人体步态分析系统软件设计与开发
这是一篇关于足底压力监测,步态分析系统,上位机软件,伪彩色处理,插值算法,压力云图的论文, 主要内容为步态是对于人体而言与血压、血氧、心率同等关键的生理参数,其分析在疾病诊疗、康复预防等多个方面都有极其关键的意义。因此,步态分析系统的研究已经成为备受追捧的研究方向。然而,目前步态分析系统产品设计不够便捷且成本过高,导致进行足底压力检测的设备很难融入到日常生活中。本论文设计的上位机软件针对基于柔性阵列式压力传感器的下位机,可满足步态分析系统进行实时检测的要求,能够跟随人体足底压力变化实时做出反应,实现直观的观测,具有一定的创新性和实用价值。本文设计的人体步态分析系统软件,能够实现步态分析系统的指令控制、数据接收、数据处理及分析、数据显示、数据保存及历史查询等功能。具体设计开发内容如下:(1)根据软件的功能需求,完成了软件总体框架的构建,并通过对各个模块的需求设计分析,搭建了高性能、模块化、易操作的上位机软件系统,实现了上位机软件的数据处理流程的设计。(2)针对系统使用过程中可能存在干扰和噪声,利用滤波算法对数据进行去噪,成功地提高了数据准确性。将滤波处理后的足底压力数据先进行灰度映射,后采用伪彩色处理方法进行RGB映射将不同大小的压力值转化成不同的色彩,在经过插值算法将离散的不同色彩的像素点转化为连续的压力云图,能够满足使用者直观的观察到足底压力的实时变化。系统从压力数据中提取了总压力、平均压力、最大最小压强等足底压力参数,并进行了足底压力中心轨迹绘制及血氧的检测,令使用者对自身情况有更多的了解。(3)借助SQL Server数据库为后台,实现了采集数据及数据处理结果的存储,使得该系统具有历史记录的功能。(4)对开发软件进行系统测试。其中包括系统故障测试和系统功能测试。对软件进行测试,着重测试串口数据传输的稳定性、系统异常处理性能以及软件系统功能,并进行模拟测试,运行结果均正常,产生的输出结果符合期望。
反射型介电超构表面滤波片的设计制备及光谱成像应用
这是一篇关于光谱成像,超构表面,滤波,微纳制造,插值算法的论文, 主要内容为光谱成像技术结合了光谱分析技术与成像技术,能够获取待测物的图像信息与光谱信息相结合的光谱指纹,实现无源、无损的组分分析。目前,光谱成像系统受核心光学元件的影响,存在效率低、体积大、结构笨重的局限性,严重阻碍了光谱成像技术在工农业检测、生物医疗诊断等领域应用于轻型平台的发展。相较于传统的光学元件,超构表面作为一种超轻、超薄、超平的全新光学元件,可在亚波长尺寸内实现对电磁波的自由调控,具有高度集成、调控自由度大的特点,有望解决光谱成像技术向轻型平台发展的痛点。将超构表面与光谱成像技术相结合并与图像传感器堆叠,以超分辨率的尺度和一次性快照的方式进行光谱成像,充分发挥超构表面的优势,实现光谱成像系统的高效化、微型化、紧凑化。基于此,本文开展了对超构表面共振机理与微纳加工工艺的研究设计,并提出了一种基于超构表面的光谱成像技术,取得了如下研究成果:(1)提出了一种可利用简易单参量调控的反射型多层导模共振超构表面。非偏振白光入射下,在400～800 nm的可见光波段内获得高质量因子的反射光谱,其谐振峰的半高峰宽小于2 nm,平均光谱反射率高于90%,平均背景反射率低于10%。此外,设计的超构表面具有极高的结构尺寸与入射角鲁棒性,保证了其在无源器件中实现高效滤波的性能。(2)针对设计的超构表面结构,结合两套微纳制造工艺:硬掩模刻蚀工艺与共形填充工艺:基于电子束曝光、原子层沉积与刻蚀三个关键工艺技术,提出一套适用于嵌入式结构的微纳工艺方案,详细研究了原子层沉积温度、刻蚀角度等对超构表面结构的影响。按照工艺流程完成超构表面的制备,并通过光镜、电镜、原子力显微镜等对超构表面结构进行多维度表征。(3)基于设计的反射型超构表面滤波片,重点分析其反射原理对光谱成像系统的影响,提出了一种适用于反射型滤波片的光谱成像光路方案。最后,针对系统进行插值算法的研究并比较多种插值算法及其成像效果,以8～16个光谱通道进行光谱成像仿真,与商用高光谱图像拟合程度低至0.0227。根据上述提出的超构表面设计与加工方案,以及光谱成像系统的设计搭建,制备了8通道的超分辨率超构表面滤波片,通过实际测得的光谱曲线计算获得光谱成像图片,并分析实际图像与仿真的光谱误差和成像误差。
大气环境监测预警系统的研究与开发
