课程文献中心 更多>>

关键词： 视频分析   行人检索   图数据库   数据可视化   软件设计  

摘要： 随着视频分析技术在各行业中的广泛应用，视频大数据中的时空关系、行人间关系越来越复杂，行人检测和行人属性信息等数据的管理需求也逐步扩大，在公安行业、体育等行业已经发展到大规模应用的阶段，但是传统单纯的视频监控系统存在诸多问题，如系统交互性差，检索目标行人操作繁琐，耗时长等现象突出，部分系统只单向输出识别结果或报警信息，缺乏通过检索条件或相似关系搜索指定行人的方式。　　本文将传统视频监控和视频分析工具发展现状作为研究基础，对给定的海量监控视频数据灵活的嵌入多种识别算法，利用多任务学习技术，实现渐进式的视频解析，同时利用开放式的交互页面对识别结果的满意程度进行评估。将视频算法计算出的行人数据保存到图数据库中，再结合行人检索和算法评估的业务需求，提出时空场景行人数据管理与分析系统的开发目标，并简要阐述了开发采用的技术原理和方案。之后，根据时空行人算法数据管理的流程，对系统开发进行了需求分析和系统模块设计，建立了相关模型图。最后，阐述系统主体部分的具体开发过程和代码展示，并给出了功能和性能检测的结果。　　本文成果的特点在于，解决了传统关系型数据库无法很好的快速处理复杂时空关系和行人间关系的问题。系统利用Neo4j图数据库关系查询速度快、具有多级关联查询优势和特点，将行人属性与时空信息等数据建立存储，保存样本间行人相似关系。再通过前端数据可视化交互平台界面，为用户提供一个兼具智能感知技术处理分析结果的检测评估、展示、交互式可视化视频数据检索等功能的基于Neo4j时空场景行人数据管理与分析系统，更好的方便对海量视频数据的分析和数据展示。

关键词： 软件设计   Web客户端   Android客户端   三维桥梁模型客户端   实时大数据分析系统  

摘要： 随着我国城市化进程的快速发展,公路桥梁的数量呈指数型增长且已跃居世界第一位。在现代城市交通网络体系中,桥梁扮演着重要的连通作用。桥梁不仅是城市交通系统的重要组成部分,更是处于城市交通系统中的咽喉部位,在经济、军事及社会生活等方面起着重要的战略意义。但是,由于对桥梁结构的管养缺乏有效的监测手段,桥梁事故时有发生,给国家和人民群众的生命财产带来了严重伤害和巨大损失。基于上述问题,本课题提出了桥梁健康监测系统这一解决方案。本桥梁健康监测系统包括硬件部分和软件部分。其中硬件部分的设计是基于FPGA的多路多通道数据采集卡,由课题组其他成员完成;软件部分的设计是基于Java-EE和Android技术的Web客户端和Android客户端、基于任意计算机辅助设计(Any Computer Aided Design,AnyCAD)图形化平台技术的三维桥梁模型客户端以及基于Linux平台的实时大数据分析系统。本桥梁健康监测系统的工作流程如下:传感器采集的实时压力荷载数据信息经FPGA数据采集卡处理后被上传至串口,同时被保存到MySQL数据库中。最终,将数据信息实时显示到Web客户端、Android客户端及三维桥梁模型客户端上。当采集信息异常时,该客户端还可以起到为用户和监测人员实时预警提示的功能。此外,通过搭建部署在Linux平台上的实时大数据分析系统,实现对桥梁的整体在线安全评估,以方便养护单位管理员做出下一步决策部署,提高桥梁整体安全性和防灾减灾能力。为实现高效化和智能化的桥梁健康监测和在线安全评估系统的软件设计,本论文完成的研究工作如下:(1)编写串口通信协议及串口通信程序,以实现实时通信。(2)搭建Tomcat服务器,配置运行环境;搭建软件及数据库开发平台,创建MySQL数据库中所需的数据信息表。(3)分别利用Java-EE、Android及AnyCAD技术设计开发了 Web客户端、Android客户端及三维桥梁模型客户端,以集成化客户端的方式实现实时显示与安全预警功能。(4)搭建部署基于Linux平台的实时大数据分析系统,以实现海量数据集的在线安全评估功能,为养护单位管理员的管养决策部署提供可靠的依据。

