信息获取与应用的若干关键技术研究

信息获取与应用的若干关键技术研究

论文摘要

信息链由信息获取、信息传输和信息传处理三个环节组成,他们构成了信息获取科学的三大学科支柱,即信息获取、计算机、通讯。目前,信息处理和信息传输方面的学科建设同趋成熟和完善,而信息链的源头—信息获取仍旧停留在传统的传感技术和检测技术等较低层次,逐渐成为21世纪信息科学与技术发展的瓶颈。创建“信息获取科学与技术学科”,是信息化时代在传统的传感技术和检测技术基础上进行学科升华,它在科学的深度和技术的广度上突破了原来的界限,是一个具有基础性、前瞻性、战略性的创新研究方向,有重要的意义。已经有不少学者对此进行了研究,状得了相应的成果。本文力图沿着这个创新方向,在前人的基础上,研究信息获取科学的若干基本问题,希望能够为以后的学科建设起到抛砖引玉的作用。本文主要做了以下几个方面的工作:一,以溯源论的思想,对传感技术和检测技术的物质层进行了内在基本原理分析。从微观粒子运动和物理基本相互作用的角度,针对物质层进行信息获取概念的界定,指出信息即物质存在形式的外在表达,信息获取即通过一系列手段对信息进行转换和捕获。这种概念源自物质的基本存在形式,适合于传感器领域的普适性分析。二,在物质层研究中,从微观粒子运动角度切入,对常见敏感效应进行了剖析,基于物质粒子运动形式和信号传递机制的区别,提出一种传感器二元法分类,提出了传感器族属概念:并在此基础上挖掘出相应的敏感机理族群效应。该族群效应具有几个明显的特征:1,不同族传感器性能差异明显;2,同族传感器其性能相近;3,传感器族属关系越近则性能差别越小。针对传感器物质层进行了信号传递分析,建立了一个多环节误差传递数学模型,并基于此给出了相应的误差累计传递函数及相应的性质,用于评估误差在物质层的累计程度,给出一种通过减少环节来降低误差的设计策略。三,在信息获取数据层研究上,针对数宁滤波用的差分方程,给出了一种完全线性化的变形Z变换降阶算法。该算法本质上是通过对Z变换和逆变换进行线性化处理,避免求导和留数运算,仅涉及行列式和矩阵算式,非常适合计算机自动求解,并且结果为具有重要分析意义的封闭解。该算法针对不同的方程特征根,依次对输入项进行拆分处理,利用递推操作对差分方程进行降阶表达,再结合矩阵和行列式工具运算,直至获得最终封闭解,并给出了建立在克莱姆法则上的封闭解判据。该算法的严格证明和实例分析都一并在文中得到详细阐述。四,在信息获取特征层研究上,提出一种利用模糊数学实现瓦斯突出特征快速识别的算法。并以国家自然基金重点项目(煤矿瓦斯传感技术和预警信息系统基础理论与关键技术研究No:50534050)为应用背景,分析了煤矿瓦斯突出与正常涌出的浓度数据,通过深度挖掘瓦斯浓度变化的特征,建立瓦斯突出浓度模型,利用模糊推理区分瓦斯涌出与瓦斯突出,实现瓦斯突出预警;瓦斯突出预警装置模拟试验显示,瓦斯突出能够得到有效预警。该系统能够比较方便的与煤矿瓦斯监测系统直接接驳,对煤矿安全生产有一定的应用价值。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 学科背景
  • 1.2.1 信息产业瓶颈
  • 1.2.2 军事斗争需求
  • 1.2.3 经济产业需求
  • 1.2.4 医疗安全需求
  • 1.2.5 极限环境需求
  • 1.3 国内外发展现状和趋势
  • 1.3.1 国内外发展对比
  • 1.3.2 发展趋势
  • 1.4 传统传感器分类法、误差、数字滤波理论的局限性
  • 1.4.1 经典分类方法的局限性
  • 1.4.2 信息时代下经典误差模型的局限型
  • 1.4.3 信号滤波中的计算机解析计算
  • 1.5 本文的主要工作内容和创新点
  • 1.6 本文内容安排
  • 第2章 信息获取学科的框架和建设
  • 2.1 引言
  • 2.2 信息获取学科的内涵和任务
  • 2.2.1 自上而下的设计
  • 2.2.2 普适性模型
  • 2.3 信息获取学科的研究框架
  • 2.4 信息获取学科的建设概况
  • 2.4.1 相关国际学术期刊和学术会议
  • 2.4.2 信息获取的理论模型研究概况
  • 2.5 小结
  • 第3章 信息获取物质层的族群效应及误差数学模型
  • 3.1 物质层的信息定义
  • 3.1.1 电磁基本相互作用
  • 3.1.2 物质层敏感材料分析
  • 3.1.3 物质层信息概念
  • 3.1.4 信息内涵阐述
  • 3.2 传感器的二元法分类
  • 3.2.1 传感器传统分类
  • 3.2.2 信息获取物质层的传感器二元分类
  • 3.3 二元法分类下的传感器族群
  • 3.3.1 1111型传感器
  • 3.3.2 1110型传感器
  • 3.3.3 1101型传感器
  • 3.3.4 1100型传感器
  • 3.3.5 101型传感器
  • 3.3.6 100型传感器
  • 3.3.7 011型传感器
  • 3.3.8 010型传感器
  • 3.3.9 000型传感器
  • 3.3.10 001型传感器
  • 3.4 二元法分类下的族群特征和应用
  • 3.4.1 二元法分类族群效应总结
  • 3.4.2 族群的响应频率效应验证
  • 3.4.3 族群效应的预测与实例验证
  • 3.5 物质层误差传递模型
  • 3.5.1 传感器传统的误差分析理论
  • 3.5.2 误差的多环节模型
  • 3.6 小结
  • 第4章 信息获取数据层差分方程算法研究
  • 4.1 Z变换简介
  • 4.2 拆分函数
  • 4.3 变形Z变换方法
  • 4.4 变形Z变换方法流程和判据
  • 4.5 算法执行实例分析
  • 4.5.1 高阶多输入项差分方程实例分析
  • 4.5.2 变形Z变换与Z变换的对比
  • 4.6 小结
  • 第5章 模糊数学在信息获取特征层的应用
  • 5.1 瓦斯突出问题和研究现状
  • 5.2 瓦斯突出/涌出数学模型
  • 5.3 基于模糊推理的瓦斯突出识别
  • 5.4 小结
  • 第6章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 在读期间参与的科研项目、发表的学术论文与获得专利
  • 相关论文文献

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