重点实验室

山东省高校”信息物理融合与智能控制”重点实验室介绍

上传时间:2014-10-12浏览次数:

一、实验室“十一五”基本情况

(一)学术队伍(规模,结构:年龄、学位及职称等)

本实验室成立于2005年,主要面向蓝色经济建设,融合通信技术、计算机技术、信息处理技术和智能科学与技术,对集约化数字化水产养殖管理与控制、海洋信息探测与海洋环境监控、船舶及海运信息融合与交互、海陆水(地)下目标自动识别与信息可视化、基于物联网的海量数据智能挖掘等关键理论和技术展开研究。实验室依托鲁东大学现有的计算机科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程、交通运输工程、船舶与海洋工程等学科,以bob网赌教师为主要科研力量组成。实验室现有研究人员38人,其中教授9人,副教授15人,讲师15人,博士17人,45岁以下教授5人,45岁以下副教授10人,35岁以下中级职称14人。

(二)条件建设(实验室面积、仪器设备原值及主要设备清单等)

重点实验室下设信息系统与控制实验室、嵌入式系统实验室、软件工程实验室、网络工程实验室、感测技术实验室、知识工程研究中心6个分室,拥有满足信息处理、模式识别、软件工程研究、嵌入式系统和信息网络工程研究与开发所需的各种设备。实验室总面积约1700平米,实验设备总额约620万元。

(三)科学研究(省部级以上科研项目、主要科研奖励、代表性论著、专利以及标志性成果)

1. 本实验室2006年1月以来完成的主要科研项目

2. 本实验室目前承担的科研项目

3. 本实验室2006年1月以来所取得的代表性成果(专著、论文、专利等)

4.本实验室2006年1月以来所获得的重要科研奖励

(四)人才培养

本实验室依托bob网赌,学院现有5个学科,已形成由“计算机科学与技术”、“软件工程”、“网络工程”、“信息工程”、“信息管理与信息系统”、“通信工程”、“自动化”7个本科专业和“计算机应用技术”硕士授权点组成的信息与电气学科(专业)群。学院在校生3200多人。

学院围绕应用型人才培养改革,加大学科(专业)交叉和融合力度,进行应用型、复合型人才培养改革实践,以学科建设提升本科专业建设和应用型人才培养的水平,建立以计算机科学与技术、电子科学技术为支撑,面向工程应用的计算机软件工程、信息系统工程、信息检测与模式识别、智能信息处理、信息物理融合、系统集成等领域的人才培养体系,为实施通识教育,培养复合型、应用型高素质技术人才奠定学科基础。

在应用型人才培养及实践教学实现途径上,构建三层次工程实践教学体系,一是以实验教师为主体,用于理论教学的实验教学中心(计算机科学与技术实验教学中心、电工电子技术实验教学中心);二是以专业骨干教师为主体,面向工程实践、校企共建的工程研究中心;三是以学科带头人为主体,面向应用基础研究的省高校重点实验室。搞好这三个层次的实验室建设,通过建立激励制度,吸引和鼓励学生进入实验室、进入教师的课题组,发挥各级实验室在应用型人才培养中的作用。

几年来,坚持基础理论教学、综合素质培养、工程化能力训练并重,进一步优化课程体系,大力加强应用型人才培养改革。学生动手能力和创新能力不断提高,在各类教学竞赛中获得较好成绩。我院学生先后获得“全国大学生数学建模竞赛”一二等奖 17项、山东省一二三等奖 49项;获得“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品大赛、“全国嵌入式软件设计比赛”、“全国大学生计算机仿真大赛”等奖16项。

二、实验室的研究方向和主要研究内容

(一)实验室的研究方向

在科研方面,实验室面向山东半岛蓝色经济区和社会发展需要,瞄准科技发展与应用前沿,融合通信技术、计算机技术、信息处理技术和智能科学与技术,对以嵌入式计算机为媒介的综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统的控制与应用展开研究。经过几年的建设与发展,逐步形成了四个具有地域特色的研究方向。

