智能混凝土的研究现状

智能混凝土的研究现状（共11篇）

智能混凝土的研究现状 篇1

智能混凝土是智能化时代的产物。从混凝土出现到今天, 混凝土结构在使用过程中由于受环境荷载作用、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响, 结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减, 甚至导致突发事故。人们逐渐地把一些科技成果应用到材料科学领域中, 从而使材料的发展出现了向智能化方向发展的趋势。随着电子信息技术和材料科学的不断进步, 社会及其各个组成部分, 如交通系统、办公场所、居住社区等等向智能化方向发展。作为最主要的建筑材料的混凝土材料已逐渐向高强、高性能、多功能和智能化发展。自感应混凝土、自调节混凝土、自修复混凝土等一系列机敏混凝土的相继出现为智能混凝土的研究和发展打下了坚实的基础。作为混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土的研究和开发方兴未艾, 研究和开发具有主动、自动地对结构进行自诊断、自调节、自修复、恢复的智能混凝土已成为结构一功能一体化的发展趋势。

1 智能混凝土研究现状

目前提出的智能化混凝土只是具备了智能混凝土的某一基本特征, 是一种智能混凝土的简化形式, 因此有人也称之为机敏混凝土。目前, 其智能 (机敏) 性研究主要有自感应性、自修复性能和自调节性能几个方面。

1.1 自感应性能

自诊断智能混凝土具有压敏性和温敏性等性能。普通的混凝土材料本身并不具有自感应功能, 但在混凝土基材中掺如部分导电相组分制成的复合混凝土可具备自感应性能。目前常用的导电组分可分为三类:聚合物类、碳类和金属类, 二最常用的是碳类和金属类。碳类导电组分包括石墨、碳纤维及炭黑;金属类材料则有金属微粉末、金属纤维、金属片、金属网等。

1.2 自修复性能

综合了自然愈合、基体增强和有机物释放邓机制, 在混凝土材料组分中复合活性无机掺和料、微细底弹模纤维和有机化合物, 从而在混凝土内部形成自增强、自愈合网络, 是混凝土裂缝重新愈合, 恢复甚至提高混凝土材料的性能。

1.3 自调节性

对于通常作为建筑材料使用的混凝土, 其结构除了承受正常负荷外, 人们还希望它在受台风、地震等自然灾害期间, 能够调整承载能力和减缓结构振动。混凝土本身是惰性材料并没有自调节功能, 要达到自调节的目的, 就要在混凝土中复合驱动器材料, 如形状记忆合金 (SMA) 和电流变体 (ER) 。

有些建筑物对其室内的湿度有严格的要求, 如各类展览馆、博物馆及美术馆等。为此, 可在混凝土中掺入沸石粉, 即可对室内湿度进行自动调节, 它具有如下特点:优先吸附水分;水蒸气气压低的地方, 其吸湿容量大;吸放湿与温度有关, 温度上升时放。

2 智能混凝土研究热点

2.1 形状记忆合金应用于混凝土

邓宗才, 李庆斌等对形状记忆合金在混凝土梁中驱动效应进行了研究认为合金在逆相变过程中能对混凝土粱产生很大的驱动力, 使得对粱挠度值的主动控制与调整成为可能。

2.2 仿生自愈合混凝土

在日本, 以东北大学三桥博三教授为首的日本学者将内含粘结剂的空心胶囊或玻璃纤掺入混凝土材料中, 一旦混凝土在外力作用下发生开裂, 部分胶囊或空心纤维破裂, 粘结液流出深入裂缝, 粘结液可使混凝土裂缝重新愈合。

美国伊利诺伊斯大学的Carolyn Dry在1994年采用类似的方法, 将空心玻璃纤维中注入缩醛高分子溶液作为粘结剂, 埋入混凝土中, 使混凝土产生自愈合效果。

2.3 导电混凝土

国内外研究者研究发现, 导电混凝土有以下性能:

1) 压敏性即碳纤维混凝土的电阻率在外力作用下产生有规律的变化。Chung进行了大量研究, 认为碳纤维混凝土在拉应力作用下, 纤维拔出, 电阻增大;在压应力作用下, 纤维插入, 电阻减小, 压敏性远远高于一般的电阻应变片。2) 温敏性即温度变化引起电阻变化 (温阻性) 及碳纤维混凝土内部的温度差会产生电位差的热电性 (Seebeck效应) 。在混凝土结构中的应用包括, 嵌入式温敏混凝土结构, 碳纤维水泥层普通混凝土复合温敏结构等结构。其温阻现象可以实现对大体积混凝土的温度自监控, 亦可做成热敏元件和火警报警器等, 应用与有温孔和火灾预警要求的智能混凝土结构工程。3) 其他特性力电效应, 在外力作用下产生电流的现象, 在从小荷载直到破坏荷载的全过程中压应力与所产生的电流强度之间存在一一对应关系。运用水泥基材料的力电和电力效应可开发集感知和驱动功能与一身的机敏混凝土结构。

3 智能混凝土的发展前景和研究应注意问题

智能混凝土具有广阔的应用前景, 但作为一种新型的功能材料, 如果投入实际工程, 还有很多问题需要进一步地研究:如碳纤维混凝土的电阻率稳定性、电极布置方式、耐久性等;光纤混凝土的光纤传感阵列的最优排布方式;自愈合混凝土的修复粘结剂的选择、封人的方法以及愈合后混凝土耐久性能的改善等。为促进智能混凝土研究工作的顺利开展有必要就以下几点形成共识:

1) 开发应有针对性。所谓针对性就是要针对混凝土性能发生恶化和结构发生破坏等现象, 考虑不同的智能方法, 如针对这些现象, 设想开发出一种能应对所有这些情况的手段是很困难的, 因此, 缩小智能化范围, 以某种功能为对象, 从而开发出相对最适应的方法是必要的。2) 实施中应具有可行性。浇注混凝土多在施工现场进行, 因而作为智能混凝土的施工方法, 对其技术与工艺要求不能过高。应以原有工艺为基础开发相应的较为简单的方法。选用的材料应具有化学稳定性, 要有利于安全使用, 不挥发任何有刺激的气味和其它有害物质, 并能大量应用, 而且成本较低。3) 设计应具有综合性。采用智能化, 虽然可以提高材料的耐久性, 但也会带来负面作用。如由于使用了某种材料虽然能对某种恶化现象进行控制和改善, 但是否会对强度等其它性能有所影响, 所有这些正反两方面的问题都必须在判断和设计时进行综合考虑和权衡。

4 结语

智能混凝土正在朝着混凝土中智能组件的集成化和小型化, 智能控制材料的开发和实现混凝土材料结构、智能一体化方向发展, 将来会有更广的应用前景。

参考文献

[1]李彦军, 商建, 尚伯忠.智能混凝土的研究.山西建筑, 2009.

[2]李卓球, 宋显辉.智能复合材料结构体系.2005.

智能混凝土的研究现状 篇2

污水处理智能控制的发展现状研究

由于污水处理的运行费用是庞大的、长期的,如果通过有效的控制能将城市污水处理厂的.运行费用节省1%,也是个天文数字.由此可见,加强城市污水处理系统智能控制的研究非常必要.文章对污水处理智能控制的发展现状进行了探讨.

作 者：刘韬  作者单位：枣庄市城市生活垃圾处理中心,山东,枣庄,277100 刊 名：中国高新技术企业 英文刊名：CHINA HIGH TECHNOLOGY ENTERPRISES 年，卷(期)：2009 “”(17) 分类号：X703 关键词：污水处理   智能控制   人工智能   神经网络   模糊控制  

多元智能理论及研究现状 篇3

1983年，美国心理学教授霍华德·加德纳在其专著《智能的结构》中，对智力进行了重新阐述。他认为，智力除传统的语言和数学智能外，还包含节奏、空间、动觉、自省、交流等七种智能，它是基于特定的社会及文化环境价值标准，个体用于解决自身遇到的问题，或创造出有效产品时所必需的能力。每个人都具有不同的智力，智力通常是以复杂的方式进行组合运作的，这是对于传统的“一元理论”的挑战。多元智能理论的提出及发展，为我国传统教育注入了活力，也为我国教育实践改革提供了契机。

二、多元智能理论研究现状

多元智能理论对我国传统教育产生了深刻影响。相关研究如下：

1.课程改革

多元智能理论对新一轮课程评价的改革具有积极的影响，这不仅表现在对新课程改革评价体系的理论构建上，还体现为对其评价标准、原则和方法的完善上。

2004年，福格蒂等在《多元智能与课程整合》中阐述了多元智能和跨学科课程整合的基本理论，探讨了实施跨学科课程整合的方法策略与课堂案例，对于发展学生的多元智能，建立有意义的教育和评价方式具有重要意义。霍力岩在《多元智力理论与多元智力课程研究》中对多元智力理论与多元智力课程做了较深入的研究。谢世谦则在《多元智能理论对新课程改革的启示》中指出，课程评价在注重学生学业成绩的同时，更要关注学生各方面的潜能发展，这与基础教育课程改革纲要有着异曲同工之处。

2.教学改革

与传统的一元论智力观不同，多元智能理论认为智力是多元的，它是多种不同智能在不同人身上的特殊组合，受个体所属社会文化的影响具有独特性。这一新的智能观对我国教学观念的变革产生了很大影响。

