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1.2计算机识别技术的应用分析。在实际的应用中,计算机识别技术的主要应用领域有如下:首先,计算机的人脸识别技术;人脸识别技术在安全防护领域应用的非常广泛,为了进行安全防护,可以通过人脸识别分析软件通过摄像头对人脸信息进行采集,然后再进行信息存储。当再次进行信息验证的时候,就可以通过原有的存储信息进行类比。与之相似的还有计算机的指纹识别技术,两者是相同的道理。其次,计算机的探测识别技术;如果说人脸识别技术以及指纹识别技术是一种备份式的技术,那么探测技术就属于实时性的识别技术。该类识别技术的实效性非常强,而且需要在一定程度上对探测设备以及通信方式进行非常严格的把控,否则就会在使用的过程中出现问题。最后,空间设计类的计算机识别技术;空间设计一般可以归纳为CAD制图或者是三维仿真设计等等。而计算机识别技术是此项设计中的最为初始的也是最为重要的一个阶段,通过计算机的识别技术,将设计元素进行分析与设计,从而将空间设计的仿真效果进行仿真呈现。在实际应用中,多应用在工业建筑和空间设计等领域。
2煤矿内部的设计要求与分析
煤矿生产以及煤矿再加工,煤矿行业是能源工业中非常重要的组成部分。与其他工业和能源产业相对比,其安全生产更为重要。在实际的煤矿生产过程中,对于煤矿的内部设计具体如下:
2.1煤矿内部设计的安全要求。虽然随着技术的发展和机械化的模式,煤矿生产已经在很大程度上有了巨大的发展。但是,煤矿生产还必须采用人工施工和开采的模式。因此,人员生产就会涉及安全问题。在煤矿进行开采和生产之前,就需要对煤矿的空间进行规划和设计。必要的安全通道以及安全防护措施和建筑都必须齐全,才能保证在发生意外的时候,能够将人员伤害降低到最低限度。此外,为了能够实现安全生产,煤矿的开采途径以及内部的建筑设施,允许的开采力度和机械设备的规模等,都需要进行详细的分析,才能够保证煤矿生产的具体要求。
2.2煤矿内部设计的生产效率要求。在煤矿生产的过程中,对于效率的要求非常高。高效生产是目前诸多工业和能源产业的主要要求,也是煤矿生产企业的必要要求。煤矿生产过程中,对于其内部的设计而言,需要满足几点要求:第一,煤矿的生产空间要合理。应该是先保证煤矿生产的安全性,在此基础上进行效率的提高。当然,煤矿的生产效率和煤矿的矿井空间和建筑的设计有着很大的关系。良好的空间设计可以在很大程度上减少在开采过程中的资源消耗,合理的空间设计就能够在很大程度上提高其生产的效率。第二,煤矿内的设计要科学。其中体现在开采路径和设备的开采程度分析等,此外在进行煤矿生产的过程中,需要将开采空间和运输空间进行合理分配,才能够在一定程度上提高煤矿生产的效率。
3计算机识别技术在煤矿内部设计的应用
通过对计算机识别技术和煤矿的内部设计进行详细分析,可以明确为了能够加强煤矿生产的安全性以及生产效率,需要进行一定的前期设计分析。计算机识别技术就可以在很大程度上提高其分析的效果。一般情况下,通过计算机识别技术,可以通过探测设备对煤矿的内部空间进行数据收集。此外,可以通过对地质和地形的合理分析,将煤矿内部的空间进行各项数据的分析。将所有的信息数据进行计算机分析,通过3DMAX或者是CAD等设计软件,进行对煤矿空间的仿真设计。实际煤矿生产中,都需要对煤矿的空间以及生产模式进行详尽的分析,以此来保证在生产的过程中实现安全与效率的双重保证。例如,煤矿的开采方向和运输渠道的设计。因为在实际的生产过程中,经常要考虑到传输设备的安置位置。开采渠道的设计能够保证开采的方向正确性,运输的位置设计则可以将运输履带以及运输的设备角度等进行详细的分析,从而保证在运输的过程中,提高运输的效率,保证运输的安全。总之,在煤矿生产的过程中,需要对煤矿的内部进行规划和分析。而计算机识别技术可以通过计算机通信的方式,将煤矿内部的信息进行收录,从而进行计算机智能分析,通过仿真空间设计软件,对煤矿的内部进行仿真设计。不仅仅能够提高煤矿生产工程的效率,更能够提高其生产的安全。
射频识别技术是无线通信IC和天线所构成的组件的通称。它的成品有着各式各样的形状和大小,不过其基本的卡片型、硬币型及有印刷天线的纸张等,不过其基本的功能却是一样的,只要配搭专用的读写器(READER/WRITER),就可以从外部读取或写入信息。
但这种仅能提供单一功能的RFID,却扮演了实现ubiquitoous(网路无所不在)社会的牵线者,正牵起一股狂大的旋风。服饰业、食品业、物流业等许多业界已开始认真思考以此项技术代替传统的条形码系统。在欧美各国,包括了美国的WalMart、英国的特易购Tesco、德国的Metro等大型的连锁式零售企业,都以提升公司内部物流系统的效率为目标,相继宣布未来将在2005-2006年间,正式采用RFID系统。
由此可见,无线射频识别技术已经在全球的零售业界掀起了一股旋风,而与其休戚与共的现代物流业,当然也不可避免地卷入了这一旋涡。
现代智能化物流管理
现代的物流,是以物流企业为主体、以第三方物流配送服务为主要形式、由物流和信息流相结合的、涉及供应链全过程的现代物流系统。在信息化时代里面,随着网络技术、电子商务、交通运输和管理的现代化,现代物流配送也将在运输网络合理化和销售网络系统化的基础上,实现整个物流系统管理的电子化及信息化,配送各环节作业的自动化和智能化,从而进入以网络技术和电子商务为代表的物流配送的新时期。
此外,现代物流表现为企业生产与运输一体化的供应链管理与服务。其中货物运输所需的成本、时间及货物在途的状态控制是整个供应链管理过程中的重要环节。而将射频识别技术RFID与现代的物流管理相结合,将会极大地提升物流管理各个环节的智能化水平和服务水平,其势必成为21世纪现代物流发展的不可逆转的趋势。
射频识别技术的技术优势分析
传统的自动识别技术的主要功能是提供关于个人、动物、货物和商品的区别于他物的相关信息。在当今的服务领域、在商品销售与后勤分配领域、以及在商业部门、在生产企业和材料流通等领域自动识别技术己得到了快速的普及和应用。
条形码技术,曾在识别系统领域引起了一场革命并得到了广泛的应用。但是现在这种技术在许多场合已经不能满足人们的需要了。条形码虽然很便宜,但它的存储能力小、不能改写等的缺点均限制了它在自动识别领域的应用。
在这样特殊的历史背景底下,在我们对大存储量信息载体和无线信息交换方式的需求下面,RFID技术应运而生。而要把自动识别技术与现代的物流管理相结合,在技术的实际应用当中提高物流管理的效率和效益,RFID技术较之以传统的识别技术,具有其自身独特的技术优势(见表1):
射频识别技术的应用优势分析
无论是传统的管理方式,还是现代更强调智能化的管理方式,物流管理的最终目标都是要通过向商品流通过程当中不同的对象提品或服务以换取利润。因此,商品从生产、储存、运输到流通,这一完整的物流管理的流程里面,RFID智能射频识别技术的应用,能帮助我们在其中不同的范围或领域内改进业务
的效率和效益,这具体表现在以下几个方面:
零售领域
无论是一包糖果,还是一台冰箱或者电视机,在外包装上加印规范的条形码,已经是绝大多数企业生产过程中一个常规的步骤。在商品流通企业,例如大型超市,店员通过扫描条形码来结账和统计库存也是司空见惯的一个场景。
然而,这一场景可能很快要成为历史,产品包装上的条形码可能将要消失,而由加贴或者隐藏在包装内的智能识别标签(RFID)取而代之。RFID的应用,将使企业的产品和商品信息统计在无形中自动完成,大大提高运营效率。
物流运输领域
在商品出货运输的过程中,RFID系统可以指导和跟踪货物运输到分类的地点,通过实时收集的货物信息,调度和分配运输工具的有效工作时间。此外,它还能帮助我们完成诸如:集装箱检视、集装箱分舱、内装货物的核对和确认,以及发货单打印等工作。