1. 城市交通协同控制与装备技术方向。

随着计算机技术、网络技术、通信技术的飞速发展,社会发展已经步入信息时代。现在人们的生活方式发生了巨大的变化,作为社会的政治经济文化中心,大城市的生活节奏越来越快。但是城市的交通却变得越来越拥堵,我国每年由交通拥塞造成的直接间接经济损失约计3000亿元,至于交通拥塞给社会带来的其它负面影响更是难以估量。现在发达国家提出了塑造全新的数字化城市的设想,其概念主要是以数字化信息通讯业务为基础,建立起新的城市模型用来适应信息时代的发展和要求。城市交通网络作为城市组成最重要的一部分,建立城市智能交通系统是数字化城市发展的必然趋势。因此开展对城市化交通的协调控制和装备技术的研究具有很重要的现实意义。

本方向主要基于现代通信技术,结合计算机技术和网络技术,开展对城市交通的协同控制与装备技术进行研究。研究内容主要包含:(1)城市网络化动态交通信息获取与交互:研究信息采集、多功能集成检测、网络化多维交互等技术及装备。(2)面向城市出行行为的智能分析与控制:研究动态出行行为获取、需求辨识、路网监测、动态预报、需求控制,以及智能分析与决策支持系统。(3)城市交通网络化智能诱导控制:研究智能导向、动静态一体、信号协同、动态控制等网络化诱导技术,以及城市网络化智能诱导控制系统及其装备。(4)城市交通动态协同优化控制:研究城市交通平衡控制、动静态协同、特殊管控优化、时空动态协同等控制技术,以及城市交通动态协同优化控制系统及其装备。(5)城市交通协同联动控制集成:研究城市交通协同联动控制集成与测试技术,城市交通协同联动控制集成平台及其装备。本项目研究关注信息时代的城市交通智能控制问题,把城市交通控制,转变成动态网络智能控制问题来研究,应用开环控制与闭环控制的思想,结合现代同步优化理论和多智能体系统协同控制理论,把理论分析与实际应用相结合,形成了特色鲜明的研究思路。

本研究方向现有研究人员9人,其中教授2人,副教授3人,具有博士学位人员5人,具有硕士学位4人(在读博士3人),研究团队学历职称结构合理。现在承担国家自然科学基金3项,山东省自然科学基金1项,教育厅科研基金2项,与企业合作项目3项。现在主持国家自然科学基金项目“基于复杂网络的异类多智能体系统的协作控制和鲁棒性研究”和山东省教育厅科研基金“移动Agent分布协作的复杂性研究”等项目研究,发表科研论文80余篇,研究成果曾获山东省高等学校优秀科研成果奖二等奖。通过几年的建设,本研究方向一定会成为省内的特色研究方向,研究成果一定会对加强国内城市交通协同控制、减少城市交通拥堵具有很重要的指导作用。

本研究方向研究人员正在集中全力开展对城市交通网络协同控制与装备技术的相关研究,基于前期研究成果,下一步有望在以下几个方面取得的研究成果与突破:(1)城市居民出行行为的智能分析与控制,(2)城市交通网络化智能信号协同以及城市网络化智能诱导控制系统,(3)城市交通动态协同和时空动态协同等优化控制,(4)城市新能源汽车装备。

2. 海运信息融合与应用方向。

随着山东蓝色经济发展战略的实施,海上航运安全与信息管理显得尤为重要。实现高水平的海上交通运输信息优化利用与管理,首要任务是提高船舶交通管理信息系统的服务和监控能力。本研究方向紧密结合胶东半岛蓝色经济建设,利用先进的信息处理技术进行海上交通的航路规划、调度管理、安全预警和事故监控等,进而对船舶的航行安全发挥更大的作用。