钟祖荣等主编的《多元智能理论解读》一书在对多元智能理论进行深入细致分析的基础上，着重论述了多元智能理论对教育观念变革的影响。Linda Campbell等在《多元智能教与学的策略》书中，将多元智力理论运用到中小学教学实践中，为教师的教学活动提供了新的视角。而在《多元智能理论在教学中的运用》中，为拓展教师的思维，林宪生详细阐述了多元智能理论在中小学各学科中的应用。托马斯·阿姆斯特则在《课堂中的多元智能——开展以学生为中心的教学》一书中总结了许多教学案例，为中小学教师将多元智能运用到教学实践的各个领域提供了有益的启示。而柏灵则在《多元智能理论影响下的教学基本观》中，从多方面探讨了多元智能理论教学观对教学的影响。

3.智力评价

2004年，贝兰卡在《多元智能与多元评价——运用评价促进学生发展》一书中，以多元智能理论和真实性评价为依据，就如何为每一种智能设计特定的表现标准以及如何将之应用于课堂教学中进行了深入探讨，提供了教学范例与评价工具，对教育教学具有重要的参考价值。戴维·拉齐尔在《多元智能与量规评价》中，比较、分析了量规评价与传统评价的不同。传统的评价，以纸笔为主要形式、侧重于考查语言与数理逻辑智能，而运用多元智能理论的量规评价，则全面反映了学生不同智能、不同程度的表现水平，有助于师生运用智能的各个方面来深化其对于课程的理解。

4.差异教学

多元智能理论提出了全新的智能观：个体身上至少同时存在着九种相对独立的智能。多元智能理论尊重差异的学生观、以个人为中心的学校观、个性化的课程观、多样化的教学观、多元化情境化的评价观等深刻体现了个性化教育的理念，为我国当代的个性化教育提供了重要启示。

汤姆林森在《多元能力课堂中的差异教学》中，阐释了多元能力课堂，论述了针对不同年级、不同学科，教师如何关注并依据学生的个体差异，如不同秉性、不同兴趣爱好、不同能力层次等来开展差异教学，使教学内容、教学过程以及教学效果符合不同学生的发展需要，以促进学生的成长。书中大量的差异教学策略与案例，对于启发和提高有效教學亦颇有帮助。张敏、刘竑波编著的《多元智能案例研究：学生、教师和学校》，则通过50个教学案例来阐述多元智能理论是如何影响和改变实验学校校长、教师和学生生活的。

此外，多元智能理论提高了教师水平，促进了教师的专业发展，为我国实现从应试教育向素质教育的转变提供了契机。

三、若干思考

多元智能理论在我国教育改革实践中广泛应用的同时，也出现了一些问题，对此，不少学者进行了反思与总结。2007年，霍力岩在《重新审视多元智力：理论与实践的再思考》中，对多元智力理论进行了整体性的再思考，分析了该理论对我国基础教育的启示，为多元智力理论的研究者、学习者与实践者提供了一些有益的启发和反思。他与赵清梅在《多元智力评价的理论与实践》中，分析了多元智能理念具有情境、发展、多元及独特性特点，就“多元智力化评价与我国基础教育评价改革”等问题进行了阐述。总之，多元智能理论之所以在我们的教育实践中受到追捧，有其特定的时代背景，因为它既契合我们重视差异教育与多元发展的后现代精神，又关注到了我国当前教育中较为忽视的一些重要层面。

参考文献：

刘奇慧.基于多元智能理论的研究性学习评价模式[D].扬州大学，2011.

智能轮椅的研究现状与趋势 篇4

控制模式因人而异、因地而异

智能轮椅是以人为中心的系统,因此其控制系统的设计并不是自主性越高越好,而是应该考虑到使用者的具体需要:不但要考虑到使用者对各种功能的需要,而且需要考虑到使用者的经济负担能力。

在控制模式方面,智能轮椅上普遍采用的是3种模式:自主模式、半自主模式和手动模式。

在自主模式下,使用者可以通过按键、触摸屏、语音等人机接口设定目的地,智能轮椅将根据使用者的指令通过自身获得的环境信息自主完成到目标点的路径规划和移动,比如到卧室,客厅,厨房,等等。自主模式主要针对对电动轮椅控制能力较弱的老年人和残疾人,并主要适用于使用者的日常生活环境。

半自主模式的主要目的是为了提高安全性和减轻使用者的操作负担。在半自主模式下,智能轮椅可以通过传感器和控制系统实现自主避障、防止跌落、跟随行走等功能,在门、走廊等狭窄区域,根据使用者的操纵指令进行局部路径规划,帮助使用者完成操纵意图,同时避免危险发生等等。

在手动模式下,使用者将通过操纵杆对智能轮椅进行控制,相当于使用普通的电动轮椅。

此外,对于高性能智能轮椅来说,因为其控制系统的核心通常也是一台具有较高性能的计算机系统,因而智能轮椅在为老年人和残疾人提供代步工具的同时,也很容易实现普通计算机所具有的娱乐服务、无线上网、视频电话、人机对话等多种功能。

可以用多种方式操控智能轮椅

针对不同残疾人群,研究者们开发了多种智能轮椅人机接口。对于那些残疾程度较轻,肢体能动性较高且意识较好的人群,可以采用操纵杆控制、按键控制、方向盘控制、触摸屏控制、菜单控制等方式。而对于残疾程度较高,肢体能动性较低的人群,研究者也可以给他们提供语音控制、头部控制、手势控制、舌头动作控制,甚至肌电信号控制和大脑意念信号控制等办法。

通常设计者可根据使用者残障程度的不同,安装多种人机接口,从而能与使用者实现多种途径的交互,提供更加安全的运动控制。

另外,针对残疾程度较重的使用者,部分轮椅上采用了轻型机械臂,帮助完成捡拾物品、开门、倒水等活动。有的智能轮椅能够利用两对驱动轮的交替旋转实现攀爬楼梯的目的;还有轮椅两侧加装了机械腿,通过机械腿的支撑作用可实现轮椅攀爬楼梯的目的。

很多人都知道著名物理学家霍金。他患肌肉萎缩症,几乎全身都不能动,既不能说话,也不能做手势。但凭借一辆智能轮椅,霍金仍能做很多事。他用两根其实没有多大力气的手指头操作电动轮椅“行走”,他眼睛及脸部肌肉的变化会通过传感器输入到专门软件,经处理后转换为文字信号,自动显示在屏幕上,并合成语音发声。他还能通电话,使用遥控器控制电视、录影机,听音乐,锁门,开关灯以及写下一个个艰深的方程式。

服务残疾人的中国智能轮椅

中国开展智能轮椅的研究较晚,但也根据自己的技术优势和特点,开发出了有特色的智能轮椅平台,包括中科院自动化所的多模态交互智能轮椅、采用嵌入式控制系统智能轮椅,上海交通大学的多功能智能轮椅,中科院深圳先进技术研究院基于头部动作的智能轮椅等等。

在中科院“知识创新工程”和“科技助残行动计划”的经费支持下,中科院自动化所最近完成了一种采用基于嵌入式控制与传感器系统的低成本智能轮椅的研制开发工作。这种新型智能轮椅上安装有传感器,具有良好的智能控制功能。当轮椅遇到障碍物时,可以自动减速,避免碰撞;当轮椅前方的地面出现坑洼时,可以自动停止运动,防止跌落;使用者能够用遥控装置将不在身边的轮椅“驱动”到自己的身旁;不能直接操作轮椅的使用者也可以通过佩戴特殊的手套或项圈通过手势或头部的运动对轮椅进行控制,等等。

在国家“863”计划的支持下,中科院自动化所正在研制一种具有更多功能和更高的性能的智能轮椅。利用研究人员提出的一种新的面向移动机器人应用的MR(Mobile Robot)二维码,智能轮椅可以利用自身的视觉系统在房间内进行“自主导航”,自己移动到使用者指定的位置而不需要使用者自己对轮椅进行直接控制;使用者可以通过安装在轮椅上的机械手臂实现开门、端水、从地上捡物品等原来根本不可能完成的任务;医生或家人可以通过无线局域网实时监控使用者的情况并可以通过遥控操作方式控制轮椅的移动;等等。

目前我国的科研人员已经完全掌握了智能轮椅控制系统和传感器系统的各种关键技术,相信在不远的将来将会有多种类型的智能轮椅进入普通人的家庭,为我国广大的残疾人和老年人造福。

智能轮椅进入普通家庭已指日可待

关于智能轮椅的相关研究开始于1986年。经过20多年的研究,世界各国的研究者相继开发了多种智能轮椅平台。但由于目前的智能轮椅基本上采用与移动机器人相同的技术方案,因而成本很高,因而难以进入普通家庭。

但是,未来的智能轮椅肯定不会只是少数人能用的奢侈品。

随着嵌入式技术的飞速发展,基于嵌入式系统的智能轮椅控制器将能够很好地解决现有的智能轮椅控制器所存在的成本高、功耗大、续航能力差等问题。我们的研究团队已经对基于嵌入式系统的智能轮椅控制与传感器系统进行了比较深入的研究,完成了多种专用模块的开发,并已经研制开发了一种新的智能轮椅控制器。因为完全采用了自主技术,因此这种新型智能轮椅器与电动轮椅控制器相比成本增加不多,采用这种智能轮椅控制器的智能轮椅的价格也将与目前市场上销售的电动轮椅的价格相差不多,向智能轮椅的产业化方向迈进了一大步。

因此,我们完全可以相信,在不远的将来,不同类型的智能轮椅将可以进入普通家庭,智能轮椅将不是少数人才能够用得起的奢侈品。

再生混凝土利用现状研究论文 篇5

关键词：再生混凝土 粗细骨料 经济效益

进入21世纪以来，随着城市化进程的不断加快，作为城市化最主要的物质基础——混凝土的需求量也在迅速增加。目前，全世界混凝土的年生产量约28×108m3，中国混凝土的年产量占世界总量的45%，已达13×108～14×108m3。在这些混凝土原材料中，粗细骨料约占混凝土总量的四分之三。据此推算：全世界每年需要粗细骨料约21×108m3，而我国建筑行业正在蓬勃地发展，对于粗细骨料的需求量很大，我国对粗细骨料的需求约占全世界需求量的一半，而且随着发展，将来还将越来越多。对于这么大的消耗量，这个地球的天然原生粗细骨料将殆尽，因此从资源合理开发使用及可持续发展的角度，寻求原生集料的替代品非常重要。