关键词： LTE   室内覆盖   MIMO   PDM  

摘要： 随着长期演进技术(Long Term Evolution,LTE)网络的广泛应用,人类70%以上的话务量以及90%以上的数据业务量发生在室内环境中。为了满足日益增长的通信需求,提高用户体验,搭建优质的LTE室内覆盖环境有着很重要的现实意义。基于此背景,本文对LTE建设模式进行了调研分析,最终采用了单缆双流双向的模式,该模式具有系统容量高、改造成本低、可维护性强的优点。为了建设单缆双流双向LTE室内覆盖系统,本课题利用多输入多输出技术(Multiple-Input Multiple-Output,MIMO),设计了一套移频系统。MIMO移频系统由近端设备和远端设备两部分组成。论文重点研究了近端、远端设备功能模块的设计开发,过程中采用实时操作系统来进行多线程控制,实现各线程模块的协同合作。为了实现近端对远端的管理和配置,采用频移键控(Frequency-Shift Keying,FSK)调制解调方式,设计了射频(Radio Frequency,RF)信号的收发模块,并对数据通信流程进行了开发和测试,结果符合预期;为了实现LTE信号的双流双向传输,借助频分复用方式设计了双向变频模块;此外,论文还进行了参数与编码的映射结构设计,实现网管监控平台对近端和远端设备参数的快速查询与设置。论文最后研究了脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,PWM)和脉冲密度调制(Pulse Density Modulation,PDM),提出了一种新型的基于单片机的PDM产生技术,即采用PWM仿真PDM来实现高精度数模转换(Digital-to-Analog,DA)。通过仿真和实验对该方法的分辨率和非线性误差进行了验证分析。研究表明,使用该方法可以获得更高的分辨率和更小的误差,对于单片机内实现数模转换具有重大价值。

关键词： 激光搜索跟踪系统   卡尔曼滤波   目标跟踪   数据滤波处理   多线程  

摘要： 随着光电对抗技术的不断发展,激光搜索跟踪雷达系统在现代战争中拥有着越来越重要的地位。激光搜索跟踪雷达系统的关键组成模块就是其控制及应用软件部分。软件模块旨在代替人工操作,对激光搜索跟踪雷达的探测数据进行处理分析,对雷达的工作过程进行全程自动控制,对目标的运动状态进行判断、预测,并调整和设定雷达的扫描策略,直观的显示敌方目标的方位、距离等信息。本论文即开展该软件的研究与编制工作。在此基础上,论文还重点研究如何提升系统的光学侦察能力、减少目标跟踪中的随机噪声、提升跟踪精度等问题。论文首先对系统中运用到的目标跟踪算法进行相关研究,提出在线性系统动态模型下采用卡尔曼滤波算法,并进行MATLAB仿真与分析;在非线性系统动态模型下通过扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波解决方案进行数据滤波处理,进行MATLAB仿真与分析。仿真结果表明卡尔曼滤波算法能够很好的进行线性系统的数据滤波处理,降低了系统中测量过程中的随机噪声引起的误差;针对非线性系统模型,扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波能够有效平滑随机噪声引起的误差,并且随着采样次数的增加,滤波效果明显,能够满足运动目标的实时跟踪。论文还在详细剖析了激光搜索跟踪系统框架的基础上,提出光学搜索的实现方案。在Windows操作系统下,使用Visual Studio 2017进行系统的智能软件终端的平台搭建,利用SQL Server 2008 R2数据库对系统用户信息进行管理,完成了软件终端的研发工作。软件终端研发过程中,在解决用户信息安全方面提出密码暗文解决方案,在上位机与单片机的通信方面提出多线程程序设计方案,并对数据滤波处理和界面扫描提出技术处理方案,为系统软件增加异常处理机制解决可能出现的系统异常和人为导致的异常,最大化保证软件终端的鲁棒性和稳定性。论文还对研发的系统软件终端各功能模块使用黑盒测试方法进行集成测试以及测试效果评估。结果表明,软件终端系统结构合理,能够正常完成系统登录退出、文件管理、系统调试以及数据处理等操作,实现了光学侦察和目标实时跟踪等功能,并且软件程序的异常处理机制和垃圾回收机制,使系统具备良好的鲁邦性,保证了软件系统良好的功能性和稳定性,满足了激光搜索跟踪系统工程应用中的实际需求。

