体跌倒后的报警功能而不能实现跌倒前的预警。文章设计并实现... 详细信息

跌倒是造成世界上意外伤害死亡的第二大原因,如何预防跌倒已成为保障老人生命的关键。目前常见"跌倒报警器"的传感模块一般采用单一的三轴加速度计,测量精度受限,仅能实现人体跌倒后的报警功能而不能实现跌倒前的预警。文章设计并实现了一种基于MEMS惯性传感单元的防跌倒预警器,率先设计了含"三轴加速度计+三轴陀螺仪+三轴磁力计"的高精度多模态传感模块,内嵌跌倒预警算法,并通过蜂鸣器和振动器警示。对九名健康年轻实验对象进行了总计81次的跌倒实验,系统结合基于阈值的跌倒预警算法,结果表明,其检测灵敏度可达98.61%且特异度为98.61%,平均预警时间为300 ms。未来研究将嵌入全球移动通信系统(Global System For Mobile,GSM)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)等电路模块功能及配备穿戴式安全气囊,有望在易跌人群中实现实时防护和及时救治。

关键词：跌倒预警惯性传感单元阈值算法

基于遗传算法的Canny边缘检测算子在配药机器人中的应用

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传感器与微系统 2013年第7期32卷 141-143,147页

作者：胡佳林刘波峰何玉成湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055

为了尽可能降低噪声的影响和保留图像的边缘信息,以确保配药机器人的机械手能快速准确地抓取药瓶完成整个配药过程,结合了遗传算法和Canny边缘检测算子的优点,首先采用半像素插值的方法将3×3模板扩展成5×5模板,再利用图像梯度方差作... 详细信息

为了尽可能降低噪声的影响和保留图像的边缘信息,以确保配药机器人的机械手能快速准确地抓取药瓶完成整个配药过程,结合了遗传算法和Canny边缘检测算子的优点,首先采用半像素插值的方法将3×3模板扩展成5×5模板,再利用图像梯度方差作为判据对图像进行四叉树分块,然后对每个子块采用二次寻优遗传算法再反复迭代求出最佳阈值,最后利用该阈值来对边缘进行提取。实验结果表明:与传统的算法相比,该算法的检测效果更好,能有效地减少假边缘点出现的概率,保证了机械手的抓取动作顺利进行。

关键词：边缘检测 Canny算子半像素插值遗传算法尺寸测量