与混凝土粗细骨料的巨大需求量相对应是数量庞大的废旧混凝土。世界上每年拆除的废旧混凝土、新建建筑产生的废弃混凝土以及混凝土工厂、预制构件厂的废旧混凝土的数量是惊人的。2006年年4月在厦门召开的“建筑垃圾综合利用与新技术推广研讨交流会”上有最新资料显示我国每年因拆出建筑产生的固体废弃物2亿吨以上，新建建筑产生的固体废弃物大约1亿吨，两项合计约3亿吨。然而，对于这些废旧混凝土的处理方法目前显然不多，传统的处理方法主要是运往郊外露天堆放或填埋。这种方法产生的巨大处理费用和由此引发的环境问题十分突出。废弃混凝土中含有大量的砂石骨料，如果能将它们合理地回收利用，生产再生混凝土用到新的建筑物上，不仅能降低成本，节省天然资源，缓解骨料供求矛盾，还能减轻废弃混凝土对环境的污染，是可持续发展战略的一个重要组成部分。因此，如何充分、高效、经济的利用建筑垃圾，特别是废弃混凝土已经成为许多国家共同研究的一个课题。

再生骨料是将废弃混凝土经过破碎、清洗、分级和按一定比例相互配合后得到的骨料。而利用再生骨料作为部分或全部骨料配制的混凝土，称为再生骨料混凝土，简称再生混凝土。再生骨料按尺寸大小可分为再生粗骨料、再生细骨料；按来源可分为道路再生骨料、建筑再生骨料；按用途可分为混凝土再生骨料、砂浆再生骨料、砌块再生骨料。通过再生骨料混凝土技术可实现对废弃混凝土的再加工，使其恢复原有的性能，形成新的建材产品，从而既能使有限的资源得以再利用，又解决了部分环保问题。这是发展绿色混凝土，实现建筑资源环境可持续发展的主要措施之一，为将来子孙后代留下宝贵的财富。

一、发达资本主义国家对再生混凝土的利用现状

美国、日本和欧洲等发达国家对废弃混凝土的再利用研究得较早，第二次世界大战后，德国、日本等国对废弃混凝土进行了开发研究和再生利用，已经召开过三次有关废混凝土再利用的专题国际会议，提出混凝土必须绿色化。混凝土的利用已成为发达国家所共同研究的课题，有些国家还采用立法形式来保证专项研究和应用的发展。一些发达国家已经大量运用到实际工程中。

（一）日本

日本由于国土面积小，资源相对匮乏，因此将建筑垃圾视为建筑副产品，日本非常重视将废弃混凝土作为可再生资源而重新开发利用。早在1977年日本政府就制定了《再生骨料和再生混凝土使用规范》，并相继在各地建立了以处理混凝土废弃物为主的再生加工厂，并制定了多项法规来保证再生混凝土的发展。此外，日本还对再生混凝土的吸水性、强度、配合比、收缩、耐冻性等进行了系统的研究。

（二）美国

美国政府制定的《超基金法》给再生混凝土的发展提供了法律保障。美国除鼓励应用再生混凝土外，还对其性能进行了研究。如根据密歇根州的两条用再生混凝土铺筑的公路进行了再生骨料混凝土干缩性能的试验研究，试验表明再生骨料混凝土的收缩率大于天然骨料混凝土。美国的公司采用微波技术，做出回收的再生沥青混凝土路面，其质量与新拌沥青混凝土路面料相同，而成本降低了1/3，同时节约了垃圾清运和处理等费用，大大减轻了城市的环境污染。

（三）欧洲各国

欧洲国家如德国目前将再生混凝土主要用于公路路面。德国钢筋委员会1998年8月提出“在混凝土中采用再生骨料的应用指南”，要求采用再生骨料配制的混凝土必须完全符合天然骨料混凝土的国家标准；奥地利的有关试验表明，采用50%的再生骨料配制的混凝土，其强度值可达到奥地利标准，而且发现再生骨料混凝土的弹性模量降低；法国还利用碎混凝土和碎砖块生产了砖石混凝土砌块，所获得的混凝土砌块已被测定，符合与砖石混凝土材料有关的标准。

二、我国对再生混凝土的利用现状

中国虽然在短期内混凝土的原材料危机不会突现，但是将来我国肯定也会面对原材料短缺的问题，而且我国建筑业的发展远远超过一些发达国家，同时对再生混凝土的开（转上页）（接下页）发研究晚于工业发达国家，因此我国政府也鼓励废弃物的研究和应用，同时国内的一些专家学者在这方面进行已加紧对再生混凝土的研究利用进行立项研究。像上海市建筑构件制品公司利用建筑工地爆破拆除的基坑支护等废弃混凝土制作混凝土空心砌块，其产品各项技术指标完全符合上海的混凝土小型空心砌块工程规范。将废弃混凝土破碎或粉碎后的碎块用作新拌混凝土的骨料，在一些改建或重建工程项目中也有所应用。

我国再生混凝土不仅运用到建筑业，而且很多再生混凝土运用在在交通行业中，当混凝土道路的混凝土路面到达其使用年限，或者重物碾压等原因破损，则需要修补或者重建时，现在的一般做法是破除并废弃旧的水泥混凝土面层，修补基层后，重新进行铺筑。目前，在我国水泥混凝土路面再生技术中主要应用的是现场再生技术，即破碎或粉碎现有路面，然后将破碎或粉碎后的路面用作新路面结构中的基层或底基层，这一种做法在我国公路养护维修中普遍采用。例如，合肥至南京的高速公路采用再生混凝土骨料作为新拌混凝土的集料来浇注混凝土路面。合肥至南京的高速公路，路面为水泥混凝土，于1991年建成通车，随着交通量的增长、使用年限的增加，路面出现了不同类型的病害，每年路面维修工程量很大，每年维修产生大量的旧混凝土。为此，在养护维修过程中，根据高速公路快速通行的特点，采用再生混凝土骨料，并加入早强剂，达到快速通行的目的。施工前测试了再生混凝土骨料的表观密度、吸水率、压碎值、坚固性和冲击值，并且充分注意了集料的最大粒径和级配。用再生混凝土骨料代替天然集料，再生混凝土骨料的利用率可以达到80%，每年还可以节约大量骨料的运输费用。同时，节省了废弃的混凝土占用的土地费用。这样既节省了大量的养护资金，又有利于环境保护，获得了良好的社会经济效益。

总体而言，虽然再生集料的部分性能不如天然集料，利用再生集料研制和生产的混凝土构件性能也比天然集料的差。但若通过掺加外加剂，则可以大大改善再生混凝土的性能，只要选择合适的外加剂，再生混凝土的利用就可以十分广泛，而且利用废弃混凝土做集料来生产再生混凝土，对资源循环利用、净化环境、造福子孙后代具有重要意义。因此，这就需要政府加强宣传力度，出台一些强制措施限制废弃混凝土的排放，建立相应的废弃物加工厂。同时，政府应当在财力和政策上予以支持，并制定有关再生混凝土的行业标准，推动再生混凝土这一新型建筑材料的发展，促进中国经济的发展。

参考文献

杜婷，李惠强，吴贤国．再生混凝土的研究现状及存在问题[J]．建筑技术，2007，(2)．

宋瑞旭．高强度再生骨料和再生高性能混凝土试验研究[J]．混凝土，2006，(2)．

覃银辉，邓寿昌．再生混凝土抗冻性能研究[J]．混凝土，2005，(12)．

杜婷．再生骨料混凝土基本特性的研究思路探讨[J]．建筑技术开发，2002，29(6)

再生混凝土的研究现状和存在问题 篇6

【关键词】再生混凝土；研究；意义；现状；问题

随着现代化城市建设进程的加快，我国建筑工程的数量越来越多，城市的建筑日新月异，很多就建筑物被拆除，新型建筑不断兴起，这也使得城市的形象越来越美。在对旧建筑进行拆除的过程中，会占用土地资源，还会污染周围环境，不利于城市以及建筑行业的可持续发展，为了解决这一问题，相关人员对再生混凝土进行了研究，而且取得了一定成绩，提高了资源的利用率，实现了对废弃混凝土的再利用。

1.再生混凝土研究的意义

随着城市建筑的日新月异，建筑行业发展越来越快，建筑的种类以及功能越来越多，旧的建筑不断被拆除，新型高层建筑以及多功能建筑不断兴起，这在美化城市形象的同时也带来了较多的环境问题。为了促进建筑行业的可持续发展，必须提高资源的利用率，还要在建筑施工中加强环保意识。混凝土是建筑施工中必须用到的一类材料，建筑工程的增多，使得混凝土的需求量大大增加了，但是建筑更新比较快，在旧建筑被拆除后，大量的混凝土也面临着浪费的问题，旧建筑拆除工作会产生大量的建筑垃圾，而且会占用大面积的土地，会产生较多的污染问题。为了提高资源的利用率，必须加强对可再生资源的研究，加强对施工材料的重复利用，还要建设对自然资源的利用以及占用，这样才能促进建筑行业更加健康的发生。再生混凝土是建筑行业一项重要的研究项目，其主张对废弃的混凝土进行破碎、清洗、筛分以及加工处理，通过一定级配混合可以形成粗骨料，可以制成新的混凝土，这有效提高了混凝土的利用率，而且符合现代社会对建筑行业可持续发展的要求，有利于减少建筑施工带来的环境问题。