关键词： 认知网络   以太网   网关   组网地址配置   地址映射   硬件设计   软件设计  

摘要： 随着物联网的发展,嵌入式设备朝着低功耗、小型化、智能化以及无线连接等方向发展,即无线智能终端。为了实现对智能终端的远程管理,实时获得其采集的有效信息,达到人与物之间的互联,人们发明了互联网关。因此,为了进一步实现万物互联的目标,本文对互联网关进行研究。本文的主要研究工作如下:1.本文提出了一种能够实现L2认知网络与以太网互联的网络架构,以实现数据转发、协议转换以及对远程传感器节点进行管理与控制等功能。另外,在L2认知网络中,本文提出了一种新的编址方法来表征无线节点,能够基于IP地址和组网地址实现快速寻址;然后在网关中设置了一种地址映射方案,并对该方案的具体实现过程进行了详细的说明。2.结合实际的应用需求,本文提出了L2认知网络与以太网互联网关的硬件系统总体架构。在该架构中,L2无线通信模块的作用是建立L2认知网络,并且负责接收来自L2认知网络中传感器节点采集到的数据,然后通过串口发送至DSC数字信号控制器。另外阐述了L2互联网关的设计电路,并且对其主要硬件模块中的每个模块所选用的元器件进行了详细的说明。3.硬件和软件是相互依存的,因此,为了发挥L2互联网关硬件的功能,本文对其软件部分的设计进行了介绍。主要包括嵌入式TCP/IP协议栈,L2无线通信协议的设计以及地址映射协议;此外,还对L2认知网络中传感器节点的数据传输协议进行了简要的说明。4.为了验证本文所提出网关是可行且可靠的,本文搭建了具有广泛应用场景的“智慧园区微环境数据采集”的验证平台。对实验环境进行了简单的介绍,对网关系统的可靠性和数据采集与处理能力进行了测试,并且对测试结果进行了分析。

关键词： 超声相控阵   Android   OpenGL ES   超声图像合成   软件设计  

摘要： 超声相控阵检测技术凭借其独特优势在工业无损检测领域已经取得广泛应用并发挥重要作用,如何将超声相控阵检测软件与嵌入式平台相结合,从而进一步推动仪器的小型化、智能化是行业发展面临的问题。论文研究了基于定制化Android平台的便携式超声相控阵软件的设计与实现方法,提供超声相控阵检测完整功能的解决方案,具有参考意义与应用前景。首先,论文研究了超声相控阵检测原理与聚焦算法,自主推导了相控声束偏转和聚焦分别在无楔块和包含楔块的情况下,相控阵探头晶片发射脉冲和接收回波的延时计算方法。其次,论文结合现有的硬件系统分析了软件的功能需求,制定了超声相控阵软件的整体设计方案。基于三层架构并遵循单向耦合原则,将每层架构划分为不同功能模块以及子模块,并采用适当的设计模式与Java和C++混合编程的实现方式对各模块分别进行设计。第三,论文提出了基于OpenGL ES的超声相控阵扫查视图实时渲染方案,并针对每一种超声相控阵扫查视图分别设计了图像合成算法,包括A扫描的闸门检测及抗锯齿合成算法,S扫描的坐标变换、伪彩色映射以及平移缩放算法,B扫描/C扫描的双纹理合成方法,P扫描的坐标变换及最大值图像混合算法。第四,为了实现USB打印等功能以及优化系统性能,论文对Linux内核和Android系统进行了定制与裁剪。基于定制系统阐述了软件各模块的实现方法,重点阐述了数据传输模块的多线程流水线设计与优化、用户界面与参数管理模块交互、ACG与TCG等校准方案、以及文件存储与打印检测报表的实现方案。最后,论文借助相控阵标准试块与现有硬件系统,对软件的性能和功能展开测试,测试结果表明软件的资源消耗合理、数据传输稳定,各类超声扫查视图图像合成效果良好,ACG和TCG校准对超声探伤图像的质量提升明显,楔块和阵元一致性校准结果准确,表明论文设计的超声相控阵软件性能稳定、功能完整,设计方案具有可靠性与实用性。

