2008年 第34卷 第11期
2008, 34(11): 1337-1347.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01337
摘要:
提出了基于改进的网重写系统(Improved net rewriting system, INRS)的可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing systems, RMS) Petri网监督控制器的自动重构方法, 以快速适应由市场需求变化所引起的制造系统构形的频繁变化. INRS解决了网重写系统存在的问题, 可动态调整给定Petri网模型的结构而不改变其行为属性. 以集合和图的组合形式定义了RMS的构形, 并提出了基于INRS的一类模块化、可重构的Petri网控制器的设计方法. 针对这类Petri网控制器, 提出了基于INRS的自动重构方法. 方法可将RMS构形的变化转变为INRS的图重写规则, 并作用于当前Petri网控制器, 使其快速、自动地重构为所求的新控制器. 所提出的Petri网控制器的设计与重构方法, 均从理论上保证了结果的正确性, 免校验. 仿真研究验证了方法的有效性.
提出了基于改进的网重写系统(Improved net rewriting system, INRS)的可重构制造系统(Reconfigurable manufacturing systems, RMS) Petri网监督控制器的自动重构方法, 以快速适应由市场需求变化所引起的制造系统构形的频繁变化. INRS解决了网重写系统存在的问题, 可动态调整给定Petri网模型的结构而不改变其行为属性. 以集合和图的组合形式定义了RMS的构形, 并提出了基于INRS的一类模块化、可重构的Petri网控制器的设计方法. 针对这类Petri网控制器, 提出了基于INRS的自动重构方法. 方法可将RMS构形的变化转变为INRS的图重写规则, 并作用于当前Petri网控制器, 使其快速、自动地重构为所求的新控制器. 所提出的Petri网控制器的设计与重构方法, 均从理论上保证了结果的正确性, 免校验. 仿真研究验证了方法的有效性.
2008, 34(11): 1348-1357.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01348
摘要:
提出了一种基于运动方向的异常行为检测方法. 根据不同行为的运动方向具有不同的规律性, 该方法采用块运动方向描述不同的动作, 并利用支持向量机(Support vector machine, SVM)对实时监控视频进行异常行为检测. 为了减少噪声运动的影响, 同时有效保留小幅度运动的前景目标, 在行为描述之前, 本文采用了背景边缘模型对每一视频帧进行前景帧(有目标出现的视频帧)判断. 在行为描述时, 先提取相应视频段的所有前景帧的块运动方向, 然后对这些运动方向进行归一化直方图统计得到该视频段的行为特征. 在走廊等公共场景中的实验结果表明, 该方法能够对单人以及多人的复杂行为进行有效检测, 对运动过程中目标大小的变化、光照的变化以及噪声等具有较好的鲁棒性, 而且计算复杂度小, 能够实现实时监控.
提出了一种基于运动方向的异常行为检测方法. 根据不同行为的运动方向具有不同的规律性, 该方法采用块运动方向描述不同的动作, 并利用支持向量机(Support vector machine, SVM)对实时监控视频进行异常行为检测. 为了减少噪声运动的影响, 同时有效保留小幅度运动的前景目标, 在行为描述之前, 本文采用了背景边缘模型对每一视频帧进行前景帧(有目标出现的视频帧)判断. 在行为描述时, 先提取相应视频段的所有前景帧的块运动方向, 然后对这些运动方向进行归一化直方图统计得到该视频段的行为特征. 在走廊等公共场景中的实验结果表明, 该方法能够对单人以及多人的复杂行为进行有效检测, 对运动过程中目标大小的变化、光照的变化以及噪声等具有较好的鲁棒性, 而且计算复杂度小, 能够实现实时监控.