2.再生混凝土的研究现状

再生混凝土有着较多的特性，其与普通混凝土相比，热导率比较低，而且在应用的过程中，可以增强建筑的保温隔热效果；再生混凝土的密度也比较小，自重比较轻，在应用的工程中，可以减轻建筑自重。再生混凝土有著较强的和易性，为其坍落度比较低，施工单位想要提高其流动性，可以加入适量外加剂。我国相关机构对再生混凝土进行研究，发现再生混凝土有着较高的强度以及耐久性，适合在建筑工程中大力推广。

2.1再生混凝土的强度

在研究再生混凝土的强度时，需要与普通混凝土做比照，在利用废弃混凝土做粗骨料后，混凝土的强度大大提高了。再生骨料与普通骨料相比有着较多优点，普通骨料与钢筋无法有效的黏合，而再生骨料是由废弃混凝土构成，所以对于钢筋有着较强的贴合度，可以有效提高再生混凝土的强度。所以，使用再生混凝土可以有效提高施工的质量，避免混凝土裂缝等质量问题的出现。

2.2再生混凝土收缩率

再生混凝土的骨料与普通骨料相比，孔隙率比较高，再生骨料是由废弃混凝土构成，所以本身裂缝比较多，所以，在使用的过程中吸水率也比较大，所以，再生混凝土的收缩率会比较高。另外，由于裂缝的存在使得环境中的水合有害腐蚀性物质渗入其中，致使其防水与抗冻性能降低。

2.3研究成果

我国在废弃混凝土再生研究方面的起步较晚，目前还处在研究试验阶段，研究人员对再生骨料的对再生混凝土界面过渡区微观结构进行了观察分析了起水分迁移特性，这为解决再生骨料混凝土高收缩和高吸水的问题提供了理论依据。我国再生混凝土少数用于道路面层和基层，在房屋建筑和桥梁工程中应用再生混凝土的技术尚未成熟，这使得绝大多数的废弃混凝土被当做填充材料，用于填筑作业，形成了巨大的资源浪费。

3.再生混凝土研究中存在的问题

3.1再生骨料掺入量问题

从多消纳废弃混凝土角度而言，采用高掺入量甚至全部以再生骨料制造的再生混凝土较理想。但实验表明，随着粗骨料的掺入度升高再生骨料的抗压强度会有比较小的降低，但随着再生细骨料取代天然骨料的比例增加，其强度却下降的比较明显。而且掺入量还影响着混凝土的耐久性与工作性能。

3.2人们的思想观念和认识需要转变

由于“再生”两个字的存在，而且各个实验也得出再生混凝土强度、弹性模量和耐久性等性能劣于普通混凝土，所以，在很多人对再生混凝土的认识存在误区，认为再生混凝土不能成为主流的建筑材料。即使是对安全等级要求不高的普通建筑，人们也片面的坚持“百年大计，质量第一”的观点，难以接受使用再生混凝土，这是一种错误的观念。因此要加强再生混凝土作为建筑材料的经济性分析，研究提高经济性的途径；同时也要加强废物利用和资源再利用教育，让各项指标达到标准的再生混凝土能得到高效的利用。

4.再生混凝土研究建议

（1）再生混凝土是能够从技术上真正解决废弃混凝土出路的问题，但由于其研究还没有达到普通混凝土的地步，因此现在再生混凝土的使用还没有得到大力推广。如果不能广泛的应用，那么再生混凝土也就失去了解决废弃混凝土的优势。如果能研究提高其强度、耐久性、磨耗性能、力学性能和结构性能的方法和材料，使之向高性能方面发展，再生混凝土将会真正的应用在各类建筑中并发挥其优势。

（2）再生骨料混凝土与普通混凝土产生差别的最大原因是：在破碎时再生骨料会产生细小裂缝与空洞，如果能改进优化再生混凝土破碎工艺，就能提高再生混凝土的各种性能。由于再生混凝土与普通混凝土在原材料、配合比、施工工艺上存在着很大的不同，混凝土制作工艺也有较大差异，因此，混凝土配制标准的制定必须结合我国再生混凝土的骨料情况，制定合适的再生骨料混凝土标准规程。

5.结语

再生混凝土的研究对建筑行业的发展有着重要的推动意义，应用再生混凝土，不但可以提高建筑的施工质量，还可以提高建筑施工的节能环保性，是促进建筑行业可持续发展的有效措施。再生混凝土是利用废弃混凝土当做粗骨料，这提高了资源的利用率，而且再生粗骨料与普通骨料相比，有着较多的优势。我国相关机构对再生混凝土的研究，取得了一定成绩，可以有效提高建筑工程经济效益以及环境效益，通过实践证明，应用再生混凝土，可以有效降低裂缝等质量问题出现的概率。 [科]

【参考文献】

[1]杜婷，李惠强，吴贤国.再生混凝土的研究现状和存在问题[J].建筑技术，2003，（2）.

[2]尚建丽，李占印，杨晓东.再生粗骨料特征性能实验研究[J].建筑技术，2003，（1）.

变压式水泥混凝土智能养护研究 篇7

1 养护机结构组成、作用及优点

1.1 养护机的结构组成

该养护机内部包含可编程逻辑控制器 (PLC) 、Zig Bee无线接收模块、水压控制器、电磁阀、定时器, 外设部分主要有Zig Bee无线传输模块、温湿度传感器。

1.2 各结构作用

温、湿度传感器:混凝土养护时可置于浸湿麻布底下, 测量混凝土表面温度、湿度, 并将数据传递给Zig Bee无线传输模块。ZigBee无线传输模块:将接收到的数据转化为无线信号。Zig Bee无线接收模块:接收传输模块传输的数据。PLC:可编程逻辑控制器, 根据事先编好的程序依次执行, 从而根据Zig Bee模块接收的数据控制电磁阀、定时器以及水压控制器, 实现低于临界温湿度下定时定距喷灌养护。水压控制器:控制进水口水压, 进而间接控制出水速度, 从而控制喷水距离。电磁阀:PLC控制其开关。

1.3 各结构优点

首先, PLC具有灵活性强、通用性强、可靠性高、体积小、能耗低、编程简单等优点[4]。其次, Zig Bee具有低能耗、成本低、时延短、网络容量大、可靠安全等特点[5]。

2 养护机工作流程

首先, 温度、湿度传感器测试水泥混凝土表面温度、湿度, 并将数据传给Zig Bee无线传输模块, 再将其转化为无线信号传递给主机无线接收模块, 主机接收模块再将其传递给PLC, PLC中事先有相关程序, 即根据水泥种类, 混凝土种类设定好临界温度、湿度, 当接收的温度、湿度低于临界值时, PLC控制电磁阀打开, 根据相关温度设定喷水时长, 根据接收信号的位置设定进水水压, 从而实现水泥混凝土定时定距喷灌养护, 工作流程图见图1。

3 智能养护系统工作原理及相关参数计算

1) 智能养护系统工作原理。

在图2中, a, b, c, d, e, f, g, h这几个点处设置温湿度传感器, 各点之间等距, 将这几个点分配到左右两个主机, 分别接收它们的信号, 例如:左边主机接收到b点处温湿度传感器信号并判断其小于临界温湿度, 左边主机将控制水压使其在b, c两点之间部分来回周期性洒水, 同时根据温湿度的值确定整个洒水时长, 时间到, 定时器关闭电磁阀, 水压控制器将水压变为零。

由于该文所述养护原理是通过控制水压实现不同距离的混凝土养护, 因此需要确定的参数即为进水时的起始水压。

2) 起始水压计算。以进水口为基准, 根据短管水头损失计算:

得到:

其中,

其中, p为水压控制器控制后的起始水压;ρ为水的密度;hw为沿程水头损失;ζ为局部水头损失系数;λ为沿程摩阻系数;s为需要喷水的距离。

4 变压式智能养护的优缺点

1) 变压式智能养护的优点。a.避免了人工日夜监测浇灌;b.通过测试温湿度进行浇灌, 规范了混凝土养护;c.通过变化压力避免了大量管路的铺设;d.喷灌的方式有利于形成局部小气候, 减小蒸发量, 节约了用水量。2) 变压式智能养护的缺点。a.在温湿度传感器铺设时较为麻烦;b.要求跟人工洒水一样铺设草垫或麻布;c.水压有最大限制, 喷洒距离不远。

5 结语

本文建立的变压式混凝土智能养护系统实现了混凝土养护的智能化、自动化, 避免了传统混凝土养护时专人监测、专人养护、劳动强度高的缺点, 同时利用温湿度传感器解决了人工对温湿度监测不规范的问题。与此同时, 该养护方式使用了喷灌方法形成了局部小气候, 减小了水的蒸发量。但是由于系统本身问题, 在铺设温湿度传感器时比较麻烦, 水压有一定限定值, 不能实现无限远喷灌。但由于其规范化养护及减少了人工, 其在梁式桥面、水泥混凝土路面以及混凝土楼板的养护有着重要的应用。

参考文献

[1]陈康军.水泥混凝土智能养护系统在桥梁工程中的应用研究[J].公路, 2013 (11) :218-220.

[2]王贤权, 赵晓魏, 王波, 等.浅谈混凝土薄膜养护工艺[J].中国高新技术企业, 2008 (12) :179-180.

[3]林尤莲.规范混凝土养护与建筑质量控制的关系[J].四川水泥, 2014 (11) :94.

[4]张建召.论PLC的应用及其发展[J].现代企业教育, 2010 (6) :134-135.