在该领域内RFID的广泛应用,能够使得货物运输过程中人为参与因素大量地减少,籍此获取更准确的货物信息,实现货物有效的在途控制。同时,进一步降低物流成本,提高生产效率。对管理者而言,就是可以随时地监控全局,更好地调整资源和劳动力的配置。
商品库存领域
智能化的库存管理,能够帮助我们精确地监控产品的流动情况,实现库存状况的实时控制,从而提高生产透明度和生产效率。
RFID技术的运用,能使我们通过无线射频信息的收集而直接完成商品的入库工作。货物的实时位置和运动信息,都直接由RFID系统进行实时跟踪,仓库工作人员只需借助RFID的收发天线和读写器的帮助,即可把货物的信息记录入库。同时,RFID系统还可以根据货物标签中所记录的有关数量和体积等的信息,指示出最合适的仓储位置,以达到仓储空间的最优化利用。而在货物清点的过程当中,也可以通过自动跟踪RFID标签,极大地提高清点工作的透明度和效率。
射频识别技术是利用射频方式进行非接触双向通信,以达到识别目的并交换数据。它与同期或早期的接触式识别技术不同。RFID系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别,因此它可在更广泛的场合中应用。
典型的射频识别系统包括射频卡和读写器两部分。
射频卡是将几个主要模块集成到一块芯片中,完成与读写器的通信。芯片上有EEPROM用来储存识别码或其它数据。EEPROM容量从几比特到几万比特。芯片仅需连接天线(和电池),可以作为人员的身份识别卡或货物的标识卡。卡封装可以有不同形式,比如常见的信用卡及小圆片的形式等。与条码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别技术相比,射频卡具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。
在多数RFID系统中,读写器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频率和天线尺寸)。卡片内有一个LC串联谐振电路,其频率与读写器发射的频率相同。当射频卡经过这个区域时,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷。在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到2V时,此电容可作为电源为其它电路提供工作电压,将卡内数据发射出去或接取读写器的数据。读写器接收到卡的数据后,解码并进行错误校验来决定数据的有效性,然后,通过RS232、RS422、RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。简单的RFID产品就是一种非接触的IC卡,而复杂的RFID产品能和外部传感器接口连接来测量、记录不同的参数,甚至可与GPS系统连接来跟踪物体。
工作原理如图1所示。
2射频识别技术的分类
射频识别技术主要按以下四种方式分类。
(1)工作频率
根据工作频率的不同可分为低频和高频系统。①低频系统一般指其工作频率小于30MHz的系统。其基本特点是:射频卡的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短(无源情况,典型阅读距离为10cm)、射频卡外形多样(卡状、环状、钮扣状、笔状)、阅读天线方向性不强等。低频系统多用于短距离、低成本的应用中,如多数的门禁控制、动物监管、货物跟踪。②高频系统一般指其工作频率大于400MHz的系统。高频系统的基本特点是射频卡及读写器成本均较高、卡内保存的数据量较大、阅读距离较远(可达几m~十几m)、适应物体高速运动性能好、外形一般为卡状、阅读天线及射频卡天线均有较强的方向性。高频系统多应用于需要较长的读写距离和高的读写速度的场合,像火车监控、高速公路收费等系统。
(2)射频卡
根据射频卡的不同可分成可读写(RW)卡、一次写入多次读出(WORM)卡和只读(RO)卡三种。RW卡一般比WORM卡和RO卡贵得多,如电话卡、信用卡等。一般情况下改写数据所花费的时间远大于读取数据所花费的时间(常规为改写所花费的时间为s级,阅读花费的时间为ms级)。WORM卡是用户可以一次性写入的卡,写入后数据不能改变,且比RW卡要便宜。RO卡存有一个唯一的号码,不能逐改,保证了安全性。RO卡最便宜。
(3)射频卡的有源与无源
射频卡可分为有源及无源两种。有源射频卡使用卡内电池的能量、识别距离较长,可达十几m,但是它的寿命有限(3~10年),且价格较高;无源射频卡不含电池,利用读写器发射的电磁波提供能量,重量轻、体积小、寿命长、很便宜,但它的发射距离受限制,一般是几十cm,且需要读写器的发射功率大。
(4)调制方式
根据调制方式的不同还可分为主动式和被动式。①主动式的射频卡用自身的射频能量主动地发送数据给读写器。②被动式的射频卡,使用调制散射方式发射数据。它必须利用读写器的载波调制自己的信号,适宜在门禁或交通的应用中使用。因为读写器可以确保只激活一定范围之内的射频卡。
目前使用的多数系统中,一次只能读写一个射频卡。射频卡之间要保持一定距离,确保一次只能有一个卡在读写区域内。读写距离长,射频卡之间的距离就要大,应用起来很不方便。现在的射频卡具有防碰撞的功能,这对于RFID来说十分重要。所谓碰撞是指多个射频卡进入识别区域时信号互相干扰的情况。具有防碰撞性能的系统可以同时识别进入识别距离的所有射频卡,它的并行工作方式大大提高了系统的效率。
3国际射频识别技术发展状况
射频识别技术在国外发展得很快。RFID产品种类很多,像德州仪器、Motoro1a、Philips、Microchip等世界著名厂家都生产RFID产品。他们的产品各有特点,自成系列。射频识别技术被广泛应用于工业自动化、商业自动化、交通运输控制管理等众多领域。如澳大利亚将它的RFID产品用于澳机场旅客行李管理中并发挥了出色的作用;瑞士国家铁路局在瑞士的全部旅客列车上安装RFID自动识别系统,调度员可以实时掌握火车运行情况,不仅利于管理,还大大减小了发生事故的可能性;德国BMW公司将射频识别系统应用在汽车生产流水线的生产过程控制中等。
据有关权威数据显示,射频识别产品在全世界的销量以每年25.3%的比例增长。由此可见,射频识别技术具有广阔的市场前景。
4射频识别技术在我国的发展
我国政府在1993年制定的金卡工程实施计划,是一个旨在加速推动我国国民经济信息化进程的重大国家级工程,由此各种自动识别技术的发展及应用十分迅猛。现在,射频识别技术作为一种新兴的自动识别技术,也将在中国很快地普及。
目前,我国的射频识别技术在下列几种应用中发展前景较好。当然,这里仅仅罗列了射频识别技术应用的一部分。任何一种技术如果得到普及,都将会孕育一个庞大的市场。射频识别将是未来一个新的经济增长点。
4.1安全防护领域
(1)门禁保安
将来的门禁保安系统均可应用射频卡。一卡可以多用。比如,可以作工作证、出入证、停车卡、饭店住宿卡甚至旅游护照等,目的都是识别人员身份、安全管理、收费等等。好处是简化出入手续、提高工作效率、安全保护。只要人员佩戴了封装成ID卡大小的射频卡、进出入口有一台读写器,人员出入时自动识别身份,非法闯入会有报警。安全级别要求高的地方、还可以结合其它的识别方式,将指纹、掌纹或颜面特征存入射频卡。
公司还可以用射频卡保护和跟踪财产。将射频卡贴在物品上面,如计算机、传真机、文件、复印机或其它实验室用品上。该射频卡使得公司可以自动跟踪管理这些有价值的财产,可以跟踪一个物品从某一建筑离开,或是用报警的方式限制物品离开某地。结合GPS系统利用射频卡,还可以对货柜车、货舱等进行有效跟踪。