2008, 34(11): 1358-1362.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01358
摘要:
对于便携式结构光系统, 该系统必须适合方便使用. 因此, 针对该系统的标定方法也必须采用方便且便宜的设备, 诸如具有两个或三个正交平面或者需要额外固定措施的一些设备则不宜采用. 同时针对快速三维获取的目的, 应该采用估计便携式结构光系统投影矩阵的方法. 本文针对便携式结构光系统的上述应用需求, 提出了一种基于平面的便携式结构光系统柔性标定方法. 该方法需要一个标定模板和一个参考模板. 标定模板被固定在一个平面上, 而参考模板则通过LCD投影仪被投射到该平面上. 通过交比和极几何约束, 可以获得分别对投影仪和相机的世界坐标系和图像坐标系的点对应坐标. 通过这些点对应坐标, 即可完成整个系统的标定. 实验结果表明该方法具有很高的准确性和鲁棒性．
对于便携式结构光系统, 该系统必须适合方便使用. 因此, 针对该系统的标定方法也必须采用方便且便宜的设备, 诸如具有两个或三个正交平面或者需要额外固定措施的一些设备则不宜采用. 同时针对快速三维获取的目的, 应该采用估计便携式结构光系统投影矩阵的方法. 本文针对便携式结构光系统的上述应用需求, 提出了一种基于平面的便携式结构光系统柔性标定方法. 该方法需要一个标定模板和一个参考模板. 标定模板被固定在一个平面上, 而参考模板则通过LCD投影仪被投射到该平面上. 通过交比和极几何约束, 可以获得分别对投影仪和相机的世界坐标系和图像坐标系的点对应坐标. 通过这些点对应坐标, 即可完成整个系统的标定. 实验结果表明该方法具有很高的准确性和鲁棒性．
2008, 34(11): 1363-1368.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01363
摘要:
提出了一种针对数字投影仪的光栅相位自校正方法. 在基于光栅投影的主动式视觉三维测量技术中, 投影出具有标准正弦分布的光栅条纹是其关键环节之一. 对投影仪投出的光栅条纹, 应用n步相移法通过条纹图像得到其理想的相位分布, 然后根据理想相位分布和实际相位分布的映射关系, 对投影仪的光栅模式进行自校正. 实验结果表明, 经过3～5次自校正后, 投影仪投影出的光栅条纹质量有了很大的提高, 可以得到较理想的正弦分布的投影光栅.
提出了一种针对数字投影仪的光栅相位自校正方法. 在基于光栅投影的主动式视觉三维测量技术中, 投影出具有标准正弦分布的光栅条纹是其关键环节之一. 对投影仪投出的光栅条纹, 应用n步相移法通过条纹图像得到其理想的相位分布, 然后根据理想相位分布和实际相位分布的映射关系, 对投影仪的光栅模式进行自校正. 实验结果表明, 经过3～5次自校正后, 投影仪投影出的光栅条纹质量有了很大的提高, 可以得到较理想的正弦分布的投影光栅.
2008, 34(11): 1369-1378.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01369
摘要:
面向大规模室内环境, 研究了基于全向视觉的移动机器人自定位. 提出用分层的几何－拓扑三维地图管理广域环境特征, 定义了不同层次的三维局部环境特征及全局拓扑属性, 给出了分层地图的应用方法. 构建了全向视觉传感器成像模型及其不确定性传播方法, 使得地图中的概率元素能够在系统中有效应用. 采用随机点预估搜索的方法提取环境元素对应的曲线边缘特征. 用带反馈的分层估计方法在融合中心对多观测特征产生的相应估计状态进行总体融合. 以分层逻辑架构设计实现了移动机器人交互式自定位系统. 实验分析了真实环境中不同初始位姿和观测信息情况下定位系统的收敛性和定位精度, 在考虑动态障碍物的遮挡情况下完成了机器人的在线环境感知和运动自定位任务. 实验结果表明本文方法的可靠性和实用性.
面向大规模室内环境, 研究了基于全向视觉的移动机器人自定位. 提出用分层的几何－拓扑三维地图管理广域环境特征, 定义了不同层次的三维局部环境特征及全局拓扑属性, 给出了分层地图的应用方法. 构建了全向视觉传感器成像模型及其不确定性传播方法, 使得地图中的概率元素能够在系统中有效应用. 采用随机点预估搜索的方法提取环境元素对应的曲线边缘特征. 用带反馈的分层估计方法在融合中心对多观测特征产生的相应估计状态进行总体融合. 以分层逻辑架构设计实现了移动机器人交互式自定位系统. 实验分析了真实环境中不同初始位姿和观测信息情况下定位系统的收敛性和定位精度, 在考虑动态障碍物的遮挡情况下完成了机器人的在线环境感知和运动自定位任务. 实验结果表明本文方法的可靠性和实用性.