中职学生智能手机依赖现状的研究 篇8

一、研究方法

1. 研究对象

本研究在吉林市某中职院校, 整群抽样选取在校学生1287人, 作为调查对象。共发放调查问卷1287份, 回收1273份, 实得有效问卷1233份, 有效率95.8%。

2. 研究工具

(1) 中职学生智能手机使用情况表。《中职学生智能手机使用情况表》为自行设计, 包括“一般情况”和“手机使用情况”。

(2) 智能手机使用成瘾测量。本研究采用熊婕编制的《手机成瘾倾向量表》来衡量学生是否存在智能手机依赖。量表有16个条目, 涉及4个维度:戒断症状、突显行为、社交抚慰和心境改变。量表的Cronbach系数为0.83, 重测信度为0.91, 具有较好的信度和效度[1]。

3. 测试过程与统计方法

利用Epidata3.1建立数据库录入采集数据, 用SPSS18.0统计软件对实测数据进行统计分析。采用t检验、单因素方差分析对不同人口学变量进行差异检验, 检验水准α=0.05。

二、结果分析

1. 人口学特征结果分析

由表1可知, 中职学生智能手机依赖在性别 (t=-2.447) 、是否吸烟 (t=4.242) 、是否饮酒 (t=4.138) 、在校食欲是否良好 (t=-2.137) 、每月手机使用费用 (t=-8.281) 、每月上网流量 (t=9.629) 、手机使用的主要用途 (t=4.792) 上有显著差异 (p<0.05) 。性别方面女生手机依赖 (46.7±13.05) 程度高于男生 (38.78±10.89) ;吸烟的学生群体手机依赖程度 (55.08±11.95) 显著高于非吸烟人群 (43.55±12.35) ;饮酒学生群体手机依赖程度 (5 4.2 5±1 1.8 5) 高于非饮酒学生 (43.55±12.35) ;统计结果显示, 在校食欲不好的学生手机依赖程度 (47.79±12.10) 高于食欲良好的学生 (43.00±13.74) ;学生手机依赖程度的高低在每月手机使用费用、每月上网流量方面也体现出显著差异, 手机费用高、流量使用多的学生群体手机依赖的程度高于费用低、流量使用少的学生;在手机使用的主要用途方面也有差异, 选择“网络社交”的学生手机依赖程度高于选择其他用途的学生。

2. 讨论

研究显示, 在人口学特征中, 性别、年龄、是否吸烟、是否饮酒、在校食欲是否良好、每月手机使用费用、每月上网流量、手机使用的主要用途等项目与智能手机依赖存在显著个体差异[1]。在性别上, 女性比男性更容易出现对智能手机的依赖[2]。原因可能是女性的情感细腻, 经常用手机维护朋友圈, 与朋友进行情感交流。女性更关注自己的形象, 上网购物的时间比男性多。女性喜欢用手机观看情感类影视剧。因此女性更容易出现智能手机依赖;研究发现吸烟、饮酒的学生更容易出现智能手机依赖。这样的结果可能是由于有吸烟、饮酒习惯的学生, 自身自控力较差, 对学习不感兴趣, 多数时间内心比较空虚, 把较多时间花费在手机上, 所以较容易出现智能手机依赖;研究显示, 在校食欲不好的学生容易出现智能手机依赖。说明智能手机依赖影响学生的食欲, 原因可能是对手机过度关注的学生, 不能按时吃饭, 经常不按时吃饭, 导致空腹时胃酸分泌刺激胃肠道, 使胃肠功能出现障碍, 如继续发展甚至会影响到学生的身体发育和健康状况;研究还发现, 学生使用智能手机, 主要用途是在网络社交和娱乐方面。原因可能是现在年轻人都通过微信、微博交流, 喜爱明星, 对新鲜的事物比较好奇。每月手机费用越高、使用流量越多的学生对智能手机依赖性就越高。分析原因可能是智能手机依赖的学生, 会长时间使用手机, 所以每月手机费用和手机流量较多。

参考文献

[1]董海军.大学生手机依赖与需求的实证分析[J].中国青年研究, 2014, 04:15-19.

智能混凝土的研究现状 篇9

我国的高等教育研究从20世纪90年代到现在, 经过了信息时代开始走向一个新的阶段, 更加的国际化, 在教育研究方面表现出越来越多的技术化和专业化。现在的高等教育研究越来越多的使用到互联网和数据库, 这就是研究技术化的集中体现。一些大学从很早的时候就开始基于计算机化和网络化开展各项事务, 比如学生注册选课系统、交费系统、工资系统、财务系统等, 这对于高等教育研究来说是前进的一大步。而且在大学管理的很多个领域都可以应用到这些理论和模式, 比如规划研究、学生事务的研究、财政状况的研究、教师事务的研究等。这也是目前美国院校研究所涵盖的六个主要研究内容。

我国的商业智能技术要远远的落后于一些发达国家。与此有关的一些研究报告显示, 在2006年, 世界上的商业智能系统的市场规模已经达到了140亿美元。这个商业智能系统在国外被应用的比较广, 而且很成功, 比如借助了商业智能系统的cadbury巧克力公司, 它的市场份额就在很短的时间内提升了2%等, 还有很多这样成功的应用商业智能系统的案例。

现阶段我国的高等教育信息化主要体现在三个方面:一是包括档案、人事考勤等在内的行政管理类;二是包括教务系统、就业管理、新生入学管理等在内的教学教辅类;三是包括水电缴费、上机管理、门禁管理、校园网缴费在内的一卡通应用类。并且这每个系统之间都是一个独立的个体, 它们的结构、分布情况都是不一样的, 这无疑会给信息的整理工作带来很多的挑战。如果高校的领导想整体的了解一下高校的状况, 没有的一个直接的途径, 必须先进入每个系统, 然后再通过手工整理每个系统中的信息和数据, 最后汇总起来才可以。所以, 现在很多的高校开始把各种应用系统整合在一起, 建立一种统一的信息门户, 实行单点登录, 只有这样, 数据的整合工作才能变得方便和快捷。

总之, 虽然采用商业智能技术对高校的信息整合工作很有益处, 但是现阶段在我国的普及面还不是很广, 甚至一些高校还仅仅处在起步阶段。所以以高等教育院校积极的普及这种商业智能系统, 为更多的用户提供决策支持。

2 项目研究内容、关键技术和研发目标

2.1 研究内容

2.1.1 学生事物的研究

按系部或二级学院按班级对学生个人全部信息, 学生每学期所选课程, 学生每学期各门功课考试成绩。

2.1.2 教师事物的研究

按系部或二级学院对教师个人信息, 教师工资和课时费, 教师每学期所上的课程, 课程名称和课时, 教师每年的科研项目, 发表论文。

2.2 关键技术

2.2.1 数据仓库建立

数据仓库实际上是一个“以大型数据管理信息系统为基础、附加在这个数据库系统之上地、存储了从企业所有业务数据库中获取的综合数据的、并能利用这些综合数据为用户提供经过处理后的有用信息的应用系统”, 它绝不仅仅是一个简单的信息库。

ETL (Extraction Transformation Loading) 就是抽取、清洗、转换、装载, 是数据仓库在实现过程中, 将数据由数据源系统并向数据仓库系统加载的主要过程。ETL过程关系勤数据地质量, 这是非常重要的一个环节, 它是数据整合的解决方案, 也是建立数据仓库系统的关键一环。用户从数据源抽取出所需的数据以后, 经过对数据清洗, 最终按照预先定义好的数据仓库的模型, 将数据加载到数据仓库中去。

2.2.2 联机分析处理

1993年关系数据库之父 (EECodd) 首先提出了联机分析处理 (onLine Analytieal Processing, o LAp) , 这是一种能够为准确定义多维模型、操纵多维立方体提供技术基础。这项技术是孕育用户分析大型数据库对数据包含信息深入洞察的技术。OLAP具有汇总、合并和聚集的功能, 它还能够从不同的角度观察信息, 它是一种分析技术。但是在采用OLAP的工具的时候需要其他分析工具的辅助, 它虽然支持多维分析和决策, 也可以进行深层次的分析, 但只是靠OLAP是不能的。

2.2.3 数据挖掘

通过分析和分类大量的历史和存储数据, 可以发现有效的数据模式与关系的过程就是数据挖掘 (Data Mining, DM) , 其中还包括过去和预测未来趋势的有用信息。数据挖掘是一门涉及面很广的交叉性学科, 包括机器学习、数理统计、神经网络、数据库、模式识别、粗糙集、模糊数学等相关技术, 同时它也是一种发掘型的工具、是一种决策支持的过程。数据挖掘可以做到联机分析处理所不能做到的工作, 它可以发现复杂精细的答案。

数据挖掘能够作为一种依据, 利用预定的规则, 它可以帮助挖掘和分析数据库和数据仓库中的已有数据, 然后识别与抽取出隐含的模式和有趣的知识, 决策者在决策时往往会参考此项数据。从数据中发现模式是数据挖掘的目的, 模式按照功能的不同可以被分成两大类:预测型 (Predictive) 模式、描述型 (Deseriptive) 模式。

2.3 研发目标

在高等院校的校园网站上, 根据用户的不同需求, 可以直接抽取原始数据, 生成相关的数据报表或者是数据分析图。

项目将采用商业智能将高校信息系统中的数据转化为知识, 帮助学校高层领导做出一些重要决策。

3 技术方案及创新点

3.1 技术方案

本项目的研究工作主要包括商业智能理论分析, 商业智能活动图如图1所示, 商业智能架构图如图2所示。实现商业智能的步骤是建立数据仓库、根据主题建立数学模型, 数据挖掘及产生数据分析结果。