本研究的主要内容是:研究海域杂波干扰变化与传感器探测信息之间的联系,提高海域探测传感器的目标识别效果。利用船舶自动识别系统(Automatic Identification System, AIS)所能提供的多种特征信息,采用先进的信息处理技术实现雷达探测与AIS信息融合,为海运信息管理决策提供技术支撑,为半岛蓝色经济发展奠定基础。

本研究的特色:(1)采用能够处理不完全、不精确数据的先进数学方法,对基于不同层次、不同时序、不同类型的多源信息进行自动分析、优化综合,以完成海洋监管所需要进行的决策与估计任务。(2)通过对多种数据进行采集,建立海洋杂波环境、电磁环境以及探测信息系统,分析杂波与干扰环境与目标探测结果之间的关系,将其生成相关软件,提供给相关研发公司,用以从根本上提高单传感器在不同杂波与电磁环境下的探测精度,从而提高多源信息的融合效果。(3)利用优化理论对海洋监管中的航路规划、船舶避碰等方案进行研究,以在最大程度上减少运输费用,降低海上交通事故的发生频次。

近年来,本研究方向一直致力于多源信息融合与信号检测、海上目标识别等方面的研究工作。提出了新的数据互联问题的建模和求解算法,如多维分配问题的近似最优求解算法——分层排序搜索算法,利用并行算法结构处理高维分配问题的具体方法(包括多维分配问题的并行搜索求解和关联代价的并行计算),并提出高维分配问题的并行、低维分配算法模型及其求解方法,以及不同环境下不同算法模型自适应切换的动态跟踪策略。主持并完成了山东省自然科学基金课题“分布式多传感器系统多维分配算法研究及其应用”;现主持山东省自然科学基金资助课题“无源定位系统全局最优数据互联算法理论及其应用研究”、 山东省高等学校科技项目“基于不确定信息的最优分配算法理论及其应用”。在《中国科学》,《Theoretical Computer Science》,“Springer LNCS”,《兵工学报》,《Journal of System engineering and electronics》,《光电子激光》,《哈尔滨工业大学报》,美国国际雷达年会等国内外重要刊物和国际会议上发表论文多篇,其中20余篇被SCI,EI收录。

目前,本方向研究成员正针对基于多源异类信息的简化最优数据互联算法与多目标识别与安全监控技术进行相关研究,主要考虑通过采用先进、恰当的数学工具,有效利用多源信息进行建模,提高最优数据互联算法的计算效率,提高多海上目标识别与安全监控效果,建立针对不同探测背景,不同算法模型自适应切换的动态信息处理算法模型,实现海上目标的实时跟踪与监控。上述研究工作,有望在多源海运信息的有效处理与应用方面取得一定的进展,并得到一系列的相关研究成果,包括用于多源异类信息自适应建模与有效处理的算法软件包,以及用于研究成果工程应用转化的相关技术,以及相关研究论文与报告等。

3. 海量信息的智能处理与应用方向。

随着数据库技术的成熟和数据应用的普及,人类积累的信息量正以指数速度迅速增长,而且各领域的信息结构和质量各不相同,这为人们有效的处理和应用这些信息带来巨大困难。特别是,我省传统产业的信息实时采集和控制水平低,相关信息预测系统与决策系统非常缺乏。本研究方向将融合人工智能、机器学习、模式识别等多种学科知识,采用神经网络、遗传算法、信息检索等多种方法技术,以实际产业领域为应用背景,开展针对海量信息的智能处理和应用研究。

本方向将以山东半岛蓝色经济区为主要应用对象,针对海洋业、制造业等行业数据开展相关应用案例研究与实践,主要研究内容包括:(1)研制和熟化低成本的多参数智能传感器设备及无线传感网络,以实现海量信息的实时检测与传输;(2)基于粗糙集与信息熵相结合的海量信息的高效挖掘技术;(3)面向海量企业数据,研究基于神经网络、线性规划和模糊数学等方法的决策支持系统;(4)基于多指标动态监控设备和系统,研制海量信息实时检测和控制系统。