2008, 34(11): 1379-1387.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01379
摘要:
如何设计合适的能够匹配各层面几何结构的图像稀疏表示过完备字典, 进而形成对图像的稀疏分解是当前研究者关注的热点问题. 根据图像的几何结构特性, 从人类视觉系统特性出发, 建立了匹配各层面图像结构的Gabor感知多成份字典, 进而提出一种高效的基于匹配追踪的图像稀疏分解算法. 实验结果表明: Gabor感知多成份字典具有对图像中平滑、边缘与纹理结构的自适应性, 与Anisotropic refinement-Gaussian (AR-Gauss)混合字典相比以较少的原子实现了对图像更为高效的稀疏分解.
如何设计合适的能够匹配各层面几何结构的图像稀疏表示过完备字典, 进而形成对图像的稀疏分解是当前研究者关注的热点问题. 根据图像的几何结构特性, 从人类视觉系统特性出发, 建立了匹配各层面图像结构的Gabor感知多成份字典, 进而提出一种高效的基于匹配追踪的图像稀疏分解算法. 实验结果表明: Gabor感知多成份字典具有对图像中平滑、边缘与纹理结构的自适应性, 与Anisotropic refinement-Gaussian (AR-Gauss)混合字典相比以较少的原子实现了对图像更为高效的稀疏分解.
2008, 34(11): 1388-1395.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01388
摘要:
蛋白质的关键性与它在生物网络中对应节点的拓扑特性紧密相关. 把关键蛋白质识别看作是一类特殊的模式识别, 以分子之间量化的关系——拓扑参数作为识别依据: 从相关分析出发对蛋白质网络节点的关键性与其主要拓扑参数的相互关系进行研究, 发现参数对节点关键性识别能力的大小与两者之间的相关性有关; 研究复合参数识别度与独立参数识别度、独立参数相关性之间的关系, 提出复合参数的构造方法及异步识别算法. 仿真结果证实, 获得的识别度明显高于其他识别技术.
蛋白质的关键性与它在生物网络中对应节点的拓扑特性紧密相关. 把关键蛋白质识别看作是一类特殊的模式识别, 以分子之间量化的关系——拓扑参数作为识别依据: 从相关分析出发对蛋白质网络节点的关键性与其主要拓扑参数的相互关系进行研究, 发现参数对节点关键性识别能力的大小与两者之间的相关性有关; 研究复合参数识别度与独立参数识别度、独立参数相关性之间的关系, 提出复合参数的构造方法及异步识别算法. 仿真结果证实, 获得的识别度明显高于其他识别技术.
2008, 34(11): 1396-1403.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01396
摘要:
不同于传统的基于性能为评价指标的机器学习方法, 基于互信息评价准则的学习方法显示出了独到的优越性. 但是, 如何理解互信息概念在分类问题中的具体内涵与应用特点仍然是不明确的. 本文推导了归一化互信息与包括拒识类别分类矩阵的显式表达关系. 给出了归一化互信息在极值情况下的三个相关定理, 以及在二值分类情况下误差敏感度分析方程. 为互信息与传统分类性能指标作出了初步理论方面解释. 通过给出的若干简单实例, 讨论了互信息概念及评价准则在分类问题中的基本应用特点及相关问题.
不同于传统的基于性能为评价指标的机器学习方法, 基于互信息评价准则的学习方法显示出了独到的优越性. 但是, 如何理解互信息概念在分类问题中的具体内涵与应用特点仍然是不明确的. 本文推导了归一化互信息与包括拒识类别分类矩阵的显式表达关系. 给出了归一化互信息在极值情况下的三个相关定理, 以及在二值分类情况下误差敏感度分析方程. 为互信息与传统分类性能指标作出了初步理论方面解释. 通过给出的若干简单实例, 讨论了互信息概念及评价准则在分类问题中的基本应用特点及相关问题.