(1) 在进行商业智能系统的总体架构设计前, 需要先进行需求分析。

(2) 在数据仓库设计的过程中, 应该注意一些问题。比如分析不同用户的主题时, 应该先分析同类数据源和异类数据源的不同, 并对用户的需求进行一个充分的掌握;建立面向主题的数据仓库时, 应选择Microsoft SQLServer2005数据库管理系统;海量的数据可能会对数据仓库的应用和性能带来一定的影响, 这时可以采取分区表技术解决。

(3) 设计ETL程序包应该以SQLServer2005的5515服务为基础, 然后创建一个中间数据库, 对多个业务系统数据源进行抽取、清洗、转换、加载, 在这个过程中也应该考虑到ETL程序包的执行效率优化的问题。

(4) 研究相关的OLAM相应理论, 在数据仓库的基础上, 利用SQLserver2005的SSAS服务, 创建了面对主题的多维分析模型, 并对其进行了分析;以s QL server2005数据挖掘的流程为指导, 在多维分析模型的基础上创建了挖掘模型, 面对探讨的问题, 讨论了基于Mierosofts QLserver2005的决策树算法, 实现了基于OLAM技术的各类指标的查询、分析与挖掘。

(5) 要想展现数据的多样化, 那么系统前端数据展现平台应该采用SQLServer2005 Reportserviees。

3.2 创新点

(1) 提出将商业智能应用于高校信息系统。目前商业智能系统已经随着高校校园信息化进程的推进而得到了广泛的应用, 但是各应用系统的数据是分布的、异构的、彼此独立的, 信息不能互通。本项目研究有效解决各种应用系统的数据整合问题。

(2) 本项目提出了以数据仓库技术为核心、以联机分析处理技术和数据挖掘技术为手段的商业智能解决方案。它可以满足各种不同用户的需求, 最终形在报表和统计分析图, 也可以用于指导学校高层领导的重要决策。

摘要：随着现代高等教育竞争地日趋激烈, 大学的管理和决策变的更加错综复杂。如何从成千上万地数据中迅速快捷的提炼和挖掘出有用地信息和知识;如何通过纵横向比较研究认识了解和预测高校地发展优势、遇到的问题;如何增强应对社会经济, 特别是现代高等教育市场发展变化地敏感能力;如何构建强大集数据储存、集成、挖掘、分析和报表为一体的知识信息系统是当前院校研究普遍关注的问题。

关键词：商业智能,高校智能,可行性,体系

参考文献

[1]蒋萌.中职学校数字化校园建设的实践探索[J].浙江现代教育技术, 2009 (01) .

[2]刘小波, 陈志民, 叶志婵, 刘华日.无线网络在数字化校园中的应用[J].现代计算机 (专业版) , 2010 (04) .

交流电力智能传感器的研究现状 篇10

传感器是现代信息的获取源头, 已深深融入人们生产生活的方方面面, 为人类带来极大便利[1,2]。作为传感器技术未来发展的主要方向, 智能传感器因为其功能、可靠性、精度、兼容性、组网性等优势发展迅速, 已经广泛运用于工业控制、航空航天、交通、通信等各个领域。如飞思卡尔公司的智能型精密压力高度计MPL3115A2, 具备多种智能功能, 可提供精确的高度、压力、温度信息。

1 智能传感器的定义与发展演变

智能传感器的英文名词为“Smart Sensor”或“Intel-ligent Sensor”, 目前尚无统一明确的定义, 一般来说, 智能传感器在结构上由传感器和微处理模块、网络通信模块等组成, 依靠微处理器的计算和数据处理功能, 不仅可实现模拟信号到数字信号的转化, 也可对采集的原始数据进行存储加工。传感器是一种不仅能感受温度、湿度、气体浓度、流速、流量等被测量量的信息, 并能将其转换为电信号或者其他形式的信息输出的装置。微处理模块构成了智能传感器的核心, 传感器输出的电信号经过信号调理电路的滤波、放大、A/D转换后, 在微处理器中进行数据的处理、存储、反馈调节。

几十年来, 伴随着传感技术、计算机技术等科学技术的发展, 智能传感器发展迅猛。根据其演变和发展大致可分为数字化阶段、智能化补偿与校准阶段以及智能化应用与网络阶段。

数字化阶段:典型物理结构包括传感器、数字变送, 主要特点在于仅将原属于仪表的放大和A/D变化电路与传感器结合, 而不改变传感器本身的制造、补偿等工艺, 以实现输出数字信号。虽然克服了模拟传感器信号抗干扰能力差、输出距离短等缺点却不能实质提升传感器性能。

智能化补偿与校核阶段:典型结构组成包括模拟式传感器、数字变送、智能化补偿校准软件。硬件方面引入了微处理器和温度传感器, 基于软件实现线性、滞后、零点、温度等补偿。建立在人工智能等理论基础上, 使用合适的数据处理方法实现补偿的智能化软件补偿技术构成了该阶段的技术核心。数字变送部分主要包括放大、滤波、A/D转化、微处理器、温度传感器等硬件电路, 它们被封装在传感器壳内或组成独立的组件。此类智能传感器可大大提高传感器的稳定性、可靠性、准确性。

智能化应用与网络阶段:典型结构组成包括模拟式传感器、数字变送、智能化补偿校准软件、网络支持、智能化传感器控制软件。引入微操作系统和网络通信技术、建立人机交互界面, 形成智能传感器的标准软硬件体系。此类传感器具备一种或多种信号检测能力, 可完成信号的检测与处理、逻辑判断、双向通信、自检和自诊断、功能计算、智能校正与补偿、网络通信等功能。如德华佳业公司的DHZC WIFI系列智能化压力传感器具备数据处理、自诊断、自补偿、在线校准、逻辑判断等功能。采用标准的IEEE802.11 b/g/n网络接口, 应用层协议为SCP-WIFI, 具备良好的互换性和兼容性。

随着科学技术的发展进步, 智能传感器的功能会越发强大。融合人工智能、神经网络、信息处理技术等, 它将会拥有分析、判断、学习以及适应等更多更高级功能, 可能完成识别、检测等更加复杂的任务。

2 智能传感器的应用与发展方向

最早应用智能传感器的是航天领域, 飞船上需要大量传感器以获取测量速度、加速度、姿态、温度、湿度等众多参数信息。大量的未经处理的信息若直接上传到飞船计算机中, 会大大增加主机的负担, 采用分散处理的方法, 即先由传感器自身的微处理器对原始数据进行预处理, 再送到主机集中处理, 大大调高了效率与可靠性。美国新一代载人飞船“猎户座”试飞时使用了1200个传感器来记录数据, 用于全面测试“猎户座”的隔热罩、降落伞和其他系统的性能。

在食品生产中, 使用智能温度传感器进行温度检测, 提高了温度测量和报警的准确度, 减少人工经验误差, 大大减小了超温度炒坏作料情况出现的概率。医学领域, 美国Cygnus公司研制的“葡萄糖手表”, 患者戴上它可实现连续的血糖测试, 血糖浓度以数字量显示。工业控制领域, 霍尼尔公司的ST-3000型智能传感器拥有微处理器和存贮器, 可实现静、差压和温度的计算, 并能对采集的信号进行检测和处理。

智能传感器未来的重要发展趋势是微型化、集成化、网络化和虚拟化。随着微型机械加工和集成电路技术的发展, 基于硅材料的智能传感器将实现结构上的微型化和集成一体化。ST公司推出了超薄3轴加速度计LIS331EB, 在3x3x1mm LGA超薄封装内整合一个嵌入式微控制器和一个3轴加速度计, 具备先进的运动识别功能。传感器技术、计算机技术和通信技术的融合推动了智能传感器的网络化发展, 其核心是带有网络接口的微处理器, 并集成多个传感、信号处理等单元, 可实现数据交换与共享[3]。虚拟化则是在普通硬件平台上通过软件实现其特定功能, 有利于产品研发周期的缩短和可靠性的提高。

3 交流电力智能传感器的研究现状

电能质量关系到供电、用电系统及其设备正常工作的电压、电流的各种指标偏离规定范围的程度。理想的电能应该是完美对称的正弦波 (频率50Hz) 。一些因素会使波形偏离对称正弦, 以三相交流电力系统为例, 电能质量问题产生的原因在于电力系统中发电机、变压器和线路等不是对称或者理想线性的, 各种负荷性质不同且处于随机变化中, 再加上电力调控的不完善、外来干扰、故障等原因使各相的电压、电流处于幅值相等、相位差120度的理想对称状态不存在, 从而带来电网运行、设备和用电中的种种问题。

交流电智能传感器的信号处理与分析主要包括传感器的粗信号处理和自校正。智能传感器的感知部件首先将被测物理量信息转换为电压、电流等电信号, 随后信号调理电路对此信号进行滤波、放大等预处理。粗信号处理则是计算、分析预处理后的信号, 并获得具有相当知识级别、可直接用于通讯的信息。基于误差最小二乘法、相关性等原理, 人们研究了电压有效值、初相位、电力功率分析误差LMS法、拉格朗日插值法等算法, 比传统的定义法具有计算量少, 误差低等优点[4]。自校正属于细信号处理, 是智能传感器对自身各组成部分状态、系统参数和特征参数的校正。人们采用多项式差值、人工神经网络理论研究了自校正和非线性融合逆模型等方法[5]。

4 结论

未来智能传感器将向纵、深两个方向发展, 微型化、集成化、网络化和虚拟化是其未来重要的发展趋势。随着材料技术、微加工技术、传感技术、计算机技术、网络技术的发展, 智能传感器将迎来更大发展, 也将更多的应用在机器人、自动化工厂、智能交通、智能家居等生产生活领域。对于交流电智能传感器, 人们对其信息感知、信号调理和通讯三方面进行了卓有成效的研究工作。然而专门针对其信号处理方法、技术的研究, 国内外鲜见报道, 根据传统的定义法、简单的粗细信号处理方法尚难以满足智能传感器高精度、高可靠性、高性价比的要求。

参考文献

[1]张晋斌.传感器技术发展的必要性、趋势及建议[J].仪器仪表学报, 1997, 18 (5) :132-135.

