森林與草原火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警的信息學(xué)基礎(chǔ)（設(shè)計(jì)者和應(yīng)用者視角）

第1章緒論1
參考文獻(xiàn)4

第2章林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警概述6
2.1林草火災(zāi)概念與研究范疇6
2.2林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警研究內(nèi)容9
2.2.1林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)邊界劃分9
2.2.2研究內(nèi)容10
2.3林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警的分類11
2.3.1未燃階段監(jiān)測預(yù)警12
2.3.2燃燒初期階段監(jiān)測12
2.3.3燃燒蔓延發(fā)展階段監(jiān)測13
2.4林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警技術(shù)發(fā)展13
2.5監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用者視角14
2.5.1領(lǐng)域需求分析15
2.5.2應(yīng)用需求分析15
2.6監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)者視角15
2.6.1技術(shù)需求分析15
2.6.2系統(tǒng)形式化建模16
2.7監(jiān)測預(yù)警業(yè)務(wù)與系統(tǒng)16
2.7.1體系架構(gòu)16
2.7.2業(yè)務(wù)與功能18
2.7.3系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)18
2.7.4評估策略19
2.8降低監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)成本途徑19
2.8.1前端優(yōu)化20
2.8.2本質(zhì)安全驗(yàn)證20
2.9監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的云計(jì)算設(shè)計(jì)與驗(yàn)證20
2.9.1云計(jì)算與可計(jì)算架構(gòu)20
2.9.2監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)形式化體系架構(gòu)21
2.9.3業(yè)務(wù)流程與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)驗(yàn)證21
2.10計(jì)算視覺與計(jì)算智能22
2.10.1基于視覺的感知系統(tǒng)模型23
2.10.2計(jì)算智能與認(rèn)知系統(tǒng)模型23
2.10.3基于視覺的火險監(jiān)測23
2.10.4視覺導(dǎo)航與定位24
思考題24
參考文獻(xiàn)25

第3章無線傳感器布局與信息傳輸26
3.1無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與通信協(xié)議26
3.2無線傳感器布局與傳輸技術(shù)研究現(xiàn)狀27
3.3基于CVaR子模效益模型傳感器布局優(yōu)化29
3.3.1節(jié)點(diǎn)不確定性布局研究背景29
3.3.2基于CVaR的子模效益模型30
3.3.3改進(jìn)貪婪算法32
3.3.4實(shí)驗(yàn)與分析34
3.4基于IHACA-COpSPIEL算法無線傳感器布局與傳輸優(yōu)化38
3.4.1布局與傳輸優(yōu)化研究背景38
3.4.2無線傳感器布局與傳輸問題39
3.4.3IHACA-COpSPIEL傳感器布局方法40
3.4.4無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議44
3.4.5實(shí)驗(yàn)與分析48
思考題55
參考文獻(xiàn)55

第4章基于視覺林草火災(zāi)影像智能監(jiān)測58
4.1相關(guān)研究技術(shù)簡介58
4.2基于深度卷積網(wǎng)絡(luò)(DC-ILSTM)林草煙霧影像監(jiān)測62
4.2.1集成式長短期記憶網(wǎng)絡(luò)(ILSTM)63
4.2.2基于VGG-16網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化卷積層參數(shù)65
4.2.3基于DC-ILSTM網(wǎng)絡(luò)森林火災(zāi)煙霧檢測方法67
4.2.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析68
4.3基于關(guān)聯(lián)域(DC-CMEDA)林草煙霧影像遷移學(xué)習(xí)72
4.3.1基于resnet50網(wǎng)絡(luò)提取各領(lǐng)域數(shù)據(jù)特征73
4.3.2構(gòu)建關(guān)聯(lián)式流形分布配準(zhǔn)算法75
4.3.3基于DC-CMEDA森林火災(zāi)煙霧識別檢測方法79
4.3.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析80
4.3.5小結(jié)86
思考題86
參考文獻(xiàn)87

第5章林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警火環(huán)境模型90
5.1研究背景與關(guān)鍵問題90
5.1.1BPNN-DIOC理論模型91
5.1.2預(yù)測與分析97
5.2森林火險氣象指數(shù)系統(tǒng)應(yīng)用103
5.2.1研究數(shù)據(jù)與分析104
5.2.2基于BPNN-DIOC氣溫空間插值研究106
5.3氣象因子與林草火災(zāi)應(yīng)用108
5.3.1研究區(qū)域自然概況108
5.3.2氣象因子與林火發(fā)生相關(guān)性分析109
5.3.3基于BPNN-DIOC網(wǎng)絡(luò)林火發(fā)生預(yù)測模型109
思考題112
參考文獻(xiàn)112