2008, 34(11): 1404-1409.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01404
摘要:
短期行程时间预测对于智能交通系统来说至关重要. 本文首先回顾了交通短期预测模型研究现状并指出了它们的基本思想, 研究工作进展以及各种模型的优点和缺点. 为了克服原有的自适用指数平滑模型的缺点, 本文提出了一种改进的自适应指数平滑模型, 针对四条主干道车牌数据匹配数据, 对各种预测模型进行了正常交通状况和非正常交通状况的短期预测比较实验, 实验结果表明每一种模型都有优点和缺点, 而改进的自适应指数平滑模型的预测性能在短期行程时间预测方面表现了优于其它模型的独特特点, 并且能适用于各种交通状况．
短期行程时间预测对于智能交通系统来说至关重要. 本文首先回顾了交通短期预测模型研究现状并指出了它们的基本思想, 研究工作进展以及各种模型的优点和缺点. 为了克服原有的自适用指数平滑模型的缺点, 本文提出了一种改进的自适应指数平滑模型, 针对四条主干道车牌数据匹配数据, 对各种预测模型进行了正常交通状况和非正常交通状况的短期预测比较实验, 实验结果表明每一种模型都有优点和缺点, 而改进的自适应指数平滑模型的预测性能在短期行程时间预测方面表现了优于其它模型的独特特点, 并且能适用于各种交通状况．
2008, 34(11): 1410-1416.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01410
摘要:
描述了一种新的计算问题与支持答案句相似度的方法, 即基于依赖关系三元组匹配的方法. 该方法引入了问题中的疑问性和非疑问性部分的信息, 采用了启发式规则扩展问题的依赖关系三元组, 从而匹配变形的答案句. 同时把问题与支持答案句的相似度作为新的特征, 应用于开放领域的问题回答(Question answering, QA)任务中的答案排序. 实验结果表明, 引入新特征的答案排序方法与通常的基于密度的方法相比, 在相对精度指标上提高了8.2%, 在平均排序倒数(Mean reciprocal rank, MRR)评价上提高了8%.
描述了一种新的计算问题与支持答案句相似度的方法, 即基于依赖关系三元组匹配的方法. 该方法引入了问题中的疑问性和非疑问性部分的信息, 采用了启发式规则扩展问题的依赖关系三元组, 从而匹配变形的答案句. 同时把问题与支持答案句的相似度作为新的特征, 应用于开放领域的问题回答(Question answering, QA)任务中的答案排序. 实验结果表明, 引入新特征的答案排序方法与通常的基于密度的方法相比, 在相对精度指标上提高了8.2%, 在平均排序倒数(Mean reciprocal rank, MRR)评价上提高了8%.
2008, 34(11): 1417-1423.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01417
摘要:
致力于寻求同时具有输入输出时滞系统的H∞量测反馈控制器. 引入Krein空间及假量测的目的在于将原问题转化成最小化问题后可以使用新息重组技术. 最终, 我们得到了所期望的控制器, 并发现分离原理在某种程度上同样适用于时滞系统.
致力于寻求同时具有输入输出时滞系统的H∞量测反馈控制器. 引入Krein空间及假量测的目的在于将原问题转化成最小化问题后可以使用新息重组技术. 最终, 我们得到了所期望的控制器, 并发现分离原理在某种程度上同样适用于时滞系统.
2008, 34(11): 1424-1430.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01424
摘要:
针对一类具有不确定系统函数和方向未知的不确定增益函数的非线性系统, 提出了一种鲁棒自适应神经网络控制算法. 本算法采用RBF神经网络(Radial based function neural network, RBF NN)逼近模型不确定性, 外界干扰和建模误差采用非线性阻尼项进行补偿, 将动态面控制(Dynamic surface control, DSC)与后推方法结合, 消除了反推法的计算膨胀问题, 降低了控制器的复杂性; 尤其是采用Nussbaum函数处理系统中方向未知的不确定虚拟控制增益函数, 不仅可以避免可能存在的控制器奇异值问题, 而且还能使得整个系统的在线学习参数显著减少, 与DSC方法优点结合, 使得控制算法的计算量大为减少, 便于计算机实现. 稳定性分析证明了所得闭环系统是半全局一致最终有界(Semi-global uniformly ultimately bounded, SGUUB)的, 并且跟踪误差可以收敛到原点的一个较小邻域. 最后, 计算机仿真结果表明了本文所提出控制器的有效性.
针对一类具有不确定系统函数和方向未知的不确定增益函数的非线性系统, 提出了一种鲁棒自适应神经网络控制算法. 本算法采用RBF神经网络(Radial based function neural network, RBF NN)逼近模型不确定性, 外界干扰和建模误差采用非线性阻尼项进行补偿, 将动态面控制(Dynamic surface control, DSC)与后推方法结合, 消除了反推法的计算膨胀问题, 降低了控制器的复杂性; 尤其是采用Nussbaum函数处理系统中方向未知的不确定虚拟控制增益函数, 不仅可以避免可能存在的控制器奇异值问题, 而且还能使得整个系统的在线学习参数显著减少, 与DSC方法优点结合, 使得控制算法的计算量大为减少, 便于计算机实现. 稳定性分析证明了所得闭环系统是半全局一致最终有界(Semi-global uniformly ultimately bounded, SGUUB)的, 并且跟踪误差可以收敛到原点的一个较小邻域. 最后, 计算机仿真结果表明了本文所提出控制器的有效性.