[2]孙圣和.现代传感器发展方向[J].电子测量与仪器学报, 2009, 23 (1) :1-10.

[3]黄勇.网络化智能传感器的现状与展望[J].企业经济, 2003 (06) .

[4]王凯, 肖继学, 李世玺.交流电压智能传感器中关键采样点的估计[J].西华大学学报 (自然科学版) , 2010 (03) .

智能混凝土的研究现状 篇11

联合国发表报告指出,在21世纪上半叶,老年人口将增加2.3倍,老年人口占总人口的比例将达到20%,全世界人口老龄化进程正在加快,今后50年内,60岁以上的人口比例预计将会翻一番。由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加,他们存在不同程度的能力丧失,如行走、视力、动手及语言等。这一特殊群体的医疗和护理,将成为经济和社会发展的巨大压力。为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具,帮助他们提高行动自由度,让他们能参加到健全人的正常生活中区,重新融入社会,目前许多国家对智能轮椅进行了研究。

智能轮椅是将智能机器人技术应用于电动轮椅,融合多种领域的研究,包括机器视觉、机器人导航和定位、模式识别、多传感器融合及用户接口等,涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术。本文将对智能轮椅的国内外研究现状进行总结,并对关键技术进行分析。

1 智能轮椅国内外研究现状

1.1 国外研究现状

自1986年英国开始研制第一辆智能轮椅来,许多国家投入较多资金研究智能轮椅,如美国麻省理工学院Wheelesley项目[1]、法国VAHM项目[2]、德国乌尔姆大学MAid项目[3]、西班牙SIAMO项目[4]等。由于各个实验室的目标及研究方法不尽相同,每种轮椅解决的问题及达到的能力不同。初期的研究,赋予轮椅的功能一般都是低级控制,如简单的运动、速度控制及避障等。随着机器人控制技术的发展,移动机器人技术大量用于轮椅,智能轮椅在更现实的基础上,有更好的交互性、适应性、自主性。

希腊Foundation for Research&Technology Hellas开发了已商业化的智能轮椅MEYRA[5],如图1所示,由笔记本电脑控制,安装有6个声纳传感器、里程计和全景视觉传感器,增加了传感器、计算功能、为实现导航用的电子器件以及用户界面(触摸屏、声音命令)等模块。用户可通过操纵杆直接控制或通过与轮椅串接的电脑间接控制该轮椅,神经全景摄像头具有360度视野范围。计算机系统由一个笔记本电脑和5个通过CAN总线连接的微处理器组成,笔记本电脑处理视觉信息并通过合适的软件接口与用户进行通信,一个微处理器用来在轮椅控制单元和笔记本之间通过串行接口通信,三个用来接收、处理声呐传感器数据,最后一个用来接收、处理里程计数据。

韩国高级科技研究所KAIST开发的智能轮椅[6],如图2所示,其控制器由3部分组成:PC机,操纵杆模块和动力模块。安装在轮椅背部的PC机可高速、实时处理来自传感器的数据,由Linux系统以及RTAL (Real Time Application Interface)来实现实时数据处理。操作杆模块接收用户的意图指令并把它们转换成对应的控制命令,动力模块把这些指控命令转换成动力信号来控制轮椅,并监控轮椅的当前状态。为实现自主运动,该轮椅还安装有激光传感器和两个增量编码器。考虑到有些用户不方便使用操作杆,在用户右臂前方还安装有液晶触摸屏,用户也可以通过该触摸屏来控制轮椅的运动。

德国不莱梅大学开发的智能轮椅Rolland[7],如图3所示,通过用户的语言信息来扩展其内部的地图信息,可通过操作杆控制,能把用户语言(英语和德语)转换成XML形式进行分析。该系统面临的最大挑战是语音识别问题,如何使机器人理解用户发出的语言信息,且这种信息必须是精确的、明确的、连续的,不能模糊、有歧义,目前研究人员正在增加其他模块来扩展其语音功能。同时该大学自动化研究所还开发了如图4所示的轮椅FRIEND[8],通过语音进行控制。

西班牙Malaga大学开发的智能轮椅SENA[9],如图5所示,该轮椅前方安装有一个180度径向激光扫描仪,用来检查运动障碍,构建环境地图和定位。轮椅四周安装有13个红外传感器来探测近距离的障碍,前方还安装有2个旋转声呐传感器,用来探测那些不易被激光传感器捕捉的透明的、狭窄的物体。轮椅后部上方还安装有CCD摄像头,模拟人眼的功能。轮椅还安装有2个小的扬声器和蓝牙耳机,通过语音识别软件可以和用户进行语言通信。

澳大利亚Monash大学智能机器人中心的Ray Jarvis教授开发了一个四轮驱动的智能轮椅[10],如图6所示,该系统在保护用户的同时可以提供最大的自由度,软轮胎设计适宜森林路径和海滩。国立澳大利亚大学的Alex Zelinsky教授在该机器人基础上引入眼睛跟踪仪,该轮椅区别于其他轮椅的特点是系统通过探测用户面部角度和瞳孔方向来控制轮椅,使其可以沿着用户目视的方向运动,当用户向下看时轮椅减速,眼晴抬起时轮椅加速。

日本残疾人国家康复中心开发了针对物理残疾者使用的智能轮椅[11],如图7所示,该轮椅区别于其他同类产品的最大特征是在用户头部的上方安装有多个视觉传感器,可以探测360度范围内的物体。当传感器探测到障碍物时轮椅可随时停下,借助于集成Wi-Fi技术,轮椅甚至可以把混合图像传输到电话中。该轮椅也可通过使用者的手势来控制运动方向。

日本研究了一个智能轮椅的实验样机[12],其在一个商业轮椅的基础上改装而成,由一台PC机和视觉跟踪系统组成,如图8所示,通过观测用户的非语言行为来理解用户意图,使用户的操作降至最少。由于用户的意图大多表现在脸上,实验系统通过观测人脸,计算面部方向来实现控制。目前只实现了第一步功能:通过观测人脸的方向来控制系统的运动。

1.2 国内研究现状

我国智能轮椅研究起步较晚,在机构的复杂性和灵活性上和国外相比有一定差距,但也根据自身特色研制出技术指标接近国外先进水平的智能轮椅。研究单位有中科院自动化所、上海交通大学和香港中文大学等。

中科院自动化研究所正和英国Essex大学合作开发智能轮椅RoboChair[13],如图9所示,其安装有视觉系统和3G无线通信系统,必要时护理人员或用户的亲属可对其进行远程监控和通信。

香港中文大学高级机器人实验室开发的智能轮椅[14],如图10所示,这个项目的目标是开发一辆具有友好的人机界面的智能轮椅,它可以用来做很多高级控制。同时它采用了人的行为模型来提高传统轮椅的可用性和功能。

2 智能轮椅关键技术分析

智能轮椅一般由以下3个部分组成[15]:(1)导航系统,(2)运动控制系统,(3)人机接口。下面介绍其关键技术的研究现状。

2.1 导航系统

所谓导航就是指移动机器人按照预先给定的任务命令,根据已知的地图信息作出全局路径规划,并在行进过程中,不断感知周围的局部环境信息,自主地作出各种决策,并随时调整自身位姿,引导自身安全行驶到目标位置。导航系统要解决的问题[16]:一是轮椅空间位置、方向、环境信息的检测;二是所获信息的分析及环境模型的建立;三是使轮椅安全移动的运动路径规划。

导航的方法很多,根据环境信息的完整程度、导航指标信号类型、导航地域等因素的不同,可以分为基于地图导航[17]、基于航标导航[18]、基于视觉导航[19]、基于传感器导航[20]、基于味觉导航[21],或是其中几种方法结合起来构成导航系统等。

无论采用哪种导航方法,智能轮椅都应具有路径规划与避障、探测与定位等功能。智能轮椅自主导航主要由环境感知、自定位、运动路径规划、目标确定和障碍检测与避障等几个功能模块组成,下面分别介绍这几个功能模块。

(1)定位技术

作为移动机器人导航的最基本环节,定位是确定移动机器人在二维工作环境中相对于全局坐标的位姿。在工作场景构成的地图中,由于智能机器人的工作环境基本上可以看作是一个平面,所以不考虑地面高度的变化,所以机器人定位就是确定(X,Y,θ),其中,X、Y是机器人在全局地图中的位置,是机器人的朝向。θ当前定位方法主要分为4类[22]:(1)全局定位法;(2)相对定位法;(3)地图匹配法;(4)声音定位法。

(2)多传感器信息融合

智能轮椅一般处于非结构化环境,周围环境信息往往是多义的、不完全的或不准确的,而且可能随着时间而变化,所以智能轮椅一般采用基于传感器导航,即通过多传感器收集数据,获取机器人活动的周围环境信息,用一定算法对数据进行分析、融合,为导航系统提供正确的决策,所以环境信息采集和建模是研究的关键问题之一。由于智能轮椅导航的实时性和避障可靠性要求,获取环境信息的传感器既要有足够的视场用以覆盖整个空间来获得完整的环境信息,又要具有较高的采集速率以保证机器人运动时能够提供实时的信息。所以智能轮椅在行驶时必须不断地感知周围环境及自身状态信息,只靠一种传感器难以完成对环境的感知,所以一般装有多种传感器。为了有效地利用多传感器提供的信息,需要对其进行融合处理。