关键词： 目标检测   HOG特征   交通数据处理   虚拟线圈  

摘要： 近年来,人均汽车保有量的显著增长带来了交通压力大、交通事故频发、道路交通环境日趋恶劣等问题。为此,一种基于视频分析的实时车辆检测技术逐渐应用于道路交通监测中。然而,现有的交通监测系统只针对单一车道进行车辆检测,并不能满足对城市主干道路统一实时监控的需求。因此,本文提出一种高效实时的基于HOG特征的车辆检测算法,并针对主干道路进行ROI区域划分,同时设计了车辆轨迹数据处理模型,实现了一套能够实时检测车辆、计算交通流参数、判别道路事件的车辆检测系统。本文具体研究内容及成果如下:(1)本文研究复杂道路背景下的车辆检测系统,提出基于HOG特征的目标检测算法,准确率为89.12%。利用积分图计算方法,提升HOG特征计算速率。为满足高并发实时检测的需求,提出基于模式匹配的图像预处理方法,该方法能够自动确定ROI区域,剔除非道路背景图像,有效提高了检测算法的处理速度。改进的目标检测算法的准确率为92.87%,平均检测速度提升至22.62ms/帧。(2)本文对车辆检测系统中交通数据处理方法进行了分析与研究。针对多变的应用场景提出了改进的虚拟线圈法,通过线圈过滤误检轨迹点准确率提升至94.62%。同时提出基于有效轨迹的交通数据处理方法,实现了对交通量、速度、密度、车头时距、车头间距、流率、空间占用率的测算。最终依据测算的交通流参数,实现了实时的事件检测及类型判别。该方法的事件检出率达到94.17%。(3)论文基于C/S架构,搭建车辆检测系统。将本文研究的算法封装为动态链接库,供系统调用。实现了全城主干线道路实时检测车辆行驶信息、判别道路通行状况、检测事件发生、汇总交通数据和查询历史信息等功能。根据徐州公路处现场测试与运行状况证明,车辆检测系统检测精度高、整体性能强、系统运行稳定,能够满足交通管理部门的需求并得到广泛应用。通过本文提出的方法,可以准确检测复杂背景下的目标车辆,实现了交通流参数的测算和交通事件的实时判别。有效的提高了交通部门的应急反应能力和道路管理效率。

关键词： 地铁   ZYNQ   能耗监测   故障上报   图形化显示  

摘要： 为改善城市人口不断增长带来的交通压力,许多城市尤其是一、二线城市已经建成或正在建设城市地铁系统。虽然地铁是一种低碳、环保的公共交通工具,但其耗电量巨大。因此,如何减少地铁列车能耗变得尤为重要。影响地铁列车能耗的因素有很多,其中包括:列车自身状况、车辆行驶速度、列车运行环境以及驾驶者驾驶习惯等。监测列车各项能耗指标以及分析其影响因素可以完善地铁交通管理,制定合理的运营方案,从而提高系统的运行效率。目前,现有的地铁能耗监测系统已能实现列车能耗实时监测,但仍存在测量精度较低,当设备出现故障时不能及时查明故障原因,不能在列车上通过上位机查询历史数据并以图形的方式直观显示等缺陷。本文设计并实现了一种适用于城市地铁系统的能耗记录仪软件,以ZYNQ系列芯片为主控单元,驱动电压、电流传感器在不同节点采集数据,经模数转换器转换后,将输出的数字量通过以太网通信的方式传送至数据处理模块,计算得到各项功率和能耗指标,以二进制文件的格式分类存储能耗数据便于后期分析与维护。然后经过多功能车辆总线(Multifunction Vehicle Bus,MVB)将能耗数据上报给列车控制管理系统(Train Control and Management System,TCMS),实现电压、电流超限监测以及设备故障上报。同时在列车上可以连接上位机软件查询历史数据或监测实时数据,支持数据以表格的形式导出和图形化显示。最后按照现场可能出现的电压、电流范围进行300多组测试。实验结果表明:数据测量精度达到既定要求,数据处理满足实时性,系统功能符合实际应用场景和需求。同时能够很好地接入TCMS,将所有列车的能耗数据汇总到地面车辆能耗管理系统进行统一管理。目前该能耗记录仪已投入使用。