这是一篇关于大气环境,数据可视化,插值算法,监测,预警的论文, 主要内容为经济的发展使得人民生活水平得到了显著的提升,但工业化、城市化带来的环境污染,尤其是大气环境污染逐渐凸显成为引人关注的重要问题,污染天气的增多、范围的扩大给人们带来的不仅是经济损失,还严重影响了人类的健康乃至生存。为了满足公众对大气环境污染预报预警的需要、响应政府建立监测预警体系的号召,建立一个完备的信息化系统成为必须。因此,本文基于对环保、气象领域数据可视化方案的分析,研究并开发了一个大气环境监测预警系统。本文通过将环境数据和影响环境的相关气象要素数据进行收集处理和可视化的方式实现对大气环境的监测与预警。主要工作如下:(1)对环保、气象数据的三种可视化方案进行了研究,包括专业气象制图软件、Web GIS和前端可视化工具库,对这些方案涉及到的技术进行了分析对比并提出了适合本系统的可视化技术 NCL、ArcGIS API for JavaScript 和 Highcharts。(2)由于环境、气象数据在进行数据可视化前的处理离不开插值,本文对空间插值算法进行了研究,主要对双线性插值、Cressman插值、反距离权重、克里金插值进行了对比分析,提出双线性插值适合将格点数据插值为站点数据、Cressman插值适合将站点数据插值为格点数据。(3)根据对大气环境监测预警的需求和可视化方案技术的选取对系统进行了设计,基于Spring、SpringMVC、MyBatis整合的SSM框架,设计并实现了一个包括环境气象要素监测、气象扩散条件分析、大气污染预警、预警信号制作发布等功能的大气环境监测预警系统,通过NCL绘制平面图、ArcGIS API for GIS实现地理信息与环境气象要素的结合、Highcharts绘制图表三种方式实现了可视化展示与交互。本文研发的大气环境监测预警系统,能够以多种方式实现可视化展示与交互,实现对大气污染的监测和预警。该系统在测试和生产环境下均能通过测试运行良好,各项指标均达到系统预期的要求,并交付使用。
基于B/S架构的水污染应急处理系统
这是一篇关于南水北调,水污染应急处理,WebGIS,插值算法,等值线绘制,EFDC的论文, 主要内容为本文是以南水北调中线工程为依托,以国家科技重大专项《水质水量联合调控与应急处置关键技术研究与运行示范》子课题五“水污染事件预警及应急处置技术与示范”的任务需求为标准的应用型研究论文。并在此研究的基础上,开发出“南水北调中线水源区水污染应急处理系统”,该系统是由ArcGIS Server、Microsoft.Net framework组件和SQL Server2000关系型数据库集成开发的,主要是用于应对南水北调中线水源区突发性水污染事故。基于B/S架构的水污染应急处理系统,是一个辅助决策支持系统,其主要需要完成的功能是展示当前污染物扩散情况。用户输入突发性污染物泄露事件的基本情况,然后即可获得系统模拟出的该污染物扩散趋势,并提供应急预案等服务。该系统包含了数学建模、模型处理、模型展示等功能模块,提供的是一个完整的WebGIS服务。本文基于系统研发的角度,详细阐述了研发过程中的关键技术,主要包括数据处理技术和二维污染物浓度渲染技术。其中,数据处理包含数据整理、分组和插值计算。如何选取合适的算法,这些都是本论文需要讨论的问题。而二维污染物浓度渲染技术,实质上就是根据污染物的浓度,利用等值线等值面生成算法,绘制出不同颜色填充的污染物分布情况。其采用的是目前比较流行的基于等值线追踪技术的等值线绘制算法。该算法的核心部分——离散网格化采用的是Delaunay三角形网格化算法。此外,本文利用了EFDC模型进行水污染扩散的模拟,并利用EFDC模型生成的输出文件来绘制出污染物扩散的趋势图,科学、准确。
反射型介电超构表面滤波片的设计制备及光谱成像应用
这是一篇关于光谱成像,超构表面,滤波,微纳制造,插值算法的论文, 主要内容为光谱成像技术结合了光谱分析技术与成像技术,能够获取待测物的图像信息与光谱信息相结合的光谱指纹,实现无源、无损的组分分析。目前,光谱成像系统受核心光学元件的影响,存在效率低、体积大、结构笨重的局限性,严重阻碍了光谱成像技术在工农业检测、生物医疗诊断等领域应用于轻型平台的发展。相较于传统的光学元件,超构表面作为一种超轻、超薄、超平的全新光学元件,可在亚波长尺寸内实现对电磁波的自由调控,具有高度集成、调控自由度大的特点,有望解决光谱成像技术向轻型平台发展的痛点。将超构表面与光谱成像技术相结合并与图像传感器堆叠,以超分辨率的尺度和一次性快照的方式进行光谱成像,充分发挥超构表面的优势,实现光谱成像系统的高效化、微型化、紧凑化。基于此,本文开展了对超构表面共振机理与微纳加工工艺的研究设计,并提出了一种基于超构表面的光谱成像技术,取得了如下研究成果:(1)提出了一种可利用简易单参量调控的反射型多层导模共振超构表面。