(3)路径规划

智能轮椅路径规划可以划分为2种类型[23]:一种是基于环境先验信息的全局路径规划,另一种是基于传感器信息的局部路径规划。全局路径规划的任务是在具有障碍物的环境中,根据全局地图数据库信息,按照一定的评价标准,寻找一条从起始状态(起始位姿)到目标状态的无碰撞路径,其研究方法主要有以下几种:构形空间法[24]、环境地图法[25]、自由空间法[26]和栅格法[27]等。

基于传感器信息的局部路径规划是指机器人以传感器得到的周围局部环境信息和自身状态信息为基础,实时规划出短期内一条无碰撞的理想局部路径。研究方法主要有:空间搜索法、基于融合数据的直接规划法、层次性感知一动作行为法、势场法、占据栅格图法、模糊逻辑法和神经网络法等。

(4)目标确定

目标确定的基础是目标识别,即使用者让机器人运动到某一个地方,这个地方如何定义,如何识别,这是路径规划的前提,只有选定了目的地,才能进行路径规划。目的地的定义和识别有以下几种方法[22]:

最常用的方法是基于地图,即在地图上选定一个目的地,这种方法最简单,且后来的路径规划也很简单。第二种方法是通过路标或信号源来定义目的地,该方法只能随机行进边走边识别目标标志。第三种定义方法是交互式定义,用户通过一系列行进指令来定义目的地。该方法的优点是不需要详细知道工作环境且把总的行进速度分解为若干个子任务,减少了复杂度。

(5)障碍检测与避障

机器人行走过程中可能会遇到障碍,障碍分两类[22]:静止障碍和移动障碍。对于静止障碍,机器应该能够规划出一条道路来绕过障碍,这有点类似路径规划,采用地图或者采用势场法等,这是比较简单的一种情况。

比较复杂的是移动障碍,分为2类:有规则的和随机的。对于有规则移动的障碍,可以预先把障碍可能出现的位置和时间计算出来,在路径规划时就考虑到,从而选出一条合适的路径。但有时虽然移动障碍是规则的,但机器人并不知道其运动参数,这时就需要首先把该障碍物运动姿态和参数估计出来,然后规划路径,此时时间花费量较大。

无规则的移动障碍是无法预先对其运动情况进行建模的,此时就需要用到目前最常用的避障方法一随机避障法。所谓随机避障法,就是对所有的障碍都不去管它,机器人按照预先规划好的路径前进,好像没有障碍一样,它的探测器时时检测周围物体的变化情况,一旦发现有物体进入危险范围以内,立即停车。如果发现有可能碰撞,应立即采取措施躲避。这种避障方法的优点显而易见,简单可行,但缺点也很明显,如果遇到高速运动的障碍物很可能发生碰撞,并且由于随机躲避障碍,可能会影响原来的行进计划,远离既定行进路径。

2.2 运动控制系统

运动控制是研究自主移动机器人技术较为活跃的课题之一。机器人按照存储在其内部的地图信息,或根据外部环境所提供的引导信号(即通过对环境的实时探测所获得的信息)规划出一条路径后,还必须能够沿着该路径在没有人工干预的情况下,采用跟踪控制和避障技术移动到预定目标点,实现机器人导航。

跟踪控制是移动机器人运动控制的一个重要问题,分为位置跟踪和位姿跟踪。位置跟踪较为简单,可以通过一些经典非线性控制方法进行控制,如Lyapunov方法、静态反馈线性化等。位姿跟踪根据参考路径是否依赖于时间变量又可分为路径跟踪和轨迹跟踪,前者参考点独立于时间变量,期望轨迹是由几何参数(如路径的弧长)来描述的。而后者参考点依赖于时间变量,要求跟踪的期望轨迹是以时间关系曲线图给出的。

如果只要求移动机器人能够精确跟踪规划出的路径,而对于何时到达何地并没有要求,就是路径跟踪问题。路径跟踪中的关键是确定期望参考点。这些期望参考点的选择都带有人为因素,将对控制性能产生影响。

轨迹跟踪问题一般通过控制移动机器人跟踪虚拟参考移动机器人来实现。基于Lyapunov方法可以设计稳定的控制律,并可根据移动机器人的伪线性化(pseudo-linearized)系统确定控制参数。静态反馈线性化方法能实现机器人位置跟踪,但却不能满足位姿跟踪的要求。

智能轮椅控制系统应是对外界环境高度开放的智能系统,行走时对各种道路状况做出实时感知和决策,根据局部规划的结果和当前轮椅的位置姿态和速度向机械装置发出驾驶命令,实现避障、前进等功能,并在保证用户舒适度的前提下提高移动速度。因用户要平滑、安全地使用轮椅,系统要有足够快的反应能力,要求处理速度快,满足实时性的要求,且正确度高。故控制算法的研究特别重要,常用控制算法[28]有最优控制算法、PID路径跟踪算法、预瞄控制算法、模糊控制算法和神经网络控制算法。实际控制通常采用多种算法综合,以期达到最佳控制效果。

2.3 人机接口

智能轮椅的关键技术之一就是实现与使用者和谐交互的技术。这种交互包括2方面的要素:一方面使人能更自然地控制轮椅;另一方面使轮椅可以较好地理解人的思维和命令。要实现以上功能,就需要设计友好的人机接口。下面介绍几种目前有代表性的人机接口。

(1)呼吸驱动

呼吸驱动模块作为智能轮椅的人机界面实际上是作为另一种方式来激活驾驶系统的控制按钮,用户可以简单地在一个压力开关上吹气来激活期望的输出,从而实现对轮椅的控制。西班牙SIAMO智能轮椅[4]中所采用的呼吸驱动模块基本上是实时驱动的。其关键技术为差动气流传感器。该模块可以检测输入的呼吸气流的强度和方向,输出经过处理和编码后的控制命令传送到导航模块。传感器的信号可以被分为5个等级:强吹、弱吹、无吹气、弱吸和强吸,用于控制轮椅的线速度;检测到的气流的方向用于控制轮椅的角速度。

(2)语音控制

语音交互是一种很自然的交流方式,适合于大多数的智能轮椅使用者。语音交互人机界面的设计,使人能够通过语音控制轮椅自由行走,轮椅也可以与用户进行简单的人机对话功能。因为装有语音识别技术,乘坐者可以通过直接“对话”来控制轮椅的行动。在经过对室内环境的训练学习后,智能轮椅可以根据人的命令自动到达室内指定位置,如果前进道路上遇到障碍,智能轮椅会“说”前方有障碍物,停止,并提示乘坐者进行决策,然后根据用户口令或自动启动避障功能进行避障行驶或改变前进方向。采用语音控制的轮椅如德国不莱梅大学研制的Rolland[7]和FRIEND[8]等。

(3)鹰眼系统

研究显示,人的视线在±30°之间电动眼图的电压呈线性分布,人的这种控制视线方向的能力也可以用于与机器的交流。眼动电图(Electrooculography,EOG)是通过记录角膜和视网膜之间极化和去极化所产生的电压感测眼球运动的方法。智能轮椅中所采用的眼动电图是通过在眼睛周围放置5个电极而获得的。波士顿大学研究了鹰眼系统用于帮助丧失语言和肌肉控制能力的人群,允许用户通过移动头部或眼睛来移动屏幕上的光标,只需凝视屏幕上某个小区域一定时间即可进行鼠标选择,相当于鼠标单击,此技术基于测量眼电图或眼电压。EOG反映眼睛相对于头部的位置的微电压,从而推算出眼球和颅骨之间的相对位置。此技术的应用使全身瘫痪的残疾人能够运用眼球或头部的活动控制智能轮椅[1,10]。

(4)手势驱动

用户带上绿色(或红色)手套,将CCD摄像头得到的图像信息通过基于光泽度的颜色分离来提取手部区域的图像。系统再通过计算手部区域的面积、质心和食指指尖的位置等得到一个特征向量,从而获得方向等控制指令[11]。为了获得较多的控制性能并与其他的非控制命令区分开,多采用双手图像识别。该系统在技术上主要采用图像识别技术,用户使用起来也较为方便。

(5)头部运动驱动

该方法原理大致如下:首先,系统通过摄取头部图像的黑白摄像头提取较大的一块皮肤区域,即面部区域;其次,通过阈值处理,从面部区域中提取眼、眉、口、鼻等面部特征;再计算面部特征在纵轴上的投影,其中2个较为接近的峰值区域即为眼-眉区域;接着系统计算水平轴上的投影来确定眼眉区域的水平范围;最后沿两眼质心的连接线测量得到右眼尾部距脸部右侧边缘线的距离,同样地,得到左眼的距离。比较两者的值,就可以判断出头部的转向[12]。除此之外,还可以用更为精确的面部匹配的方法得到头部的转向。

这种人机界面,用户使用起来方便,不会觉得是一种负担。设计时除了相关的技术处理以外,还要采取一定的方法与用户的非控制命令动作区分开,如系统可以仅对较慢而稳定的面部运动产生动作。

上面介绍的各种人机界面,各有所长,但为了适合不同用户和不同场合的需要,一台智能轮椅通常装有多种人机界面,例如美国麻省理工智能实验室的智能轮椅威尔斯利[1]有3种人机界面:笔记本电脑上的菜单界面、操纵杆以及眼电图的控制界面。我国中科院的多模态智能轮椅[13]的人机界面包括屏幕菜单和语音交互的人机界面,另外还开发了头部运动驱动方式。这样既可以提高轮椅运行的可靠性,又可以方便用户,但也提高了造价。

3 结论