(2)汽车防盗
这是RFID较新的应用。目前已经开发出了足够小的、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡。它需要在汽车上装有读写器,当钥匙插入到点火器中时,读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到射频卡发送来的特定信号,汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法,汽车的中央计算机也就能容易防止短路点火。
另一种汽车防盗系统是,司机自己带有一射频卡,其发射范围是在司机座椅45~55cm以内,读写器安装在座椅的背部。当读写器读取到有效的ID号时,系统发出三声鸣叫,然后汽车引擎才能启动。该防盗系统还有另一强大功能:倘若司机离开汽车并且车门敞开引擎也没有关闭,这时读写器就需要读取另一有效ID号;假如司机将该射频卡带离汽车,这样读写器不能读到有效ID号,引擎就会自动关闭,同时触发报警装置。
(3)电子物品监视系统
电子物品监视系统(ElectronicArticleSurveillance,EAS)的目的是防止商品被盗。整个系统包括贴在物体上的一个内存容量仅为1比特(即开或关)的射频卡,和商店出口处的读写器。射频卡在安装时被激活。在激活状态下,射频卡接近扫描器时会被探测到,同时会报警。如果货物被购买,由销售人员用专用工具拆除射频卡(典型的是在服装店里),或者用磁场来使射频卡失效,或者直接破坏射频卡本身的电特性。EAS系统已被广泛使用。据估计每年消耗60亿套。
4.2商品生产销售领域
(1)生产线自动化
用RFID技术在生产流水线上实现自动控制、监视,提高生产率,改进生产方式,节约了成本。举个例子以说明在生产线上应用RFID技术的情况。
用于汽车装配流水线。德国宝马汽车公司在装配流水线上应用射频卡,以尽可能大量地生产用户定制的汽车。宝马汽车的生产是基于用户提出的要求式样而生产的。用户可以从上万种内部和外部选项中,选定自己所需车的颜色、引擎型号和轮胎式样等。这样一来,汽车装配流水线上就得装配上百种式样的宝马汽车,如果没有一个高度组织的、复杂的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。宝马公司在其装配流水线上配有RFID系统,使用可重复使用的射频卡。该射频卡上带有汽车所需的所有详细的要求,在每个工作点处都有读写器,这样可以保证汽车在各个流水线位置,能毫不出错地完成装配任务。
(2)仓储管理
将RFID系统用于智能仓库货物管理,能有效地解决与货物流动有关的信息管理,不但增加了处理货物的速度,还可监视货物的一切信息。射频卡贴在货物所通过的仓库大门边上,读写器和天线都放在叉车上,每个货物都贴有条码,所有条码信息都被存储在仓库的中央计算机里,与该货物有关的信息都能在计算机里查到。当货物出库时,由另一读写器识别并告知中央计算它被放在哪个拖车上。这样,管理中心可以实时地了解到已经生产了多少产品和发送了多少产品。
(3)产品防伪
伪造问题在世界各地都是令人头疼的问题,将射频识别技术应用在防伪领域有它自身的技术优势。防伪技术本身要求成本低,且难于伪造。射频卡的成本就相对便宜,而芯片的制造需要有昂贵的芯片工厂,使伪造者望而却步。射频卡本身有内存,可以储存、修改与产品有关的数据,利于销售商使用;体积十分小、便于产品封装。像电脑、激光打印机、电视等产品上都可使用。
(4)RFID卡收费
国外的各种交易大多利用各种卡来完成,而我国普遍采用现金交易。现金交易不方便也不安全,还容易出现税收的漏洞。目前的收费卡多用磁卡、IC卡,而射频卡也开始占据市场。原因是在一些恶劣的环境中,磁卡、IC卡容易损坏,而射频卡则不易磨损,也不怕静电及其它情况;同时,射频卡用起来方便、快捷,甚至不用打开包,在读写器前摇晃一下,就完成收费。另外,还可同时识别几张卡.并行收费,如公共汽车上的电子月票。我国大城市的公共汽车异常拥挤、环境条件差,射频卡的使用有助于改善这种情况。
4.3管理与数据统计领域
(1)畜牧管理
该领域的发展起步于赛马的识别,是用小玻璃封装的射频卡植于动物皮下。射频卡大约10mm长,内有一个线圈,约1000圈的细线绕在铁氧体上,读写距离是十几cm。从赛马识别发展到了标识牲畜。牲畜的识别提供了现代化管理牧场的方法。
(2)运动计时
在马拉松比赛中,由于人员太多,有时第一个出发的人同最后一个出发的人能相隔40分钟。如果没有一个精确的计时装置,就会出现差错。射频卡应用于马拉松比赛中,运动员在自己的鞋带上很方便地系上射频卡,在比赛的起跑线和终点线处放置带有微型天线的小垫片。当运动员越过此垫片时,计时系统便会接收运动员所带的射频卡发出的ID号,并记录当时的时间。这样,每个运动员都会有自己的起始时间和结束时间,不会出现不公平竞争的可能性了。在比赛路线中,如果每隔5km就设置这样一个垫片,还可以很方便地记录运动员在每个阶段所用的时间。
RFID还可应用于汽车大奖赛上的精确计时。在跑道下面按照一定的距离间隔埋入一系列的天线,这些天线与读写器相连,而射频卡安装到赛车前方。当赛车每越过一个天线时,赛车的ID号和时间就被记录下来,并存储到中央计算机内。这样到比赛结束时,每个参赛选手将会有一个准确的结果。
4.4交通运输领域
(1)高速公路自动收费及交通管理
高速公路自动收费系统是射频识别技术最成功的应用之一。目前,中国的高速公路发展非常快,而高速公路收费却存在一些问题:一是在收费站口,许多车辆要停车排队,成为交通瓶颈问题;二是少数不法的收费员贪污路费,使国家损失了相当的财政收入。RFID技术应用在高速公路自动收费上,能够充分体现它非接触识别的优势——让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费,同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向;人工收费,包括IC卡的停车收费方式,终将会被淘汰。预计在未来10年内,高速公路自动收费系统将有数十亿元的需求。
在城市交通方面,解决交通日趋拥挤问题不能只依赖于修路。加强交通的指挥、控制、疏导,提高道路的利用率,深挖现有交通潜能也是非常重要的;而基于RFID技术的交通管理系统可实现自动查处违章车辆,记录违章情况。另外,公共汽车站实时跟踪指示公共汽车到站时间及自动显示乘客信息,会给乘客带来很大的方便。
(2)火车和货运集装箱的识别
在火车运营中,使用RFID系统很大的优势在于:火车是按既定路线运行的,因此肯定要通过设定的读写器的地点。通过读到的数据,能够得到火车的身份、监控火车的完整性,以防止遗漏在铁轨上的车厢发生撞车事故,同时能在车站将车厢重新编组。起初的努力是用超音波和雷达测距系统读出车厢侧的条码,现在被RFID系统取代。射频卡一般安在车厢顶边,读写器安在铁路沿线,就可得到火车的实时信息及车厢内装的物品信息。
目前,射频自动识别系统的安装遍布全国14个铁路局。2001年3月1日,铁道部正式联网启用车次车号自动识别系统,为自备车企业、合资铁路和地方铁路实现信息化智能运输管理提供了重要良机。
5结论
室外空间是别墅区别于普通住宅的最大优势,因此也是别墅规划设计中的重要部分。由于别墅市场的多样化,各种容积率的别墅规划设计使得别墅具有丰富多样的室外空间模式。室外空间作为别墅的一个不可分割的部分,提供给人们的别墅感觉可能更重要。别墅室内的空间是两层、三层,跟城里面的复式住宅没有什么区别,而别墅建筑之外的环境,却能使自己真正置身于私家花园,享受到清新自然的优美景色。如何使别墅的室外空间更好地满足不同人群的需要,更好地和室内空间配合,是设计师需要周详考虑的问题。