本方向研究特色在于:(1)信息技术与实际应用领域紧密结合,将信息技术里的检测预警模型、控制算法、优化算法等用于传统产业的信息化管理与控制,提高实际生产管理和控制的智能化水平。(2)软件与硬件相结合,将无线传感器研制、无线传感网络设计、数据挖掘算法研究、决策支持系统构建等内容集成于一体,建立海量数据的检测、传输、处理与应用的综合信息化平台,实现面向海量信息的自动化、网络化、智能化集成处理与应用。(3)本研究方向参加国家863项目“集约化水产养殖数字化集成系统研究与应用(2007AA10Z238),开发了“集约化水产养殖智能管理系统”,已在全国6个省市进行了推广应用,得到了国家部委领导的肯定。

目前,本研究方向的主要成员4人,其中有教授1名,副教授2名,讲师1名,其中3人具有博士学位。团队成员一直在从事数据挖掘,智能信息处理等领域的研究,目前完成及承担包括国家863项目、国家自然科学基金、山东省中青年科学家奖励基金在内的省部级及以上课题15项,在《 European Journal of Operational Research 》、《Lecture Notes in Artificial Intelligence》 、《计算机研究与发展》等国内外重要刊物和会议发表学术论文发表相关论文150余篇,其中60余篇被SCI、EI检索,出版专著1部,曾获“天津大学优秀博士论文”(2005)、“山东省高校优秀科研成果(自然科学)三等奖”(2006),“第五届烟台市青年科技奖”(2007),“烟台市富民兴烟先进个人”(2008)、“烟台市第十二届自然科学优秀学术论文二等奖”(2009),“鲁东大学优秀硕士论文指导教师奖”(2011)等荣誉称号。

本研究方向将立足山东,面向区域经济主战场,以数据挖掘为核心技术,以传统产业中的海量信息处理为应用领域,进行智能处理与应用系统的研究和开发。未来3年有望在以下几个方面取得突破:(1)“集约化水产养殖智能管理系统”的核心技术跨行业推广与应用;(2)多参数智能水质监测传感设备研制;(3)海量数据的高效挖掘技术;(4)不完备数据库的知识发现与集成;(5)面向海量数据的综合挖掘与应用平台研制。

4. 地下目标自动识别与信息可视化方向。

地下目标探测与识别技术,在采矿工程、水利水电工程、地质勘探、城市建设、公路工程、环境工程等领域有着广泛的需求与应用。地质雷达系统作为一种新兴的地球物理探测技术,与其它地球物理方法(如浅层地震勘探、电阻率法、激发极化法)相比,具有探测效率高、探测精度高、宽频带、抗干扰、无损伤探测、结果直观等诸多优点,已经成为浅层地下探测的有效手段,应用范围已遍及经济建设和国防建设各个领域。由于地质环境的多样性和复杂性,使地下目标探测与识别成为信息处理领域的热点和难点问题。

地质雷达系统是一项复杂并涉及到多个学科理论的技术。本研究方向将调和分析理论、地质统计学、谱分析理论、智能感知理论、现代数字信号处理等理论应用于地质雷达数据处理与分析,将地质雷达数据噪声去除、弱信号增强、目标特征提取与识别、数据三维可视化等问题综合考虑,研究和建立统一和集成的高精度、高分辨率的地质雷达地下多目标识别与三维可视化综合处理与解译系统。对于推动地质雷达技术的发展和在国民经济建设中有效广泛应用,具有十分重要的科学研究意义和应用价值。

研究的主要内容包括:(1)在强噪声和强干扰背景下,如何对地质雷达地下回波反射信号进行检测、杂波抑制和噪声去除;(2)如何克服电磁波的频散和吸收,对地质雷达深部弱回波反射信号进行增强和特征提取,以获得高分辨率的地质雷达图像,为地下目标识别提供翔实准确的数据;(3)如何对地下目标的大小、形状、位置及性质做出定性和定量的准确分析,从理论和技术上建立起地质雷达地下目标有效识别和分类的方法;(4)如何根据地质雷达数据结构特征,建立地质雷达数据三维可视化的理论模型和技术实现方法,为地质结构解释和分析提供理论依据。