第6章自主機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)與設(shè)計(jì)114
6.1自主機(jī)器人系統(tǒng)架構(gòu)114
6.2基于視覺的感知系統(tǒng)115
6.2.1相機(jī)模型115
6.2.2大視距RGB-D相機(jī)視覺里程計(jì)建模119
6.3計(jì)算智能與認(rèn)知系統(tǒng)127
6.3.1模糊Elman-DIOC神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型127
6.3.2基于模糊Elman-DIOC網(wǎng)絡(luò)移動機(jī)器人路徑規(guī)劃131
6.4控制器與執(zhí)行系統(tǒng)138
6.4.1PID控制模型139
6.4.2基于ACPSO-WFLN的PID控制系統(tǒng)141
思考題148
參考文獻(xiàn)149

第7章旋翼式飛行器設(shè)計(jì)與應(yīng)用151
7.1抗風(fēng)干擾研究現(xiàn)狀151
7.2旋翼風(fēng)場模型與空氣動力學(xué)分析153
7.2.1風(fēng)場模型153
7.2.2風(fēng)場環(huán)境下四旋翼飛行器系統(tǒng)建模156
7.3旋翼控制器抗干擾設(shè)計(jì)162
7.3.1位置控制器163
7.3.2姿態(tài)控制器164
7.3.3狀態(tài)估計(jì)器164
7.4旋翼式飛行器應(yīng)用164
7.4.1定點(diǎn)懸停166
7.4.2軌跡跟蹤應(yīng)用168
7.4.3風(fēng)速估計(jì)170
7.4.4小結(jié)172
思考題172
參考文獻(xiàn)172

第8章輪式機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用174
8.1概述174
8.2產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)175
8.2.1需求分析176
8.2.2產(chǎn)品設(shè)計(jì)指標(biāo)177
8.2.3算法研究177
8.2.4機(jī)械與電氣設(shè)計(jì)179
8.3運(yùn)動學(xué)建模與避障180
8.3.1運(yùn)動學(xué)模型180
8.3.2避障優(yōu)化184
8.4虛擬仿真189
8.4.1模型轉(zhuǎn)換189
8.4.2三維可視化仿真190
8.5建圖與定位驗(yàn)證192
8.5.1在線建圖與避障193
8.5.2定位194
8.5.3小結(jié)194
思考題194
參考文獻(xiàn)195

第9章基于云計(jì)算監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)形式化驗(yàn)證196
9.1云計(jì)算系統(tǒng)與可計(jì)算架構(gòu)197
9.1.1云計(jì)算特征197
9.1.2可計(jì)算架構(gòu)三元組197
9.1.3問題求解模型198
9.1.4云信息系統(tǒng)模型199
9.1.5從原子操作到原子構(gòu)件201
9.1.6LL7201
9.2監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)體系架構(gòu)202
9.2.1CBMEWS4FGF總體框架202
9.2.2CBMEWS4FGF架構(gòu)抽象模型205
9.2.3體系結(jié)構(gòu)描述語言LL7206
9.3監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)形式化建模213
9.3.1構(gòu)建CBMEWS4FGF體系架構(gòu)213
9.3.2建模方法214
9.3.3形式化建模216
9.3.4形式化驗(yàn)證217
9.3.5形式化驗(yàn)證工具219
9.3.6小結(jié)222
9.4業(yè)務(wù)流程路徑追蹤與模型檢測222
9.4.1流程到代碼實(shí)現(xiàn)機(jī)制223
9.4.2業(yè)務(wù)流程執(zhí)行路徑追蹤224
9.4.3小結(jié)229
9.5多線程程序形式化建模229
9.5.1C/C++多線程程序到CSP#轉(zhuǎn)換框架230
9.5.2C++CSP框架語言形式化建模233
9.5.3系統(tǒng)形式化驗(yàn)證234
9.5.4小結(jié)235
思考題235
參考文獻(xiàn)235

第10章以信息視角探討林草火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警機(jī)器人研發(fā)人才培養(yǎng)教學(xué)模型238
10.1研究背景簡介238
10.1.1歷史與現(xiàn)狀238
10.1.2研究目標(biāo)240
10.1.3關(guān)鍵點(diǎn)241
10.1.4主要特點(diǎn)241
10.2研究與教學(xué)系統(tǒng)需求242
10.2.1項(xiàng)目總體框架242
10.2.2信息學(xué)基礎(chǔ)理論與自主機(jī)器人核心理論243
10.2.3自主機(jī)器人理論與產(chǎn)品245
10.2.4自主機(jī)器人產(chǎn)品實(shí)踐246
10.2.5小結(jié)246
10.3自主機(jī)器人教學(xué)與實(shí)踐模型246
10.3.1系統(tǒng)邊界246
10.3.2控制模型247
10.3.3教學(xué)系統(tǒng)模型249
10.3.4小結(jié)249
10.4聯(lián)合培養(yǎng)模式249
10.4.1產(chǎn)品需求驅(qū)動250
10.4.2產(chǎn)業(yè)需求驅(qū)動250
10.4.3小結(jié)251
10.5實(shí)施與效果評價251
10.5.1完成的主要工作251
10.5.2效果評價252
思考題252
參考文獻(xiàn)252