2008, 34(11): 1431-1436.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01431
摘要:
迭代辨识与控制设计的主要问题在于保证控制设计的稳定性和闭环性能的不断改善. 针对该问题, 本文提出一种基于Vinnicombe距离的迭代辨识与控制设计方法. 每次迭代辨识使用上次设计的控制器, 通过闭环辨识得到包含真实系统的不确定模型集合, 设计镇定这个集合的控制器; 同时提出迭代辨识过程闭环性能改善条件, 以及控制器的设计方法. 仿真结果显示了该方法的有效性.
迭代辨识与控制设计的主要问题在于保证控制设计的稳定性和闭环性能的不断改善. 针对该问题, 本文提出一种基于Vinnicombe距离的迭代辨识与控制设计方法. 每次迭代辨识使用上次设计的控制器, 通过闭环辨识得到包含真实系统的不确定模型集合, 设计镇定这个集合的控制器; 同时提出迭代辨识过程闭环性能改善条件, 以及控制器的设计方法. 仿真结果显示了该方法的有效性.
2008, 34(11): 1437-1440.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01437
摘要:
为中性浮力下的自主飞艇设计了一种非线性自适应控制器. 首先定义了一组新的误差, 包括飞艇的位形误差和速度误差, 然后建立了误差的系统模型. 通过Lyapunov直接法和Matrosov稳定性定理设计了误差系统的自适应控制器, 并证明了闭环误差系统是局部一致渐近稳定的. 仿真验证了控制效果．
为中性浮力下的自主飞艇设计了一种非线性自适应控制器. 首先定义了一组新的误差, 包括飞艇的位形误差和速度误差, 然后建立了误差的系统模型. 通过Lyapunov直接法和Matrosov稳定性定理设计了误差系统的自适应控制器, 并证明了闭环误差系统是局部一致渐近稳定的. 仿真验证了控制效果．
2008, 34(11): 1441-1445.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01441
摘要:
通过定义一种对输入空间的一般模糊划分(General fuzzy partition, GFP), 研究了输入采用GFP的T-S模糊系统的性质, 以充分利用规则前件变量的结构信息. 通过构造连续分段光滑Lyapunov函数, 提出了新的T-S模糊控制系统的稳定性条件. 该条件同时考虑了各局部子系统之间的相互关系, 降低了现有稳定性条件的保守性和求解难度. 通过严格证明和数值示例, 比较了所得稳定性条件之间的保守性关系及其与以往充分条件之间的关系. 对运用并行分布补偿(Parallel distributed compensation, PDC)和线性矩阵不等式(Linear matrix inequalities, LMI)方法所设计的T-S模糊控制系统进行计算机仿真研究, 结果验证了所得稳定性条件的有效性和优越性.
通过定义一种对输入空间的一般模糊划分(General fuzzy partition, GFP), 研究了输入采用GFP的T-S模糊系统的性质, 以充分利用规则前件变量的结构信息. 通过构造连续分段光滑Lyapunov函数, 提出了新的T-S模糊控制系统的稳定性条件. 该条件同时考虑了各局部子系统之间的相互关系, 降低了现有稳定性条件的保守性和求解难度. 通过严格证明和数值示例, 比较了所得稳定性条件之间的保守性关系及其与以往充分条件之间的关系. 对运用并行分布补偿(Parallel distributed compensation, PDC)和线性矩阵不等式(Linear matrix inequalities, LMI)方法所设计的T-S模糊控制系统进行计算机仿真研究, 结果验证了所得稳定性条件的有效性和优越性.
2008, 34(11): 1445-1448.
doi: 10.3724/SP.J.1004.2008.01445
摘要:
讨论具有饱和状态反馈的离散时滞线性系统的渐近稳定性问题. 给出了在一定假设下, 判断系统全局渐近稳定和局部渐近稳定的充分条件, 并通过数值算例验证了所给出的条件是有效的.
讨论具有饱和状态反馈的离散时滞线性系统的渐近稳定性问题. 给出了在一定假设下, 判断系统全局渐近稳定和局部渐近稳定的充分条件, 并通过数值算例验证了所给出的条件是有效的.