早期的包括现在的一些别墅规划设计更注重单体本身,户型本身,讲究它的豪华气派,室外空间质量往往容易被人们忽视,以为在庭院中有养花弄草、挖池叠石的余地就足够了。实际上这只解决了庭院有无的问题,还没达到庭院私密性的营造和使用功能细化的层面,更不用说上升到艺术性的高度了。在室外空间的设计中,更需强调其在水平方向和垂直方向上的延伸和渗透,既要照顾阳台、露台、庭院之间的关系,也要考虑庭院空间区域的使用功能和空间效果。再就是室内外空间的融合。同时,相邻别墅的室外空间之间互相影响,即便是私有庭院,也要与小区景观空间体系相协调。
而作为一个完整的别墅来讲,它的室内生活空间跟室外空间应该是统一的,密不可分的。可能室外空间看起来是足够的,但是要把别墅当做生活空间考虑,而不是作为财富炫耀载体来看,它的室外生活空间相当重要,这样对它的设计,包括它的私密性,有效利用空间大小等方面的考虑更具有实际意义。
1不同的使用人群对空间要求不同
别墅作为高端住宅的统称,从最高端至最低端之间,应该有一个过渡产品。这些产品针对不同的客户群体,决定别墅市场多样化,而且更多的划分出不同层次。不同的人群有迥异的生活方式和观念。生活方式对户型的影响,在普通公寓和别墅产品中效果完全不同。普通公寓住宅是求大同、存小异。而别墅由于室内外空间的充足和灵活,则是求大异、存小同。人们选择别墅,也就是选择了一种新的生活方式。同样,开发设计别墅,也就是设计一个适应于新生活方式的容器。
别墅规划之初,应该详细研究其可能的客户群的特征,了解其生活习惯、文化观念、价值取向乃至精神追求等人文因素,还有使用特征、消费特征等诸多方面。如,在北京市高端别墅市场需求调研分析中,在针对度假物业使用时间的调查中发现,有83%的受访人群每月使用一次以上,其中,每周使用一次的受访者达到28%。周末前往度假型物业居住,已经成为他们郊外休闲娱乐的重要选择。在针对度假物业使用人群的调查中发现,有92%的受访人群喜欢10人以下一起度假。这些度假的人群同时喜欢用小范围内的聚会来和大家分享闲暇时光,因此更注重室内公共空间。而对于把别墅作为第二居所的人群来说,他们购买别墅是为了享有更高品质的生活,因此比度假型人群更注重私有的庭院和周边的自然环境,注重回归自然的精神境界。必要而详尽的调查有助于把握整体的空间设计。
2别墅室外空间的私密性
以往很多别墅室外空间是规划后剩下的空间,本身私密性和功能没有考虑周到,只是有了庭院的面积,可以养花种草,但是这样的空间经常无法保证业主在使用的时候可以避免干扰。在别墅规划阶段开始,就应该对室外空间作出统一考虑,如何保证庭院的私密性,又要保证在庭院之中对外面的良好的视线。
很多人仍怀念四合院的特点,实际上四合院的特点就在于它提供了一个特别具有私密感的室外生活空间,它的以家庭院落为中心,街坊邻里为干线,社区地域为平面的社会网络系统,符合中国人特有的传统文化观念,这一点是四合院特有的,也是中国的特点。住在四合院,人与人之间能产生一种凝聚力与和谐气氛,同时有一种安全稳定感和归属亲切感。
独立住宅的最不利间距在六米左右,既不利于侧窗的开设也不利于侧院的使用,遗憾的是,目前独立住宅大多数项目恰恰如此。宅间距离要么远些、要么近些。调整卧室的位置与良好的社区规划布局,能有效改进独立住宅的私密性。从设计上分析,独立住宅的间距应在六米的基础上,适当扩大,利用树木绿篱等元素提高私密性;亦可把间距适当缩小,使相邻住宅开窗的错位更明显,也可提高私密性。独立住宅设置宽敞的屋顶露台,是目前开发商增加卖点的重要手段,但过多地设计不合理的露台和阳台使独立住宅产生视线干扰。独立住宅应强调“地平线的生活”,即生活空间向地面层集中,过多的露台阳台的设置与这种精神并不吻合。设计应该尽量保证地面层室内外生活空间的私密性,不要一味效仿西方建筑,更应关注独立住宅的精华空间——地面层。3别墅室外的邻里空间
3.1邻里空间
居住空间不仅仅是城市地域空间内某种功能建筑的空间组合,还是人们生活、居住活动所整合而成的社会——空间系统。居住空间从其本质上而言是一种社会空间,城市居住社区是一个由家庭、邻里等基本单位整合而成的社会、空间统一体,其中家庭是最基本的组织单元,若干具有密切交往和稳定交往与互动的家庭就形成邻里,若干个邻里的有机整合就形成了复杂的社会、空间系统,即居住社区。邻里住户间的关系变化很大,有些地区邻里住户间只是点头、打一下招呼而已;有些地区关系很近,经常有交谈、互相帮助;有些妇女还经常在一起议论、交换信息,有时某家出了事,邻居们也会去安慰照顾。一般在出现危机的情况下邻里住户间为保卫共同利益,互相间的关系达到。Keller于1968年在《城市邻里》一书中提到邻里活动的内容:在危险情况下能互相帮助,交换信息,尤其是与大家的共同利益有关的话题。邻里住户间接触的频率城里比乡下低得多,城里的邻居住户可能在家中、在街上、在社区设施中,如学校、商店相遇。而别墅相对于普通住宅,其邻里关系更弱,可能社区别墅作为人的居住空间同样需要邻里空间,但是和一般居住区的邻里空间有所不同,需要更注意到各住户之间的私密性。既要积极创造适合邻里交往的空间,又要绝对保证住户不受干扰。
3.2如何通过设计营造别墅中的邻里空间
别墅的邻里空间在设计中常被忽视,比起邻里关系,设计者们往往更注重私密性。但随着时代的发展,购买别墅的客户群已经在意识形态和观念上有了很大的变化,已经从过去简单的追求到了现在非常高的要求,他们都与朋友、与邻居共同交流,共同分享他们成功的喜悦。因此买一栋别墅不仅仅是买一栋房屋,更重要的是买到一群与自己经历相似,志趣相投的朋友作邻居,在一个温暖的、亲情的邻居氛围进行交往。这是别墅市场最近的发展趋势,所以应该有全新的组织空间形式满足他们的要求。应该在设计中有意识地采取不同的邻里空间模式,特别注重小群体的营造。
要制造邻里关系就应有灵活的规划布局,平行的邻里关系就不会太近,比如一大排房子,出门就是大路,人们在不碰到对方的时候,邻里关系就自然不亲切,就比较独立。而独立的房子围合起一个共用空间后,情况就改观了,只要处理好视角和透视关系,就会感觉邻里更亲近。
营造邻里氛围首先就应该有人们愿意置身其中的室外环境,只有停留才有可能发生交往,才有可能产生邻里关系。邻里空间讲究的是场所感,即人对场所的认同度。空间设计应以人的参与便利性为主,如中心庭院的碎石步道、木栈道、浅溪河石、廊架木椅等,设计多种参与景观的渠道。此外,便捷舒适的社区俱乐部也是营造邻里关系的一种好方式,在俱乐部中讨论的问题可以非常广泛和实际,这也是营造和睦社区的软环境,他们甚至可以经常讨论一些有关公共利益的东西,从而产生对社区的归属感和责任感。当然,这里也需要把握合适的程度。
4室内外空间的过渡
在所有的建筑类型中,别墅是室内空间与室外空间融合得最好的,因为有最多的机会创造丰富多变的室内外过渡空间,同时由于空间的复杂,别墅室内外过渡空间也是最难于处理的一种类型。
由于很多别墅规划设计中的脱节,规划、建筑、景观分别由不同的设计师来完成,就形成了一些盲点、一些空白。比如在建筑和室外相交接的地方,那些露台、平台、阳台、建筑入口处、门斗、雨罩等位置的细节设计,经常是既不属于建筑师的工作,又不属于园林师的工作。因而缺乏深入的设计处理。而这些位置对于业主的生活体验又构成非常重要的一环。在环境行为学的研究中表明,人愿意在半公共、半私密的空间逗留,这样他可以既有对公共空间的参与感,又能看到外面人群或自然中的各种活动,如在阳台向远处眺望、在窗内向窗外看等。好的过渡空间设计能够极大地提高空间的可利用性与灵活性。过渡空间越充分,越有余地,居家的私密性就越强,也越少外界干扰,同时也越有助于体现业主的身份地位和尊严,当然也就越能体现其居住价值。