研究团队成员具有信号与信息处理、计算机科学与技术、控制理论与工程、地球探测与信息技术等方面的专业背景。项目组成员专业知识结构合理,大多是来自计算机科学技术、信号与信息处理、地球探测与信息技术专业领域。主要成员从2002年开始从事雷达信号处理的研究工作,参加国家自然科学基金重大仪器专项——防爆地质雷达的研究与开发(50127402),完成了数据处理与分析系统软件的设计。承担了山东省自然科学基金项目——基于多尺度多分辨的探地雷达数据处理及三维可视化问题的研究(Y2008E11)。提出了基于多尺度空间的深部弱信号去噪、增强算法。目前,项目组研发的地质数据处理与分析系统,已初步实现了下列算法和功能模块的设计:(1)在常规数据预处理方面,实现了漂移去除、反褶积、谱值平衡、水平预测滤波、地形校正等基本功能;(2)在GPR数据分析方面,实现了经典谱分析、现代谱分析、速度分析等功能。发表该方向相关论文20篇。

目前,本团队成员针对目前地质雷达地下目标探测与自动识别中的关键技术问题展开研究,有望在以下几个方面取得突破:(1)地质雷达低信噪比信号测与噪声抑制方法;(2)地质雷达深部弱信号均衡增强模型与算法;(3)多参数复合特征地下目标综合识别理论与方法;(4)地质数据三维可视化理论与方法;(5)海量地质数据的并行处理与解译。通过对以上问题的研究,建立起高精度、高分辨的地质数据地下目标自动识别与解译的理论与方法。

(二) “十二五”期间主要建设目标与内容

“十二五”期间,实验室将紧密结合山东半岛蓝色经济建设和社会发展需要,确立研究重点,实现实验室的跨越式发展。以现有研究方向为依托,不断增强学术队伍,完善实验室条件,利用地方和行业优势资源,通过产学研结合,将本实验室建设成省内领先,国内具有较大影响的实验室。积极申请国家、省部级以上科研项目,力争每年有一定数量的原始创新技术和多项科研成果产生,并加快科技成果的转化,为山东省经济建设和社会发展做出贡献。

具体建设目标和内容如下:

1. 城市交通协同控制与装备技术方向,研究基于现代同步优化理论和多智能体系统协同控制理论的网络交通的协同控制与装备技术,构建城市交通网络模型、城市交通决策支持系统、快速节能运载装备。重点研究纯电动车整车设计方法、纯电动车关键零部件、纯电动车车身轻量化以及纯电动车运营模式,城市居民出行行为的智能分析与控制、城市交通网络化智能信号协同和智能诱导优化控制系统。为城市智能化交通建设提供理论和技术支持。

2. 海运信息融合与应用方向,通过对航运最优调度决策模型、目标监控管理中的协调最优控制、本地海域变化特性及其与环境之间的变化关系等问题进行研究,提出理论与方法,提高半岛海洋监控与管理的科技化与自动化水平,促进蓝色经济与现代化建设。

3. 海量信息的智能处理与应用方向,研制和熟化低成本的多参数智能传感器设备及无线传感网络;研究基于粗糙集与信息熵相结合的海量信息的高效挖掘技术;研究基于神经网络、线性规划和模糊数学等方法的决策支持系统,以实现海量信息的实时检测与传输。

4. 海陆地下目标自动识别与三维可视化方向,结合地质雷达信号的瞬态非平稳性和数据容量大的特点,运用多尺度理论,对地质雷达深部弱信号均衡增强模型与算法;多参数复合特征提取及地下目标综合识别、数据三维可视化等问题进行重点研究,建立起高精度、高分辨的地质数据目标自动识别和解疑系统。