非偏振白光入射下,在400～800 nm的可见光波段内获得高质量因子的反射光谱,其谐振峰的半高峰宽小于2 nm,平均光谱反射率高于90%,平均背景反射率低于10%。此外,设计的超构表面具有极高的结构尺寸与入射角鲁棒性,保证了其在无源器件中实现高效滤波的性能。(2)针对设计的超构表面结构,结合两套微纳制造工艺:硬掩模刻蚀工艺与共形填充工艺:基于电子束曝光、原子层沉积与刻蚀三个关键工艺技术,提出一套适用于嵌入式结构的微纳工艺方案,详细研究了原子层沉积温度、刻蚀角度等对超构表面结构的影响。按照工艺流程完成超构表面的制备,并通过光镜、电镜、原子力显微镜等对超构表面结构进行多维度表征。(3)基于设计的反射型超构表面滤波片,重点分析其反射原理对光谱成像系统的影响,提出了一种适用于反射型滤波片的光谱成像光路方案。最后,针对系统进行插值算法的研究并比较多种插值算法及其成像效果,以8～16个光谱通道进行光谱成像仿真,与商用高光谱图像拟合程度低至0.0227。根据上述提出的超构表面设计与加工方案,以及光谱成像系统的设计搭建,制备了8通道的超分辨率超构表面滤波片,通过实际测得的光谱曲线计算获得光谱成像图片,并分析实际图像与仿真的光谱误差和成像误差。
一种水质预测与监测平台的设计与实现
这是一篇关于水质监测,水质预测,Spring,插值算法的论文, 主要内容为我国绝大部分地区忽略了对排放污水的治理,随意将工业废水排放至湖泊河流中的现象屡见不鲜,故水质监测显得愈发重要。本论文的研究重点是搭建一个能够实现水质数据监测与预测的大数据平台。首先本论文针对克里金插值算法和反距离加权算法对目前水质浊度参数的预测精度相对较低的问题,提出了一种基于Top-Relevant的水质参数预测算法,通过对Top-Relevant算法的TR参数进行择优,选取到较为准确的TR参数,提高了预测算法的精确度。实验结果显示基于Top-Relevant的水质预测方法比克里金插值算法和反距离加权插值算法具有更高的预测精度和稳定性,相对于克里金插值算法和反距离加权算法,平均绝对误差分别降低了 1.07和1.31。本论文在基于Top-Relevant的水质参数预测算法的基础上,按照大数据平台管理应用的需求,通过对水质监测进行需求分析和业务分析,建立了该水质监测大数据平台的模型,实现了该平台所需要的功能设计,实现了数据库的表结构设计。本研究建立了基于SSM框架的水质监测与预测的数据平台,实现了数据可视化展示功能、采集设备地图分布功能、水质定点采集数据功能、无人船移动轨迹展示功能、多种水质监测指标展示功能、反演水质浊度参数变化趋势展示功能、分析预测水质参数功能等功能。
人体步态分析系统软件设计与开发
这是一篇关于足底压力监测,步态分析系统,上位机软件,伪彩色处理,插值算法,压力云图的论文, 主要内容为步态是对于人体而言与血压、血氧、心率同等关键的生理参数,其分析在疾病诊疗、康复预防等多个方面都有极其关键的意义。因此,步态分析系统的研究已经成为备受追捧的研究方向。然而,目前步态分析系统产品设计不够便捷且成本过高,导致进行足底压力检测的设备很难融入到日常生活中。本论文设计的上位机软件针对基于柔性阵列式压力传感器的下位机,可满足步态分析系统进行实时检测的要求,能够跟随人体足底压力变化实时做出反应,实现直观的观测,具有一定的创新性和实用价值。本文设计的人体步态分析系统软件,能够实现步态分析系统的指令控制、数据接收、数据处理及分析、数据显示、数据保存及历史查询等功能。具体设计开发内容如下:(1)根据软件的功能需求,完成了软件总体框架的构建,并通过对各个模块的需求设计分析,搭建了高性能、模块化、易操作的上位机软件系统,实现了上位机软件的数据处理流程的设计。(2)针对系统使用过程中可能存在干扰和噪声,利用滤波算法对数据进行去噪,成功地提高了数据准确性。将滤波处理后的足底压力数据先进行灰度映射,后采用伪彩色处理方法进行RGB映射将不同大小的压力值转化成不同的色彩,在经过插值算法将离散的不同色彩的像素点转化为连续的压力云图,能够满足使用者直观的观察到足底压力的实时变化。系统从压力数据中提取了总压力、平均压力、最大最小压强等足底压力参数,并进行了足底压力中心轨迹绘制及血氧的检测,令使用者对自身情况有更多的了解。(3)借助SQL Server数据库为后台,实现了采集数据及数据处理结果的存储,使得该系统具有历史记录的功能。(4)对开发软件进行系统测试。其中包括系统故障测试和系统功能测试。对软件进行测试,着重测试串口数据传输的稳定性、系统异常处理性能以及软件系统功能,并进行模拟测试,运行结果均正常,产生的输出结果符合期望。
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