中图分类号:TP391.44 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2013) 24-0000-01
一、RFID标签天线
RFID是无线射频识别技术,也叫做电子标签。RFID标签天线是一种通信的感应天线,能够利用射频识别技术自动识别特定的对象[1]。电子标签目前已经被广泛应用在现代人们生活的方方面面。本论文通过对远程宠物管理系统这一项目的介绍,来简要分析对适用于多种环境的RFID标签天线的研究。
二、环境对RFID标签天线的影响
在应用的过程中,都要将RFID标签放到需要识别的物体上。在设计和使用的过程中,一定要考虑实际情况,因为读写器与标签之间还可能隔着包装等。
同时我们还应该意识到,天线的性能也会受到环境等因素的影响。天线周围有水和金属时,这种影响会十分明显。本论文设计的RFID标签天线是一个远程宠物管理系统,经实际验证,这个RFID标签天线能够适用于多种环境。
三、远程宠物管理系统总体描述
(一)主要组成部分
本论文所设计的远程宠物管理系统,采用了最新的双频识别技术,实现了对宠物的远程管理,系统主要由远程宠物电子身份证、远程宠物电子身份识别器、手持PDA读写器和中心服务器四个部分组成。四个部分的具体介绍如下:(1)远程宠物电子身份证:采用2.4~2.5GHz与13.56MHz波段,可存储大量信息,低功耗、低辐射,对宠物健康无负面影响。(2)远程宠物电子身份识别器:识别距离可在50米范围内调节,可穿透障碍物识别宠物电子身份证;(3)手持PDA读写器:基于PDA直接对宠物电子身份证进行识别,手持PDA读写器与PDA之间可通过蓝牙、串口、CF口相连;(4)中心服务器:手持PDA读写器与中心服务器通过蓝牙、无线局域网或GPRS相连。
远程宠物管理系统的产品式样主要分为两种:手持PDA识别器和远程电子身份证。
(二)主要功能
本论文的远程宠物管理系统的主要功能有:(1)宠物电子身份证的远距离识别和读写;(2)宠物定位和搜索;(3)信息公告和;(4)丢失宠物查找。
(三)主要性能指标
(1)宠物识别距离不低于50米;(2)宠物移动速度不大于80公里/小时时,对宠物识别没有影响;(3)同时识别的最大宠物数量,不小于300只;(4)电子身份证发射功率小于-3db;(5)识别器的识别速度,不低于300个/秒;(6)宠物电子身份证的功耗小于0.3mW,普通纽扣电池的使用寿命大于2年。
四、远程宠物管理系统技术原理
宠物电子身份证使用了128个频道、2.4G到2.5GHzISM的微波段,频道带宽13.56MHz以及8MHz的双频识别技术,每张宠物电子身份证的ID号全球唯一,并可存储主人、地址、电话、出生日期、防疫信息、图片等大量信息。同时宠物电子身份证可远程加密读写。
远程宠物身份识别器可远距离穿透障碍物搜寻、定位宠物,当宠物防疫过期或为失踪宠物,远程身份识别器可发出报警音和振动提醒,并锁定宠物。
手持PDA读写器可和PDA通过蓝牙、串口、CF口相联,实时读取宠物信息,并发送到PDA上显示,手持PDA读写器可通过蓝牙、无线局域网、GPRS和中心数据库联接,获取最新的宠物信息。中心服务器为数据库服务系统,可以对宠物的相应信息进行查询。
五、项目创新内容
(一)应用创新
目前,对宠物的身份识别主要通过传统犬牌、二维条码、植入式芯片这三种方式。
传统犬牌容易伪造,通过人眼近距离识别,已基本上被淘汰;二维条码较难伪造,但识别距离只有几个厘米,识别时必须抓住宠物,识别效率低;植入式芯片是目前最新出现的宠物识别技术,植入式芯片无法伪造,识别距离可达到几十厘米。但植入式芯片也存在以下两个缺陷:(1)识别距离短,无法在户外识别屋内的宠物;(2)植入方式对宠物存在一定健康影响,许多宠物主人无法接受。
采用双频识别技术的远程宠物管理系统,有很多优势:(1)无法伪造;(2)可远距离穿透障碍物识别,识别距离可在50米范围内调节,可户外对屋内宠物进行身份识别;(3)可授权读写,可根据宠物的状况对识别体进行读写,存储最新的宠物信息;(4)对宠物健康无负面影响;(5)识别速度快,每秒可识别300只宠物,无需抓住、靠近宠物;(6)产品已通过浙江省计量科学研究院检测,相关技术指标满足全部要求。
(二)结构创新
电子犬牌结构小,可悬挂于宠物上,质量轻,对宠物无负面影响,具有卡通、精灵、宠物等多种造型。
六、项目技术开发可行性
(一)项目技术发展现状
本项目涉及的核心技术包括:2.4G~2.5GHz射频识别技术,13.56MHz射频识别技术。下面对目前这些相关技术的研究、开况做如下的简要介绍。(1)2.4G~2.5GHz射频识别技术。2.4G~2.5GHzISM频段是使用最多的短距离无线通信频段,基于该频段的短距离无线通信技术已经比较成熟[2],具有公认的标准和产品,如ZigBee、Wi-Fi、蓝牙、无线USB、无线局域网等。(2)13.56MHz射频识别技术。基于13.56MHz射频识别技术的无线标准有NFC,ISO15693等。主要产品有Philips公司的RC500芯片,Melexis公司的MLX12115等。
七、结束语
本论文简要介绍了远程宠物管理系统,从中我们可以看出RFID标签天线能够适用于多种环境。RFID标签天线技术有着非常广阔的发展前景。
传统的标签防碰撞算法可分为ALOHA算法[2-3]和树形算法[4-5]2类。ALOHA算法是1种完全随机接入的多址接入协议算法,比如:PALOHA算法(随机推迟算法)、时隙ALOHA算法(SA算法)、帧时隙ALOHA算法(FSA算法)、动态帧时隙ALOHA算法(DFSA算法)和分组ALOHA算法等。该类算法在标签试图发送数据时,并不考虑信道当前的忙闲状态,一旦产生数据,就立刻决定将其发送至信道,这种发送控制策略有严重的盲目性。随着用户数量或发送信息量的增加,这种完全随机接入的算法将使信道重叠现象加剧,碰撞概率增大,传输性能下降。
近几年,有学者提出了采用CDMA技术进行防碰撞的方法,其性能有明显改善。文献[6]提出在标签识别过程中,使用码分多址技术,实现一个时隙可以同时传输多个标签。文献[7]提出了一种基于码分多址思想的时隙ALOHA算法,来解决射频识别中的防碰撞问题,此算法的系统稳定范围要大于时隙ALOHA系统,并且当选用的扩频码组阶数为N时,此算法的最大吞吐量可达原时隙ALOHA的N倍。上述2个文献所提到的算法,当标签数量很多时,数据碰撞的概率明显增加,使系统的吞吐量急剧下降,影响了系统的整体性能。基于以上原因,本论文提出了1种改进的基于CDMA技术的防碰撞算法,能够适应大量标签的识别应用,减少了识别碰撞的发生,使系统吞吐量得到明显改善。
1基于CDMA技术的新型防碰撞算法
n×1-1Nn-1(2)由于传统的基于ALOHA的防碰撞算法中一个时隙最多只能正确识别一个标签的信息,所以当标签数目过大时,系统的吞吐率,即正确识别标签数目所占的百分比将会大幅度的降低,所以对于过量的标签,本算法将会采取对所有标签进行分组识别,当标签需要分成2组时(系统识别帧最大时隙数N为256):nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 (3)用上述公式可知n=354,所以当标签数量大于354时,系统将会对标签分组识别。
