模式识别与智能系统研究进展.docx

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模式识别与智能系统研究进展

一.详细介绍人工情感方向内涵、相关课题及研究成果

人工情感内涵:

人工情感指用人工的方法和技术,模仿、延伸和扩展人的情感,使机器具有识别、理解和表达情感的能力。

人工智能是指用人工的方法和技术,模仿、延伸和扩展人的智能,实现机器的智能化。

从广义的角度来看,情感是一种特殊的认知,意志又是一种特殊的情感,广义的人工智能包括狭义人工智能、人工情感与人工意志三个方面。

人工情感并不是指简单地模拟人的某些情感表达方式和情感识别方式,而是为了使电脑或机器人具有像一样的内在情感,真实地具有像人一样的情感表达能力、情感识别能力、情感思维能力和情感实施能力。

人工情感相关课题:

国内开展的研究项目主要有:

1.脸部运动编码系统可应用于人脸表情的自动识别与合成;

2.MPEG-4V2视觉标准可以组合多种表情以模拟混合表情;

3.针对人的肢体运动而设计的运动和身体信息捕获设备;

4.基于生物特征的身份验证系统;

5.语调表情构造系统根据语音的时间、振幅、基频和共振峰等,寻找不同情感信号特征的构造特点和分布规律;

6.可穿戴式计算机可用于增强和补偿人的感知功能。

人工情感研究成果:

（11996年日本文部省就以国家重点基金的方式开始支持“情感信息的信息学、心理学研究”的重大研究课题,日本各大公司竞相开发、研究、生产了所谓的个人机器人（PersonalRobot产品系列。

其中,以SONY公司的AIBO机器狗（已经生产6万只,获益近10亿美元和QRIO型以及SDR-4X型情感机器人为典型代表。

日本新开发的情感机器人取名“小IF”,可从对方的声音中发现感情的微妙变化,然后通过自己表情的变化在对话时表达喜怒哀乐,还能通过对话模仿对方的性格和癖好。

（2美国MIT展开了对“情感计算”的研究,IBM公司开始实施“蓝眼计划”和开发“情感鼠标”;2008年4月美国麻省理工学院的科学家们展示了他们最新开发出的情感机器人“Nexi”,该机器人不仅能理解人的语言,还能够对不同语言做出相应的喜怒哀乐反应,还能够通过转动和睁闭眼睛、皱眉、张嘴、打手势等形式表达其丰富的情感。

这款机器人完全可以根据人面部表情的变化来做出相应的反应。

它的眼睛中装备有CCD（电荷耦合器件摄像机,这使得机器人在看到与它交流的人之后就会立即确定房间的亮度并观察与其交流者的表情变化。

（3德国MehrdadJaladi-Soli等人在2001年提出了基于EMBASSI系统的多模型购物助手。

EMBASSI是由德国教育及研究部（BMBF资助并由20多个大学和公司共同参与的,以考虑消费者心理和环境需求为研究目标的网络型电子商务系统。

英国科学家已研发出名为“灵犀机器人”（HeartRobot的新型机器人,这是一种弹性塑胶玩偶,其左侧可以看到一个红色的“心”,而它的心脏跳动频率可以变化,通过程式设计的方式,让机器人可对声音、碰触与附近的移动产生反应。

二.分析介绍民用航空领域模式识别与智能系统的应用研究内容和成果

（1研究内容:

卫星遥感图像中机场的识别方法研究

利用卫星或飞机等所摄取的图像来获取地面目标,一直是空间技术获取有关地面信息的重要手段。

随着计算机性能的提高和图像处理技术的发展,利用计算机来检测识别遥感图像中的目标已经成为研究的热点。

机场识别作为模式识别领域的问题之一,在民航领域有着重要的应用前景。

使用模糊学增强方法对遥感图像进行预处理,利用阈值分割方法进行图像分割,然后利用像素标记法提取出最大连通区域,最后通过ROI的算法,实现对机场区域

的定位。

研究成果:

由于机场目标的复杂性,使机场识别成为一个非常复杂的问题。

到目前为止,机场识别技术基本上是处在实验室阶段。

随着图像处理、模式识别、计算机视觉以及神经网络等学科的进一步发展,通过人们坚持不懈的努力探索,机场识别技术必将会得到很大的发展。

（2研究内容:

飞机图像导航数据库系统的设计与开发

飞机导航就是将飞机从起始点引导到目的地的技术或方法。

应用较多的飞机导航系统有惯性导航系统、多普勒导航系统、卫星全球定位系统（GPS系统、图像导航系统等。

最近几年,随着计算机图像处理能力和技术的提高,硬件设备的快速升级,信号处理技术和控制技术的发展,图像导航技术得到了迅速的发展。

图像导航技术是利用传感器获取航行装置下方景物的图像,并且将获取到的图像进行识别或者与已有的地形图进行匹配,从而确定航行装置的准确位置,用作导航系统自动避障,或将处理后的有用信息显示出来以提醒操纵人员。

如图1所示为图像导航流程图。

图1图像导航流程图

图像导航方法分为景物导航、特征标志匹配导航、地形图匹配导航等。

景物导航就是利用自然存在的或人造特定的景物判断系统目前所处的位置。

特征标志匹配导航是一种利用特征标志来判断系统是否已经飞入特定区域或接近特定位置的导航方法。

地形图匹配导航是利用现场拍摄到的地面图像与预先存储的地形图的特征进行比对、判断,确定系统当前的位置和航向等信息。

研究成果:

根据图像导航原理,很多科研机构已经设计并实现了飞机图像导航数据库系统。

系统将导航所需的信息和若干地区的地面图预先存放在数据库中的特定位置。

用户只需在系统的可视化界面中进行少量的操作,该系统就能够在飞机航行的过程中实时地显示拍摄到地面图像,并将该图像与数据库中的相关图像进行特征匹配,从而获取并提供给用户飞机当时的位置、航速快慢及航向误差等导航信息。

由于图像导航方法不依靠外界信号,因此该系统使用起来更加安全可靠。

对于适用于图像导航的区域,该系统将会提供精确的导航参数和信息,对于图像导航失效的区域或时间,可以利用其他辅助的导航方法,使飞机不至于失航或发生意外。

该系统能够为飞机的航行提供有价值的导航信息。

此外,该系统的实时性较强且易于操作。

因此,具有较高的应用价值。

（3研究内容:

遥感图像三维可视化在机场建设中的应用研究

随着遥感技术、摄影测量技术及其相关技术的飞速发展,使得我们快速获取地表信息并重建三维地表模型成为现实。

目前可以通过航空摄影、航天摄影、近景摄影等多种手段获取高分辨率数字影像信息,充分利用数字摄影测量的测绘成果,准确、直观、生动地对实地模型进行再现。

而遥感图像三维可视化恰好能满足这一要求。

许多领域、许多行业都需要三维地形平台。

采用遥感信息的光谱特征和信息分类提取技术,获取所需要的工程地质信息,结合GIS的空间分析将三维影像直接应用于工程方案的设计中,直观地进行工程选址、工程量

计算;再利用虚拟现实技术,进行三维模拟飞行,预览路线实地景观,实现室内选址并渗入到机场工程勘测设计的各个环节进行仿真设计,将大大减少工程地质灾害、提高设计的合理性和准确性。

帮助设计人员优化方案,在工程规划、勘察、设计、施工中可广泛应用。

研究成果:

通过遥感图像处理得到了高精度三维可视化遥感正射影像图,可以作为各种专题信息的载体,如将各种解译的线性构造、岩体、地层界限、物化探数据等形象地显示在三维可视化遥感正射影像图上。

遥感三维可视化影像,给分析勘察人员以感性直观认识,同时可利用现成遥感图像处理和GIS分析软件,结合影像中地理要素和文字符号标注进行地形测量与地物查询、计算和分析。

另一方面模拟飞行动态观测,增加了分析勘察人员的临场感,将其置于所虚拟的环境之中。

（4研究内容:

机场停机位分配问题研究

机场停机位分配是指在考虑机型大小、停机位大小、航班时刻等因素的情况下,在一定时限范围内,由机场生产指挥中心为到港或离港航班指定适宜的登机口,保证航班正点不延误,为旅客上下飞机提供登机门（故国外也叫机门指派,为航班分配停机位包括航班占用停机位时间和占用具体停机位两项内容。

这既与航空器种类、到港和离港密集程度有关,又与机场设备设施和机位分配方法有关。

合理编制停机位分配计划是机场生产指挥中心完成作业任务的核心工作之一。

建立停机位分配模型并设计相应的算法是实现计算机辅助调度编制停机位分配计划的重要内容。

针对停机位分配问题,国外学者提出了不同的分析工具,G.D.Gosling等从专家系统的观点对此问题进行了探讨;O.Babic,D.TeodorovicandA.Bolat等应用数学规划,以旅客在航站楼里步行距离最短为目标函数,利用0—1整数规划探讨分配的可行性。

研究成果:

中国民航飞行学院航空运输管理学院,文军等人通过分析机场停机位分配的特点,根据航空器占用停机位时区集合的特性,提出停机位分配的图论模型,将机场停机位分配问题转化为图的k—顶点着色问题。

然后将遗传算法应用于该问题,给出了机场停机位分配问题的实用算法,为利用计算机进行停机位自动分配并优化停机位结果提供了一种可行手段。

（5研究内容:

智能视频监控系统在机场的应用

面对上述各种安防子系统,各系统间还相对独立,缺乏一个整体的管理平台。

另外,各系统主要以被动式的监控手段,也很难做到提前预防,实时监控,及时处理的现代化立体安防概念。

而智能视频监控系统的出现,让图像识别侦测事件成为可能。

系统能够识别不同的物体,同时会识别目标行为是否符合这些规则以及发现监控画面中的异常情况,并能够以最快和最佳的方式发出警报和提供有用信息,从而能够更加有效的协助安全人员处理危机,并最大限度的降低误报和漏报现象。

研究成果即场景应用:

1、周界监控

机场周界长达几十公里,周围环境复杂,穿越田野,河流,山地,公路,完全用围墙或围栏隔开不现实,花费也过大。

而使用摄像机进行视频监控室比较合适的方式,但机场周界过长,摄像机数量庞大,仅靠人眼判断无法做到疏而不漏。

因此,智能视频分析系统是取代人力,提高效率的有效方法。

采用智能视频分析仪,将设备直接与模拟视频连接,在客户端视频画面进行设置。

在机场周界附件画出虚拟周界,系统支持设置不规则边界。

边界可超出实际周界,用于对可疑目标的预报警。

当有不明物体接近周界时,系统即触发警报提醒保安人员迅速作出判断处理。

2、机场行李房监控

机场行李房内传输带在地下蜿蜒几公里长,每天传输大量旅客行李进行检查,运输。

但在传输途中,由于传输带并非直线平行运输,在转弯上下运输中难免会跌落遗漏。

为防止意外发

生,导致旅客出行延误,又降低人力成本,不必安排专职人员人工判断。

因此,采用智能视频分析仪,对传输带易跌落段进行监测,一旦有包裹,行李滑落,系统立即触发报警,相关人员进行确认并处理。

3、停机坪监控:

客机在停航时期或其他非运营时期,停于专业停机坪内,为防止可疑人员接近,盗窃设备,破坏,或偷航行为,对停机坪周围进行物体移动监控。

当进入停机坪客机周围的移动物体进行监控与警报,监控人员可通过灯光、语言进行阻止和警告。

由于近几年国内外机场已经发生多次有人潜入机场,钻入飞机货舱或起落架舱,最后影响航班的正常时刻或造成人员伤亡事件。

因此,保障飞机安全也是直接对乘客安全的有力保障。

（6研究内容:

基于无线电定位网络的机场场面监控、防撞与调度系统

以VS.NET为开发工具,利用地理信息系统（GIS二次开发工具MapObjects

组件技术对系统的数据库设计和具体实现进行了研究。

以国内某机场为例,在C#环境下设计了机场场面监控系统,为机场现场运行指挥提供了可视化、便捷化的信息管理平台,以减少机场停机坪安全事故的发生。

研究成果:

1.屏幕