关键词： 状态监测   物联网   移动互联网   通信协议   分布式系统  

摘要： 近年来,随着我国经济的不断发展,状态监测已成为不同领域的重要需求之一。在通信和电网等领域,通信铁塔和输电线铁塔长期暴露在室外自然环境下,容易受到风雨的侵蚀破坏,轻则引起塔体的弯曲变形,重则引发铁塔倒塌,因此对铁塔的状态监测是保障铁塔安全、防止重大事故的必要手段;在农业领域,如果能够对大棚内的环境状态如空气的温度、土壤的湿度等进行监测,则可以及时发现环境的变化,从而调整大棚环境使之适应农作物的生长,提高农作物的产量和质量,具有较高的经济价值。不难看出上述监测需求均为对一些简单物理量的监测和报警,区别在于监测物理量的不同,本文把这类监测需求称为简单监测需求。然而目前针对每个场景的简单监测需求都需要独立研发一套监测系统来完成监测,存在开发维护成本高、开发应用周期长等不足。若能开发一套监测系统,可适用于多个场景的简单监测需求,那么可有效改善上述不足。因此,本文基于当前成熟的计算机技术、物联网技术和移动互联网技术,设计并实现了一套可适用于多个简单场景的状态监测系统软件,这套系统软件主要由状态监测信息采集服务端、状态监测信息管理服务端和状态监测移动App端软件组成。其中,状态监测信息采集服务端主要为多个简单监测场景提供数据采集服务,包括监测信息、报警信息的存储服务和配置参数、系统软件的更新服务;状态监测信息管理服务端主要对多个简单场景监测信息进行管理和应用,为状态监测移动App端提供客户管理、身份认证、监测信息管理、报警信息管理和监测物理量管理等服务;状态监测移动App端主要面向客户,为客户提供信息管理及认证、监测物理量管理、监测信息展示、报警信息展示和报警统计报表展示等功能。这三部分有机地结合在一起,可通过客户自主配置场景的方式灵活地实现对多个简单场景的监测目标。最后,本文对整个系统软件进行了功能测试、性能及高可用测试和集成测试。这些测试的结果表明本文设计的状态监测系统软件具备对多个场景的监测能力,可用于实际环境中解决不同场景的监测问题。

关键词： 自适应光学   波前控制器   随机并行梯度下降算法  

摘要： 光束在自由空间传输过程中会受到大气湍流的影响而产生波前畸变,这对光学系统的成像质量及性能产生了影响。自适应光学技术（AO）是解决这一问题的有效途径。相比传统AO技术,无波前传感AO系统不需要进行波前传感,通过获取目标函数,进行优化算法迭代,并控制校正器件进行相位补偿即可实现波前畸变的校正,具有结构简单,成本低等优点。然而,实际应用及实验中的AO系统用来获得目标函数的光电探测器,对光场相位进行调控的相位校正器件都有所不同。因此波前控制软件结构框架需要具有能扩展,易复用的特点。本文针对大气环境中不同应用背景下对无波前自适应光学系统中不同探测器、校正器的需求,开展了基于随机并行梯度下降（SPGD）算法的可扩展波前控制软件的开发以及实验验证工作。首先,本文基于相位屏法数值仿真了静态及动态大气湍流,并设计了基于SPGD算法的无波前自适应闭环仿真程序。通过该程序仿真分析了优化参数选取范围,较为系统地给出了不同大气湍流强度、不同风速条件下该系统的校正效果,对比分析了不同湍流条件对算法收敛的影响。设计了一套基于SPGD算法的可扩展波前控制软件并给出了扩展方法。整个波前控制程序采用面向对象的思想设计,功能实现面向接口,具有低耦合,能复用,易扩展的特点,能够随时扩展其他探测器与校正器,为后续无波前自适应系统在不同应用与实验中输入输出设备接口的扩展提供了技术支持。采用该波前控制软件控制UVC相机采集光场,控制52单元变形镜对波前畸变进行校正,设计并搭建了无波前探测自适应光学闭环实验系统。通过较为完整系统的实验给出了该实验系统的参数选取范围并提出了可变参数的方法提高了系统收敛性能;采用液晶空间光调制器模拟了静态及动态湍流,在此基础上,针对不同湍流强度及风速对系统的校正效果和收敛性能影响进行了对比分析。最后,进一步将系统置于更接近实际大气环境的热风式大气湍流模拟装置以验证系统性能。实验结果表明使用该波前控制软件可以有效控制相位校正器与光电探测器,形成无波前自适应光学闭环系统,该系统具有有效校正波前畸变,提高接收光束质量的能力。即便在实验室模拟的强湍流及风速较大等条件下,系统仍具有稳定收敛的能力。本论文工作为后续该系统在多场合下的应用提供了理论依据及参考。