本文提出的新型算法如下:依据分组帧时隙ALOHA算法,通过此算法的分组规则,完成识别的所有标签的分组。分组帧时隙ALOHA算法的分组规则如下:当标签数量≤354时,无论帧长选择8个时隙还是256个时隙,标签都不分组,按照一个大组来进行识别;当标签数量>354时,帧长选择256个时隙比较适合读写器的识别;当标签数量在355707时,标签分为2组;当标签数量在708~1 416时,标签分成4组更适合信息的传输识别。当标签数量更多时,按照这个规律分成合适的组数再进行识别,详细过程如图1所示。标签分组工作完成后,在每个分组中分别采用码分多址技术,利用其技术的保密性、抗干扰性和多址通信能力,对标签中的数据进行扩频处理并传输。然后读写器端利用码组的自相关特性对不同标签所发的数据进行解调,从而达到防碰撞的目的,进而完成对全部标签的识别,也实现了同一时隙可以传输多个信息的情况。本论文中提到的新型防碰撞算法需要预先在待识别的标签中植入扩频性良好的正交码组,以防止接收端没有办法正确解扩接收,本文选用Walsh序列。该算法可以有效减少图1算法执行过程示意图标签识别过程中的碰撞次数,从而减少了识别时间并且降低了功耗。本论文将分组帧时隙ALOHA算法和码分多址技术相结合,实现在每个分组内可以有多个标签同时进行扩频传输,并且在接收端采用并行接收技术进行多个标签的同时接收。本发明在识别标签过程中,每个组内均为一个独立的识别过程,在分组帧长不改变的前提下,提高了标签数量庞大时的系统性能。有效地减小标签之间的碰撞概率,缩短读写器操作时间,提高吞吐率, 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。
2仿真结果
本论文提出了采用码分多址技术的新型防碰撞算法,并仿真了固定时隙数下ALOHA算法的系统吞吐率和本文所提出的算法改进后的系统吞吐量。
RFID系统中时隙ALOHA算法的帧长取值从16个时隙到256个时隙变化,根据公式2,系统吞吐率如图2所示。其中,系统仿真设定的信息帧长F即时隙数设定按2的幂次方递增,即F取值从16个时隙变化到256个时隙,横坐标为标签数N从1变化到500,纵坐标为吞吐率。当帧长设定为256个时隙,标签数量少于256个时,系统吞吐量随着标签数量的增加而增加,直到标签数量达到256时系统的吞吐量达到最大值。随着标签数量的逐渐增多,系统的吞吐量又呈现下降趋势。从图2可以得出2点结论:一、当标签个数接近信息帧长时,系统的吞吐率比较高;二、随着帧长取值的增加,系统对标签的识别性能有明显改善。
本论文提出的基于码分多址技术的新型防碰撞算法选用Walsh序列码,其在对标签的ID号进行扩频处理后,即可实现在同一时刻有2个以上的标签同时进入读写器的识别区域,它们同时发送各自的ID号后,读写器在接收到这些在空间叠加后的信号时也能完整地分离出不同标签的ID号,突破了时隙ALOHA算法在同一时刻不能有2个以上标签到达的限制。此时,系统的吞吐量为(Walsh序列的阶数为r)esucc=∑t=2rt=1N×P(N,n,t)(4)固定时隙数的ALOHA算法的系统吞吐量仿真图和其与基于码分多址技术的新型防碰撞算法的比较仿真结果如图3所示。仿真条件为标签的到达情况符合泊松过程。仿真图3给出了RFID系统的读写器阅读100个标签的识别结果,其中新型算法选用的是Walsh序列,其阶数r取值从2变化到3,固定时隙数的ALOHA算法的信息帧长F取值从32变化到64,横坐标为标签数N从1变化到100,纵坐标为吞吐量。从仿真结果看,在同样的到达率的条件下,阶数越大,算法的吞吐量越高,系统的识别性能有明显改善。并且随着到达率的增加,新型 算法的吞吐量也随着增加,当标签到达量与阶数相等时,系统吞吐量达到最大,但到达量大于阶数时,吞吐量随着到达率的增加而呈下降趋势。这是由于当在同一时隙内到达的标签数量增加到一定程度后,基于Walsh序列阶数r的有限性,选用相同的Walsh序列作为扩频码的标签数量将会增加,此时必然导致碰撞的增加。当选用的Walsh序列阶数为3时,基于码分多址技术的新型防碰撞算法的系统吞吐量可高达3.2,远高于时隙ALOHA的0.368。而且随着Walsh序列阶数的提高,吞吐量的最大值还可以提高,但这会以增加读写器和标签的硬件复杂度为代价,在实际使用中必须根据需求在吞吐量和Walsh序列阶数中作出折中选择。
3结束语
本论文在标签的到达情况符合泊松过程的情况下,利用码分多址技术的多址通信能力,结合分组帧时隙ALOHA算法的优势,创新地提出了一种RFID系统中基于码分多址技术的新型防碰撞算法。理论和仿真实验表明:同已有的标签防碰撞算法相比,本论文提出的新型算法提高了标签数量庞大时的系统性能,能有效地减小标签之间的碰撞概率,缩短读写器操作时间,提高吞吐率, 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。
“早在本科毕业设计时我就已经开始接触了雷达目标识别,这个方向是我的导师保铮教授替我安排的,后来通过一段时间的研究,我逐渐了解到雷达目标识别是一个很小众的科研方向,研究起砗苣眩很长一段时间内,在保老师的团队中没有老师专门去负责。”杜兰说。
已至耄年的保铮教授是我国雷达研究领域的学术权威,1991年他当选为中国科学院学部委员(院士)。
据了解,雷达目标识技术在上世纪80年代就被美国列为国防关键技术之一,这意味着它是关乎一个国家防御能力的重要技术范畴。同时涉及雷达目标识研究的问题,也一直都是学科中难啃的硬骨头。
因为雷达目标识别是一个交叉方向,除了传统的雷达系统、信号处理之外,还涉及机器学习和模式识别,要通过回波特性分析目标属性。而对于虚假或伪装目标的识别,人们要确定一个基准的门线,以区别判断真实目标与虚假或伪装目标。
“硕博学习期间,我集中研究了高分辨雷达回波特性分析和统计建模。保老师一直很强调物理概念,所以,我们的研究在结合雷达回波特性方面是很有特色的,也发表了多篇高水平的国际论文。”杜兰说。
据悉,杜兰的博士学位论文曾获得全国百篇优秀博士论文奖。但获得博士学位仅仅是迈入研究难题领域的第一步,在接下来的研究中,还特别需要具备最新的机器学习和模式识别方面的知识。
“出于这个原因,2007年9月,我前往美国杜克大学进行博士后访问学习。我所在的Lawrence Carin教授研究小组在有关统计机器学习方面在国际上很有名气,我在该小组做的是基础的贝叶斯统计机器学习研究。”杜兰介绍说。
在杜克大学,学校有一项“Safe Ride”的福利,就是学校为了保障学生安全,晚上可以免费送住在附近的学生、博士后回公寓。那时候杜兰经常工作到凌晨一二点,甚至三四点,独自一人叫SafeRide。时间长了,一个白头发、白胡子的司机认识了她,经常在回家的路上和她聊天,问关于中国、关于科研工作的问题,还说到做科研工作非常辛苦的事。回想起这段小插曲,杜兰印象很深刻。
国外学习交流进修回国后,历经十多年攻关,杜兰带领研究团队在高分辨雷达回波特性分析的基础上,独创性地提出了高分辨回波统计识别框架,对应了一系列由简单到复杂的基于统计建模的识别方法。
这种方法相对于传统识别方法,更适合于雷达目标高分辨回波的特性,在应对噪声、干扰和在线建库方面都更具优势。
此外,为了使雷达目标识别技术满足实际应用的需求,杜兰也是最早将贝叶斯统计学习方法应用于雷达目标识别的学者,重点解决了小样本学习和噪声稳健两个关键性的工程应用问题。相关成果不仅在雷达目标识别方面受到关注,在贝叶斯方法理论研究、图像处理、生物信号分析、智能交通管理等其他应用方面的论文中也多次被引用参考。
“雷达目标识别不仅仅是理论问题,同时也涉及系统工程问题。”在谈到团队项目获奖情况时杜兰介绍说。
“我们在国内首次将目标分类方法应用到了型号雷达系统中,实现了雷达目标识别理论方法的具体应用......”
“一个技术理论方法的实用化是一个不断试验、不断改进的长期过程,可能需要很长时间很多人的努力才能实现。在理论研究时,可能环境的设置都比较理想,但是在工程应用中,实际的系统环境、有限的系统资源和时间分配都与实验室环境不同,利用有限的资源来实现目标识别的功能需要不断地去改进和调试,这才是在应用中最大的困难。这个获奖的项目如果从初期的理论算法研究开始算起,前前后后一共经历了大概有15年的时间。”杜兰说。
杜兰所在的科研团队完成的雷达目标分类技术项目获得了2015年国家技术发明二等奖,为提升我国现有装备的信息获取能力做出了突出的贡献。
据了解,当时因项目需要,杜兰和研究生在一年内需多次去外省某地处理数据,最长的时候要待近1个月。为了保证学校的教学工作,她只能多次往返西安和外场地,行程最紧的时候一周要往返两趟。
学高为师,传承西电学风
“谈不上成就,只能说取得了一些进展,这要十分感谢保铮老师的指导和引领。保老师教会我最基本的科研方法,首先是物理概念,其次才是数学算法,还有归纳总结的能力以及做科研的严谨和仔细。”谈到目前已经取得的成果,杜兰十分谦虚地说。
杜兰认为,对物理慨念的理解很重要!“博士学习期间,保老师通过实际案例的教导使我明白:数学算法固然重要,但更重要的是物理概念,只有牢牢把握住要解决的物理问题,才能用对、用好数学算法。这也是我们团队一直在延续坚守的一种研究理念。”
谈到培养研究生的体会,杜兰表示:“首先要严于律己,以我为表率,高标准,严要求,不断提升自己;其次是对科研能力和严谨科研作风的培养。”“延续着保铮老师对我的教导,我十分重视引导学生从物理层面把握新方法、新概念,不用一味地陷入算法和数学推导。”
杜兰也重视对学生论文的修改,将保铮院士当年一字一个标点修改自己论文的做法用到了她自己的学生身上,帮助学生形成标准、规范的写作习惯。据悉,她的团队一直有着坚持读文章、定期做工作汇报和讨论组会的传统,以此培养学生的归纳总结能力,加强学生之间的交流。
“在报考研究生选择导师时,看到杜老师的介绍,对于如此年轻的老师取得如此大的成就感到很震撼,也因此报考了杜老师的研究生。然而上了研究生之后感到更加震撼,因为感觉不管我们多早来实验室,杜老师都已经坐在实验室开始工作了。”来自学校电子工程学院的研二学生刘彬说。
“我非常重视专家在评审和答辩时提出的意见和问题,不仅在当时会思考回答,事后我也会反复琢磨,我认为这些专家是在帮助我把握自己的科研方向。而相比于称号和奖项,这才是最大的收获。”杜兰说。
“我感觉科研工作贵在坚持,学习和研究雷达目标识别问题很难!一些同学、朋友和学生也问过我,女生做科研工作是不是太苦了?对我而言,雷达目标识别这个研究方向很重要,而我们现在还有很多问题没有解决,做得还不够好。所以,因为喜欢这个学科,对于难题我不会放弃,我有信心攻克它并能做得最好!不觉得有多苦。”杜兰坚定地说。
本文针对在不同专业、不同年级的《射频识别技术》课程的实际教学情况,提出了在教学内容和学生评价考核方式的探讨,从而激发学生的学习兴趣和提升学生的学习效果。
1 丰富的教学内容
射频识别这门技术本身涉及的专业学科知识就很丰富,例如:模拟电子技术、数字电子技术、信号与系统、通信原理、数据传输、密码学等[2],实际教学时需要结合其他学科知识进行串讲,这样不仅能够增加多个学科间的关联性让学生学习兴趣提高,对于学生进行专业系统学习也有一定的帮助。
《射频识别技术》课程使用的教材[1]内容丰富,具体内容包括:RFID概述、系统组件阅读器和射频标签的原理、无线通信原理、标签识别和超高频识别协议标准、系统设计的影响因素、研究进展与应用情况等。课程采取的是“2+2”的形式,即两节理论课加两节实验课的形式。由于专业课程涉及内容丰富,无论是理论课还是实验课都需要对教学内容进行合理的安排,对于学科间联系紧密的内容应该适当串联引深,让学生了解各个学科专业间的关系。
1.1 理论教学内容
理论课程往往比较枯燥无趣,教学时如果引入一些学生学习过的其他专业课程的内容,不仅能够提高学生的学习兴趣,也能提升学生专业学习的总体效果。例如:在教材RFID概述和研究进展部分有提到物联网和传感网的内容,而物联网和传感器都是学生有学习过的专业课程,在教学这部分内容时就可以把物联网、传感器、射频识别等相关技术进行结合串讲,分析它们各自的原理、差异,列举一些实际的应用案例,让学生更好地理解学习的专业课程并不是孤立的,而是具有很强的关联性的,从而加强教学效果。
1.2 实验教学内容
实验教学是为了能够让学生更好地掌握理论知识、具备一定的实践能力,实验教学内容是依托于理论教学内容的。因此,《射频识别技术》课程实验教学内容是根据理论教学内容来合理安排的。理论教学内容丰富,实验教学内容也应该相对多样。本课程实验内容主要分三大部分:
1)RFID基础实验
RFID基础实验主要是RFID技术所使用的125KHz、13.56MHz、900MHz等三大典型频段的标签数据读取和写入实验。实验内容相对简单,主要是让学生认识到RFID技术在实际生活中应用是非常广泛的,并没有想象中那么高大上,从而引起学生的学习兴趣。
2)无线通信相关实验
无线通信的实验内容包括三维电磁仿真软件(HFSS)对天线的设计与仿真、SmartRF软件对射频芯片参数的设置、MATLAB软件对信号调制的仿真等。这部分实验内容是根据理论教学内容添加的。标签组件原理和无线通信原理两部分都有提到天线,特别是天线的性能与无线数据的传输有一定的联系。引入天线设计与仿真和射频芯片参数的设置实验是为了让学生更好地了解天线的极化、增益、谐振频率、发射功率等因素对于无线数据收发的影响。信号的调制仿真则算是学科间的交叉引申,让学生回顾其他专业课程内容。无线通信的实验涉及的软件较多,但并不是都学习过,教学时需要对各种软件的使用进行详细说明。多软件的学习使用也拓展了学生对于专业辅助工具的使用能力。
3)RFID系统综合实验
综合实验需要学生完成RFID小系统的组建,实现射频识别的功能。实验内容、步骤相对复杂,能够呈现出学生学习本课程后的学习效果。
2 多样的考核方式
《射频识别技术》课程开设的专业和年级不一,根据不同的专业和年级课程的考核方式也不尽相同。物联网工程专业主要采取闭卷考试的方法,其他专业则使用课程论文的方式。
1) 闭卷考试
《射频识别技术》是物联网工程专业在大三上期开设的核心课程,为了能够让本专业学生对该专业课程有更加深入的学习效果,采取理论期末闭卷考试方式。试卷题型应多样并分值合理。可适当加入开放性试题,比如:“列举生活中的射频识别技术的应用案例”。综合、全面地考核学生课程学习情况。
2)课程论文
中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1007-9599 (2010) 09-0000-02
Code Similarity Detection in the Determination of Plagiarism
Wang Minghao
(Putian College,Putian351100,China)
Abstract:The present paper detection system,only the text part for the judge,can not determine the thesis contained in the original code.Thesis of science and engineering students,usually contains a large number of the code.Silent due to the current system code as the original,and ultimately affect the whole paper copy of the proportion for the judge,so that accuracy of the greatly reduced.This article attempts to explore the existing detection system,add a test for the determination of the module code,improve science and engineering students to determine the accuracy of the thesis plagiarism.
Keywords:Paper;Plagiarism;Detection;Code;Determine
根据09年年底,汤森路透集团的报告《全球科研报告:中国》(Global Research Report:China)中称,近年来,中国的科研论文数量呈爆炸性发展,仅次美国,高居世界第二[1]。而与之形成鲜明相比的是,中国论文的被引用率低,质量不高和原创性内容不多。这一矛盾产生的主要原因在于高校论文互相抄袭的现象。随着网络技术的日益普及,这股学术不端之风更深深的影响了在校学生。学术浮夸和论文抄袭现象大量的出现在应届学生的毕业论文之中。现有的学术不端检测系统主要是针对文字的检测,对纯理论的论文的抄袭判定比较准确。但是与文科学生不同,理工科学生的毕业论文中常会引用一定数量的代码,这些代码的独创性不被判断。致使部分理工科毕业生在毕业论文中大量引用代码,以减少文字部分引用率的百分比。为了解决这个问题,亟需在现有的学生不端检测系统中建立针对理工科学生的程序代码相似性检测模块。
一、研究背景
程序代码相似性的检测最早是源于对重复代码的检测和对代码的优化。对于程序代码相似度的度量研究,国外起步的比较早,相关的研究也比较多。早在二十世纪七十年代,国外就有学者开始研究检测代码相似性的理论,和基于理论构建的检测系统。目前常用的代码检测技术有两类:一是最早于1976,由Purdue大学的K.J.Ottenstein提出的基于属性计数法(Attribute Counting)[2];二是1996年,由Verco KL和Wise MJ提出的基于结构度量法(Structure Metrics)[3]。
二、代码检测在毕业论文中的应用
(一)相似代码的判定
代码抄袭定义为:一个程序在经过了若干常规性的修改得到的程序[4]。修改的方法主要归为十类,见表1。学生在毕业论文中的代码的抄袭主要体现在前8种。
基于这些常规的修改方式,以C语言代码的判定为例,常用的检测思路之一是,将代码视为一系列Token(标记)的集合,由词法分析程序将源代码转换为Token流。记录两份代码为x和y,两者经过分解的Token流集合分别为X和Y,抄袭的判定条件满足表2。
(二)系统的构建
1.设计思路。
对于学生毕业论文中代码抄袭的具体判定包括以下三个方面:识别,检测和确认。
(1)识别阶段:根据代码中的关键词进行比对,确定代码使用的何种程序语言。
(2)检测阶段:根据识别的结果,选定特定程序语言的代码数据库,进行检测,判定代码的相似度。
(3)确认阶段:根据检测阶段对相似度的判定,输出结果。
与现有的纯代码复制相似性检测,以及纯文字相似检测系统不同,针对理工科学生毕业论文的代码检测的系统必须实现以下功能:
(1)代码和文字的分离。将代码从论文中分离,对不同的代码段落编号,各段单独存储。将分离代码后的论文的文字部分,形成单个文本,统一存储。
(2)针对文字和代码建立不同的检测数据库。
(3)根据不同的代码类型,必须建立有特征识别功能,能针对不同语言分别检测的分析系统和相关数据库。
2.系统构架。
根据系统的需求,系统主要功能模块在论文中代码分离基础上,包括两大部分:针对代码检测的模块和针对文字检测的模块。具体见图1
分离模块主要实现代码和文字的分离,根据代码和文字的不同特征,将其分离为代码部分和文字部分,并将分离后的文字和代码进行存储。后台数据库包括存储数据库和代码特征数据库两个部分。其中存储数据库用来存储预处理之后的文字和代码;代码特征数据库用于存储不同程序语言的特征,以C语言为例,代码特征数据库中需要存储的内容包括有代表性的操作符和关键字。代码特征数据库的主要作用包括两个方面。第一,用于判定一段字母构成的文字是否为程序代码,以及该程序段由何种语言写成。第二,在代码检测时,用于划分代码的结构构成。代码数据库存储用于比对相似性的大量原始代码信息。针对中文论文的检测,分离模块以段落为单位,判定三种情况:纯中文,纯字母和中文字母夹杂。纯中文可以直接判定为论文的文字部分。纯字母的可以比照代码特征数据库,判定是否为代码。如果是代码,以代码的形式单独存储,否则,以文字的形式统一存储。中文字母夹杂的段落,可在去除了中文后,按照纯字母的情况进行处理。
代码检测模块包括代码预处理、代码相似度检测和代码相似度判定三个功能。预处理用于去除代码中的冗余信息。根据表1中的定义,针对其中的2,3,9项,预处理模块消除了源代码中的注释,空格,换行和对程序输出效果无效的代码。同时,预处理模块还消除了常见代码段,如预处理命令和标准输入输出语句等。预处理之后的代码作为输入,由相应的算法进行检测,并得出相似度评判结果。
文字检测模块将分离的文字由相应算法进行检测,得出相似度判定结果。
输出模块根据代码检测判定和文字检测判定,输出最终检测结果:标记所引用或抄袭的部分的出处,以及所站论文总字数的百分比,最后给出综合的判定。
三、总结和展望
对代码独创性的判定是一项细化而复杂的任务。要真正形成完善的系统,还要大量工作要做,如对于代码判定的一系列数据库的建立,和更完善的判定算法的选择和实现,并在实际投入使用后进一步完善。
参考文献:
[1]Jonatha Adam,Christopher King,Nan Ma.Global Research Report ChinaCResearch and Collaboration in the New Geographic Science[R].Thomson Reuter,2009
[2]K.J.Ottenstein.An Algorithmic Approach to the Detection and Prevention of Plagiarism[J].CSD-TR200,1976,103,2:32-39
[3]Verco KL,Wise MJ.Software for Detecting Suspected Plagiarism Comparing Structure and Attribute-counting Systems[J].Proceedings of the 1st Australian Conference on Computer Science Education,Sydney,1996,102,2:3-5
[4]Edward L Jones.Metrics Based Plagiarism Monitoring.The Consortium for Computing in Small Colleges.Vermont.2001:253,261
Abstract: the road detection is the intelligent auxiliary driving system of a subsystem, including road segmentation and corner DengZi recognition task. The image of a camera video processing, the generation of graduation thesis writing essays segmentation extract FenDaoXian, again according to the FenDaoXian to identify the driveway to (left turn, right turn), the road to report the turn and the rough positioning vehicles have very important ahead significance. Considering the system real time requirement, algorithm must have very low time complexity. Through a lot of field experiment, and put forward a kind of effective based on regional growth and curve fitting curve identification algorithm, experimental verification has good recognition effect.
Keywords: intelligent driving; Computer vision; Image segmentation; Road identification中图分类号:U412.36+6文献标识码:A 文章编号:
1系统概述以及算法研究的意义汽车安全行驶智能辅助操作系统[1]是综合运用图像处理和模式识别技术以及计算机视觉技术,重点讨论汽车前向行驶的主动安全问题的辅助系统,其应用背景为高速公路或标准高等级公路。毕业论文范文其主要目的是使计算机能够利用图像和视频序列来识别和认知三维世界。在行驶方向上,前向CCD摄像机作为视觉传感器,是一个完全基于摄像机的视觉系统。系统应用背景的特殊性,决定了系统实现中必须解决一个重要问题,即严格的实时性。按照我国高速公路设计标准,在高速公路上行驶的车辆时速平均为120 km/h,因此系统必须在1 s内处理多幅视频图像。一个完善的汽车安全行驶智能辅助操作系统通常需要实现道路检测[2]、障碍物检测[3-4]和防撞安全行驶3个子系统。其中道路检测子系统又可以分为多个识别子任务,例如:分道线提取、道路区域分割、弯道识别等等。每一个子任务之间既相对独立,又相互制约。任何一个子任务算法的改进都对系统的识别精度和鲁棒性的提高具有积极的现实意义。其中分道线识别和弯道识别是两个重要的子 省略 任务,二者对于道路区域和障碍物的粗略定位具有指导意义。通常的算法是通过对白色分道线的识别,再以分道线的走向进一步识别弯道的方向。
2道路模型的建立高速公路的道路具有很多特殊性,其设计和建设都具有严格的行业标准[5]。例如:1)车速为120 km/h时的极限转弯半径为650 m,一般最小半径为1 000 m;2)车道宽度为3.75 m;3)分道线宽度为0.21 m等。毕业论文范文笔者从大量的实验图像中总结出道路图像的特点:根据高速公路建设标准,极限转弯半径为650 m,因此,车辆前方距视平面40 m以内的弯道分道线图像都可以近似为直线。从实验图像中可以看到,该近似在大多数情况下都能成立。通过上述分析可以建立如下的弯道模型,如图1所示。
1)近处(40 m以内)的道路近似为直线;2)远处(40 m以外)的道路为曲线;3)它们之间光滑连接。通过分析远处曲线与近处直线的位置关系,可以定量分析弯道方向(左弯、右弯)和弯曲程度(对曲率的定量描述)。毕业论文范文在识别算法设计中,可以检测视频图像上近处分道线像素,通过直线拟合,求出直线方程;再进一步计算远处分道线上的像素与该拟合直线的距离来定量计算车道的弯曲程度,并根据距离累计值的符号来判断车道的转向。
3最小二乘法与区域生长的识别方法
3.1最小二乘法拟合[6]最小二乘法拟合算法可以描述为:对于需要拟合的N个像素数据Pi(xi,yi),设待拟合的直线方程为
3.2区域生长区域生长属于串行区域分割[6],是基于区域图像相似性的一种分割算法。相似性准则可以是灰度级、毕业论文范文彩色、梯度等特性,很多图像处理系统都广泛使用灰度相似性。其基本思想是将具有灰度相似性的像素集合起来构成区域。其算法大致流程如下:1)对图像进行逐点扫描,找出还没有处理过(或没有扫描过)的像素;2)以该像素为中心检查其邻域(4-邻域或8-邻域)像素,如果灰度差小于某个阈值(预设定值或模糊阈值),则将该邻域像素归入区域;3)将新加入区域的像素作为种子点,重复步骤2)的“相似性检测———归并”操作,直到区域不能进一步扩张或所有区域中的种子点的邻域点都不具备灰度相似性,即完成了一个区域的分割;4)返回步骤1),继续扫描后续点,进行下一个区域的生长,直到扫描完所有点。
3.3算法描述将区域生长与最小二乘法相结合,笔者提出了一种简单实用的弯道识别算法,其算法流程描述如下: