第一篇：計(jì)算機(jī)前沿講座論文

計(jì)算機(jī)前沿講座論文

圖書館怎么面對(duì)云計(jì)算

姓名：甘超江 學(xué)號(hào)：20092460

目錄

摘要：...............................................................................................................3 引言：...............................................................................................................4

1.云計(jì)算的概念.........................................................................................5 2.云計(jì)算在圖書館中的五大利.....................................................................5 3.云計(jì)算的四大弊

4.云計(jì)算環(huán)境下的圖書館信息安全策略........................................................7 參考文獻(xiàn)：........................................................................................................9

摘要：

云計(jì)算是一種新型的基于互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)計(jì)算模型，是多種技術(shù)混合演進(jìn)的結(jié)果，具有安全可靠、海量信息存儲(chǔ)、快捷方便等特點(diǎn)。圖書館利用云計(jì)算的分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和與之相關(guān)的虛擬技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，能降低存儲(chǔ)和維護(hù)成本，具有所存數(shù)據(jù)安全可靠，輕松實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)共享等特點(diǎn)。關(guān) 鍵 詞：云計(jì)算 圖書館 海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 存儲(chǔ)技術(shù) 虛擬技術(shù)

引言：

2009年被認(rèn)為是“云計(jì)算”（Cloud Computing）元年，融合了計(jì)算設(shè)施、能力和數(shù)據(jù)的“云”正在成為一種網(wǎng)絡(luò)存在方式。在微軟、IBM、Google、Amazon、Sun等IT巨頭的推動(dòng)下，云計(jì)算得到迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外掀起了云計(jì)算熱潮。憑借“云”，蘋果、亞馬遜在線銷售音樂、電視、電影、電子書籍和數(shù)碼報(bào)紙雜志，谷歌免費(fèi)提供檢索、電子郵件、衛(wèi)星圖像、地圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)保存等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。而在國(guó)內(nèi)，瑞星，阿里巴巴等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)公司也相繼邁上發(fā)展云計(jì)算的道路。可見云計(jì)算將對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作和服務(wù)模式產(chǎn)生深刻影響，而作為信息資源存取中心之一的圖書館，在這種云計(jì)算時(shí)代下，它將面對(duì)新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

1.云計(jì)算的概念

云計(jì)算(Cloud Computing)是一種基于internet的計(jì)算，它是在分布式處理.并行處理，網(wǎng)格計(jì)算等基礎(chǔ)上提出的一種新型商業(yè)計(jì)算模型，是一種新興的共享基礎(chǔ)架構(gòu)的方法。它是面對(duì)超大規(guī)模的分布式環(huán)境，其核心思想是通過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計(jì)算處理程序自動(dòng)分拆成無數(shù)個(gè)較小的子程序.再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)計(jì)算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。其最終目的是充分利用互聯(lián)網(wǎng)資源。建立功能強(qiáng)大的計(jì)算中心。并基于此提供多種多樣的計(jì)算服務(wù)，使用戶能夠在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)便捷的享受各種服務(wù)。對(duì)于圖書館人而言，雖可能不大理解云計(jì)算的內(nèi)涵，但或多或少已經(jīng)體驗(yàn)過或正在使用云計(jì)算服務(wù)，如googleDoes、Facebook等。重要的是理解云計(jì)算實(shí)質(zhì)上是一個(gè)有關(guān)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)計(jì)算設(shè)備范式如何轉(zhuǎn)變的問題。這些問題與數(shù)字化生活始終緊緊相連。而云計(jì)算，把重點(diǎn)轉(zhuǎn)到遠(yuǎn)離這些設(shè)備能夠有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和能夠運(yùn)行的應(yīng)用和設(shè)備上，提供了最簡(jiǎn)單的獲取數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，這些存儲(chǔ)在不同的地方的互聯(lián)網(wǎng)上。但這些數(shù)據(jù)怎么放?有相應(yīng)的技術(shù)保證才行，一定不是說把所有的數(shù)據(jù)放到一起才是云計(jì)算!云計(jì)算的“云”最根本的是虛擬化，是虛擬化計(jì)算!虛擬化并不是把所有東西放在一個(gè)地方才叫虛擬化。

2.云計(jì)算在圖書館中的五大利

超強(qiáng)的計(jì)算能力：通過一定的協(xié)調(diào)調(diào)度。云計(jì)算模式可以通過數(shù)萬乃至百萬的普通計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)合來提供超強(qiáng)的、可以與超級(jí)計(jì)算機(jī)相抗衡的計(jì)算能力。使用戶完成單臺(tái)計(jì)算機(jī)根本無法完成的任務(wù)。在“云”中，使用者只要輸入簡(jiǎn)單指令即能得到大量信息。因?yàn)樵谠朴?jì)算模式中，人們不是從自己的計(jì)算機(jī)上，也不是從某個(gè)指定的服務(wù)器上，而是從互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上，通過各種設(shè)備(如移動(dòng)終端等)獲得所需的信息，因此其速度得到了質(zhì)的飛躍。

以用戶為中心：在云計(jì)算模式中，相關(guān)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在“云”之中，用戶可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以以某種便捷、方便、安全的方式獲得云中的相關(guān)的信息或服務(wù)。雖然在“云”里有成千上萬臺(tái)計(jì)算機(jī)為其提供服務(wù)，但對(duì)于“云”外的用戶來說，他看到只是一個(gè)統(tǒng)一的接口界面，用戶使用云服務(wù)就如通過互聯(lián)網(wǎng)使用本地計(jì)算機(jī)一樣的方便。

3)實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)計(jì)算：人們需要監(jiān)管能力更強(qiáng)的計(jì)算模型，來充分提高計(jì)算效率，不僅僅是計(jì)算資源的利用率，而且是從物理上降低設(shè)備能耗。云計(jì)算的出現(xiàn)大大加快了實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)計(jì)算的步伐。

4)降低了數(shù)據(jù)外泄的可能性：這也是云計(jì)算服務(wù)商討論最多的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在云計(jì)算之前，數(shù)據(jù)容易被盜，而隨著云計(jì)算的推廣以后。用戶可以把自己的數(shù)據(jù)放在“云”中，只要用戶能夠接人互聯(lián)網(wǎng)就能夠根據(jù)需要隨時(shí)存取，為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了幾乎無限多的可能，為存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)提供了幾乎無限的空間。

5)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠：云計(jì)算中，用戶只需花少量的錢來租用相關(guān)的云服務(wù)商所提供的相關(guān)服務(wù)即可。它可以讓用戶利用很少的投資獲得較大的回報(bào)。不必?fù)?dān)心自己所購(gòu)買的IT產(chǎn)品被淘汰，因?yàn)榫唧w的硬件配置和更新都是由云服務(wù)提供商來提供的。用戶所需做的只是通過各種設(shè)備享受云服務(wù)所提供自己需求的信息、知識(shí)、服務(wù)等。

目前國(guó)外諸多圖書館組織與協(xié)會(huì)已在探討圖書館如何使用云計(jì)算，比如圖書館使用云計(jì)算提供用戶個(gè)性化和本地化信息尋求的模式?云可以節(jié)省資金和資源使圖書館利用計(jì)算機(jī)設(shè)備更有效嗎?用戶如何與云交互?我們的服務(wù)可能需要修改，以適應(yīng)新出現(xiàn)的用戶模式?有一點(diǎn)是肯定的，無論以何種方式，我們認(rèn)為對(duì)圖書館計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施和架構(gòu)均需要改變，以便有效地利用云計(jì)算。云計(jì)算時(shí)代已經(jīng)到來，圖書館需要開始思考如何調(diào)整服務(wù)，以便有效地適應(yīng)用戶與圖書館互動(dòng)。

3.云計(jì)算的四大弊

雖然云計(jì)算技術(shù)目前還處于商用的初級(jí)階段.還有許多問題困擾著云計(jì)算服務(wù)提供商。隨著云計(jì)算技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，以及云計(jì)算理念被用戶的廣泛接受，云計(jì)算技術(shù)必將成為最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，基于云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用也將成為人們最重要的選擇。作為圖書館工作人員需要認(rèn)真追蹤研究以下幾個(gè)方面：

3.1需要確認(rèn)是否把整個(gè)圖書館資源放到“云”中。從理論上說，利用云計(jì)算技術(shù)，用戶只需要通過本地終端就可以通過互聯(lián)網(wǎng)使用圖書館的相關(guān)資源。但實(shí)際上，為了安全和穩(wěn)定。也為了在“云”服務(wù)中斷或失效時(shí)，圖書館仍然能夠正常地提供相關(guān)的服務(wù)，圖書館顯然不能把所有的數(shù)據(jù)資源都放在”云“中.必然要繼續(xù)在本地保存一些常規(guī)的重要的數(shù)據(jù)依此來作為“云”數(shù)據(jù)的一個(gè)備份。因此，云計(jì)算模式并不會(huì)完全推翻圖書館現(xiàn)有的數(shù)據(jù)部署模式，而是在保留原有模式的基礎(chǔ)上，使現(xiàn)有的部署模式與云計(jì)算模式進(jìn)行融合，作為現(xiàn)有部署模式的有效補(bǔ)充。圖書館應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，通過研究來確立哪些數(shù)據(jù)資源可以放到“云”中，哪些數(shù)據(jù)必須在圖書館現(xiàn)有的模式中予以保留，這是值得圖書館員需要認(rèn)真研究的一個(gè)方面。

3.2數(shù)據(jù)據(jù)位置問題。在現(xiàn)在運(yùn)行的系統(tǒng)中，許多用戶并不清楚自己的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在哪里。用戶應(yīng)當(dāng)詢問服務(wù)提供商數(shù)據(jù)是否存儲(chǔ)在專門管轄的位置，以及他們是否遵循當(dāng)?shù)氐碾[私協(xié)議。所以在建設(shè)圖書館這樣的公共服務(wù)機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，可以由國(guó)家來主導(dǎo)，成立專門的機(jī)構(gòu)來負(fù)責(zé)“云”的建立。

3.3版權(quán)問題。在云計(jì)算模式中，各個(gè)加入云計(jì)算模式的圖書館之間可以通過有關(guān)的協(xié)議共享彼此的信息資源.就像用戶使用本館的電子資源和使用他館的電子資源一樣。因此在這里帶來了版權(quán)糾紛問題。因此，圖書館界應(yīng)針對(duì)在云計(jì)算模式下的信息資源共享中引起的版權(quán)糾紛問題制定切實(shí)可行的方案，從而方便用戶使用各館信息資源。

4)所網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)問題。由于云計(jì)算也是建立在網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，所以網(wǎng)絡(luò)的暢通與否就關(guān)系到圖書館的資源能否順利的利用與共享。這是最基礎(chǔ)，也是最關(guān)鍵的問題。

4.云計(jì)算環(huán)境下的圖書館信息安全策略

針對(duì)上述云計(jì)算的安全風(fēng)險(xiǎn)及數(shù)字圖書館的安全需求，圖書館在云計(jì)算的應(yīng)用過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面的安全策略。

4.1相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及政策法規(guī)的制定與完善 在云計(jì)算應(yīng)用過程中，圖書館界應(yīng)該組織對(duì)于應(yīng)用云計(jì)算所需的標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)協(xié)議的研究，形成行業(yè)的應(yīng)用規(guī)范。同時(shí)，由于信息安全和保密問題，更多的是政策層面的問題，云計(jì)算企業(yè)的管理政策、企業(yè)信譽(yù)、甚至國(guó)家政策，都可能對(duì)云計(jì)算信息資源的安全造成極大的影響，所以需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的各利益相關(guān)者(包括圖書館)在發(fā)展過程中不斷磨合、談判和研究，以促成相關(guān)管理章程或政策法規(guī)制度的出臺(tái)，從而對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)、責(zé)任追究及各方權(quán)益提供有力保障。

4.2圖書館信息資源的安全存儲(chǔ)與管理 云計(jì)算環(huán)境下為了保證圖書館數(shù)據(jù)的萬無一失，對(duì)于服務(wù)商和圖書館來說，都應(yīng)該采取更為安全有效的技術(shù)手段。一方面，作為服務(wù)商應(yīng)采用目前最為先進(jìn)的虛擬化海量存儲(chǔ)技術(shù)來管理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)資源。虛擬化海量存儲(chǔ)技術(shù)是采用數(shù)據(jù)副本的方式進(jìn)行容錯(cuò)，它不需要冗余設(shè)備，通過對(duì)每個(gè)虛擬盤創(chuàng)建多個(gè)副本來提高數(shù)據(jù)可用性和訪問性能，更適于在云環(huán)境下的海量存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。另一方面對(duì)于圖書館而言，各館也應(yīng)自行對(duì)館藏各種數(shù)據(jù)資源進(jìn)行及時(shí)、全面的備份并長(zhǎng)期、可靠地保存。

4.3圖書館信息資源的保密性與完整性實(shí)現(xiàn) 云計(jì)算環(huán)境下為了保證“云”中的信息資源在存儲(chǔ)和傳輸過程中不被非法下載或惡意篡改，應(yīng)加快信息安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)其核心內(nèi)容公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PKI的應(yīng)用。PKI(Public Key infrastructure)是提供公鑰加密和數(shù)字簽名服務(wù)的系統(tǒng)或平臺(tái)，由公開密鑰密碼技術(shù)、數(shù)字證書、證書發(fā)放機(jī)構(gòu)(CA)和關(guān)于公開密鑰的安全策略等基本成分共同組成。PKI的建設(shè)和應(yīng)用，使云環(huán)境下的圖書館可以在各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中方便地使用加密和數(shù)字簽名技術(shù)，從而保證了數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性，為圖書館營(yíng)造起一個(gè)安全的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境。

4.4圖書館信息資源的操作權(quán)限管理 云計(jì)算環(huán)境下的圖書館可以根據(jù)用戶信息需求的不同，將用戶從低到高劃分為若干個(gè)層級(jí)，并嚴(yán)格控制用戶對(duì)資源的訪問權(quán)限。目前較為成熟的權(quán)限管理與控制技術(shù)是特權(quán)管理基礎(chǔ)設(shè)施PMI(Privilege Management Infrastructure)，它是基于屬性證書(AC)的授權(quán)管理平臺(tái)，它以PKI體系為基礎(chǔ)，向所有用戶提供與應(yīng)用相關(guān)的授權(quán)服務(wù)，能夠在用戶請(qǐng)求服務(wù)時(shí)進(jìn)行權(quán)限驗(yàn)證，成為用戶和服務(wù)提供者間的安全通信基礎(chǔ)。圖書館通過PMI進(jìn)行授權(quán)管理，使普通用戶登錄進(jìn)入“云”后只能根據(jù)事先指派的角色進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢；而承擔(dān)圖書館數(shù)據(jù)維護(hù)工作的用戶登錄系統(tǒng)后，則能夠按照該管理員的角色分派相應(yīng)的操作權(quán)限，完成具體的數(shù)據(jù)維護(hù)工作。

4.5圖書館信息資源的用戶訪問控制 云計(jì)算環(huán)境下的用戶身份認(rèn)證對(duì)于數(shù)據(jù)安全起到至關(guān)重要的作用，只有通過認(rèn)證的授權(quán)用戶才能訪問云中的相應(yīng)的信息資源。由于云計(jì)算環(huán)境的異構(gòu)性、動(dòng)態(tài)性、跨組織性等特點(diǎn)，不可能要求用戶在使用每一個(gè)云資源之前都要進(jìn)行身份認(rèn)證，因此云環(huán)境下的圖書館可采用單點(diǎn)登錄的統(tǒng)一身份認(rèn)證方式，被授權(quán)的圖書館用戶只需主動(dòng)地進(jìn)行一次身份認(rèn)證，隨后便可以訪問其他被授權(quán)的資源。通過單點(diǎn)登錄的統(tǒng)一身份認(rèn)證與PMI權(quán)限控制技術(shù)，能夠根據(jù)不同用戶的層級(jí)對(duì)應(yīng)地設(shè)置不同的資源層級(jí)訪問權(quán)限，二者形成匹配性，從而嚴(yán)格控制用戶對(duì)資源的訪問，以有效地保證數(shù)據(jù)與服務(wù)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]江珊.圖書館與云計(jì)算[J].圖書館雜志，2010[7]:10-12 [2]陸靜.基于云計(jì)算的圖書館管理思考[J].情報(bào)檢索，2011[5]:107-109 [3]邱小紅.云計(jì)算：圖書館事業(yè)的發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)[J].探索與發(fā)現(xiàn)，2011[8]:64-65 [4]李蘭.云計(jì)算技術(shù)對(duì)圖書館的影響研究[J].高校圖書情報(bào)論壇，2010[9]:45-47 [5]蔣麗艷.基于云計(jì)算的圖書館信息平臺(tái)構(gòu)建[J].現(xiàn)代情報(bào)，2011[8]:47-49

第二篇：計(jì)算機(jī)前沿講座講座體會(huì)（最終版）

計(jì)算機(jī)前沿講座報(bào)告

最近聽了溫州大學(xué)***博士講的機(jī)器學(xué)習(xí)，那么用對(duì)這堂課的心得體會(huì)來總結(jié)對(duì)計(jì)算機(jī)前沿技術(shù)的學(xué)習(xí)。先來說一個(gè)笑話，我們知道機(jī)器學(xué)習(xí)的子學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)有一種叫做對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）。對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）類似：孫悟空：我是孫悟空。如來：你是真的。如來：你是假的。-六耳獼猴：我是孫悟空。

-如來：你是真的。

這就是機(jī)器學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確來說是最常見的一種，監(jiān)督學(xué)習(xí)。最開始的幾步是對(duì)于模型的訓(xùn)練，“多了”或“少了”可以理解為訓(xùn)練時(shí)的誤差，模型根據(jù)誤差調(diào)整自身參數(shù)，這就是機(jī)器學(xué)習(xí)里常用的反向傳播(Backpropagation)的簡(jiǎn)單的解釋。梯度下降涉及到算法，最終來提高機(jī)器處理問題的能力。

機(jī)器學(xué)習(xí)想做的事情，簡(jiǎn)單的說是要從資料中歸納出有用的規(guī)則。大數(shù)據(jù)說的是對(duì)大量的資料做分析，而人工智能說的是讓機(jī)器看起來更聰明，兩者都可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)來做核心的工具。

一名程序員，最終將會(huì)遇到很多類型的頑固抵制邏輯的、程序的解決方案的問題。我的意思是，對(duì)于很多類問題，坐下來寫出解決問題所需要的所有條件語句是既不可行也不劃算的。我聽到你的程序員大腦在大喊，“褻瀆”。

這是真的，以每天的鑒別垃圾郵件問題為例，每當(dāng)介紹機(jī)器學(xué)習(xí)時(shí)，它是一直被使用的例子。當(dāng)一封郵件到來時(shí)，你將怎樣寫一個(gè)程序來過濾垃圾郵件，決定是將它放在垃圾箱還是收件箱中？你將可能開始收集一些實(shí)例并深入研究它們，你將尋找垃圾郵件和非垃圾郵件所特有的模式，你還將會(huì)考慮抽象出那些模式以便你的啟發(fā)式學(xué)習(xí)將來能夠應(yīng)用到新案例之中。你將會(huì)忽視那些永遠(yuǎn)不會(huì)被看到的古怪郵件，你將能夠輕松的提高準(zhǔn)確率并為邊界情況制定特殊的程序。你將反復(fù)多次的瀏覽郵件并抽象出新模式來改善做出的決策。

在那里有一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，所有這些事情都由程序員而不是電腦來完成。這種手動(dòng)導(dǎo)出的硬編碼系統(tǒng)將具有同程序員一樣的、從數(shù)據(jù)中提取規(guī)則并將其實(shí)現(xiàn)的能力。這能夠做到，但是它將花費(fèi)太多的資源，而且會(huì)是一個(gè)持續(xù)的噩夢(mèng)。

在垃圾/非垃圾郵件的例子中，經(jīng)驗(yàn)E就是我們所收集的郵件，任務(wù)T是一個(gè)決策問題（也稱為分類），它需要標(biāo)記每一封郵件是否為垃圾郵件，并將其放入到正確的文件夾中。我們的性能度量將是一些類似于準(zhǔn)確率之類的、介于0%-100%之間的一個(gè)百分比（正確決策數(shù)除以總的決策數(shù)再乘以100）。

準(zhǔn)備這樣一個(gè)決策程序的過程通常被稱為訓(xùn)練，收集到的實(shí)例稱為訓(xùn)練集，程序即為一個(gè)模型，一個(gè)把非垃圾郵件從垃圾郵件的分離出來的問題的模型。作為程序員，我們喜歡這個(gè)術(shù)語，一個(gè)模型具有特定的狀態(tài)并且需要被保持，訓(xùn)練是一個(gè)執(zhí)行一次的過程，也可能會(huì)根據(jù)需要重新運(yùn)行，分類是待完成的任務(wù)。這些對(duì)我們來說都是有意義的。

我們能夠看到上面定義中所用到的術(shù)語并不是很適合于程序員。從技術(shù)上來說，我們寫的所有的程序都是一個(gè)自動(dòng)化操作，因此，機(jī)器學(xué)習(xí)是自動(dòng)化學(xué)習(xí)的這一說明是沒有意義的。

第三篇：計(jì)算機(jī)前沿講座報(bào)告

計(jì)算機(jī)前沿講座報(bào)告

為了拓展同學(xué)們的知識(shí)面，給同學(xué)們提供更廣的就業(yè)方向，學(xué)院特地開展了計(jì)算機(jī)前沿講座這門課。第一個(gè)講座，老師給我們講解了各種高科技，比如說無人機(jī)，比如說監(jiān)控但是我個(gè)人更偏好于無人航拍的機(jī)器，老師也帶來了真實(shí)的機(jī)器給我們演示，所以課后對(duì)無人機(jī)又進(jìn)行了進(jìn)一步了解。第二個(gè)講座，老師是個(gè)留學(xué)生，給我們講了各種厲害的腦波科技和醫(yī)學(xué)，我課后也進(jìn)行了腦接技術(shù)的了解，學(xué)習(xí)情況如下：

一、無人機(jī) 什么是無人機(jī)？

無人機(jī)是通過無線電遙控設(shè)備或機(jī)載計(jì)算機(jī)程控系統(tǒng)進(jìn)行操控的不載人飛行器。無人機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用成本低，不但能完成有人駕駛飛機(jī)執(zhí)行的任務(wù)，更適用于有人飛機(jī)不宜執(zhí)行的任務(wù)。在突發(fā)事情應(yīng)急、預(yù)警有很大的作用。

無人機(jī)航拍

無人機(jī)航拍是以無人駕駛飛機(jī)作為空中平臺(tái),以機(jī)載遙感設(shè)備,如高分辨率CCD數(shù)碼相機(jī)、輕型光學(xué)相機(jī)、紅外掃描儀，激光掃描儀、磁測(cè)儀等獲取信息，用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行處理，并按照一定精度要求制作成圖像。全系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點(diǎn)，是集成了高空拍攝、遙控、遙測(cè)技術(shù)、視頻影像微波傳輸和計(jì)算機(jī)影像信息處理的新型應(yīng)用技術(shù)。為適應(yīng)城鎮(zhèn)發(fā)展的總體需求，提供綜合地理、資源信息。正確、完整的信息資料是科學(xué)決策的基礎(chǔ)。各地區(qū)、各部門在綜合規(guī)劃、田野考古、國(guó)土整治監(jiān)控、農(nóng)田水利建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、廠礦建設(shè)、居民小區(qū)建設(shè)、環(huán)保和生態(tài)建設(shè)等方面，無不需要最新、最完整的地形地物資料，已成為各級(jí)政府部門和新建開發(fā)區(qū)急待解決的問題。我們用遙感航拍技術(shù)準(zhǔn)確地反映出地區(qū)新發(fā)現(xiàn)的古跡、新建的街道、大橋、機(jī)場(chǎng)、車站以及土地、資源利用情況的綜合信息。遙感航拍技術(shù)是各種先進(jìn)手段優(yōu)化組合的新型應(yīng)用技術(shù)。昆明勁鷹無人機(jī)航拍技術(shù)以低速無人駕駛飛機(jī)為空中遙感平臺(tái)，用彩色、黑白、紅外、攝像技術(shù)拍攝空中影像數(shù)據(jù)；并用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息加工處理。全系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和最優(yōu)化組合方面具有突出的特點(diǎn)，是集成了遙感、遙控、遙測(cè)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用技術(shù)。

無人機(jī)航拍的特點(diǎn)

無人機(jī)航拍影像具有高清晰、大比例尺、小面積、高現(xiàn)勢(shì)性的優(yōu)點(diǎn)。特別適合獲取帶狀地區(qū)航拍影像（公路、鐵路、河流、水庫(kù)、海岸線等）。且無人駕駛飛機(jī)為航拍攝影提供了操作方便，易于轉(zhuǎn)場(chǎng)的遙感平臺(tái)。起飛降落受場(chǎng)地限制較小，在操場(chǎng)、公路或其它較開闊的地面均可起降，其穩(wěn)定性、安全性好，轉(zhuǎn)場(chǎng)等非常容易。小型輕便、低噪節(jié)能、高效機(jī)動(dòng)、影像清晰、輕型化、小型化、智能化更是無人機(jī)航拍的突出特點(diǎn)。

無人機(jī)航拍的應(yīng)用范圍

無人機(jī)航拍遙感技術(shù)可廣泛應(yīng)用于國(guó)家生態(tài)環(huán)境保護(hù)、礦產(chǎn)資源勘探、海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用調(diào)查、水資源開發(fā)、農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)與估產(chǎn)、農(nóng)業(yè)作業(yè)、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)與評(píng)估、城市規(guī)劃與市政管理、森林病蟲害防護(hù)與監(jiān)測(cè)、公共安全、國(guó)防事業(yè)、數(shù)字地球以及廣告攝影等領(lǐng)域，有著廣闊的市場(chǎng)需求。

人的大腦是由數(shù)以萬計(jì)的針尖大小的神經(jīng)交錯(cuò)構(gòu)成的。神經(jīng)相互作用時(shí)，腦電波模式就表現(xiàn)為思維狀態(tài)，像是計(jì)算數(shù)學(xué)時(shí)的專注等情緒狀態(tài)。人的大腦平均每天產(chǎn)生7萬個(gè)想法。而且，每次神經(jīng)活動(dòng)時(shí)都會(huì)產(chǎn)生輕微的放電，放出的電通過腦電波技術(shù)（醫(yī)學(xué)上稱為腦電圖）就可以測(cè)量得到。單個(gè)神經(jīng)產(chǎn)生的放電是很難從頭皮外測(cè)量到的。但是許多神經(jīng)共同放電產(chǎn)生的集體電波是可以測(cè)量得到的。因此，我們測(cè)量到的大腦狀態(tài)是由許多神經(jīng)共同放電產(chǎn)生的集體神經(jīng)活動(dòng)決定的。

二、腦接技術(shù)

經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的實(shí)驗(yàn)，神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域的專家們已經(jīng)定義了大腦中控制具體活動(dòng)的部位。比如，控制四肢的區(qū)域位于大腦的頂部。而負(fù)責(zé)視力的區(qū)域則位于大腦的后部。從進(jìn)化論的角度看，大多數(shù)動(dòng)物的大腦也具備這些功能。隨著人衍化為較高級(jí)的物種，大腦前額處 的皮質(zhì)產(chǎn)生了更高級(jí)的思維。人的情緒，精神狀態(tài)及專注狀態(tài)都受這個(gè)區(qū)域的控制。

不同的神經(jīng)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生不同的腦波模式，從而表現(xiàn)為不同的大腦狀態(tài)。不同的腦波模式會(huì)發(fā)出不同振幅和頻率的腦電波。例如，當(dāng)腦波位于12到30Hz之間時(shí)，即Beta波，表示 大腦正處于專注狀態(tài)。當(dāng)腦波在8到12Hz時(shí)，即Alpha波，表明大腦正處于平靜放松的 狀態(tài)。除了腦波外，肌肉的收縮也會(huì)產(chǎn)生不同模式的波動(dòng)，稱之為肌電圖。NeuroSky的設(shè)備可以檢測(cè)到像眨眼等肌肉運(yùn)動(dòng)，從而在測(cè)量腦電波時(shí)可以把肌肉產(chǎn)生的電波過濾掉。

神經(jīng)中電信號(hào)的傳輸并不像其在電線中那樣穿行，也沒有電源來補(bǔ)充電力。然而每根神經(jīng)都會(huì)自己產(chǎn)生放電。每一次電信號(hào)到達(dá)神經(jīng)末梢時(shí)，都會(huì)放出化學(xué)物質(zhì)，告訴周圍的神經(jīng) 產(chǎn)生自己的電信號(hào)。這些電信號(hào)稱之為“動(dòng)作電位”，當(dāng)神經(jīng)產(chǎn)生電信號(hào)時(shí)，就會(huì)有相應(yīng)的 腦波活動(dòng)產(chǎn)生。

原子和分子都會(huì)產(chǎn)生正負(fù)電荷，這些帶電粒子稱之為離子，正負(fù)離子也像兩個(gè)磁鐵上的正負(fù)極一樣連在一起。當(dāng)沒有信號(hào)傳輸時(shí)，神經(jīng)會(huì)用脈把正離子輸送到細(xì)胞外。這些脈需要 大量的能量因?yàn)檎x子還要返回到目前帶負(fù)電荷的細(xì)胞中。脈所需的能量來自于三磷酸腺 苷，三磷酸腺苷是把能量傳輸?shù)饺砑∪獾姆肿印?/p>

熱力學(xué)第一定律表明能量只能被改變，不能被創(chuàng)造及消滅。脈上的能量就被存儲(chǔ)為細(xì)胞核內(nèi)外間的電荷差。但是當(dāng)陽離子流動(dòng)到細(xì)胞并消除了電荷差后，存儲(chǔ)的能量就會(huì)以波動(dòng)的 形式釋放出來。正如海洋中小的波浪匯合成大的波濤一樣，成千上萬的神經(jīng)同時(shí)活動(dòng)也會(huì) 形成大的腦波。神念科技的設(shè)備就能測(cè)量得到這些腦波。大腦的可塑性就是神經(jīng)之間可以產(chǎn)生新的連接，丟掉舊的連接。簡(jiǎn)單來講，人們之所以可以把事物聯(lián)系起來，是因?yàn)楫?dāng)神經(jīng)同時(shí)活動(dòng)時(shí)，它們就會(huì)聯(lián)系在一起，反之亦然。當(dāng)人根據(jù)NeuroSky（神念科技）的設(shè)備要求產(chǎn)生特定的腦電波時(shí)，就會(huì)不自覺的強(qiáng)化有益的大腦狀態(tài)相關(guān)的神經(jīng)群之間的聯(lián)系。久而久之用戶就能隨心所欲的產(chǎn)生這些有益的大腦狀態(tài)。

腦機(jī)接口技術(shù)可以把電生理學(xué)活動(dòng)或有機(jī)器官的神經(jīng)系統(tǒng)的代謝速率轉(zhuǎn)化為機(jī)械裝置可以識(shí)別的信號(hào)。腦機(jī)接口技術(shù)在一個(gè)世紀(jì)前就引起了人們的想象；伴隨著《百變星君》電視劇出生的高峰生育兒們大都在受傷后配備了神經(jīng)假肢。早在1908年，Le Nyctalope，有 爭(zhēng)議的第一個(gè)超級(jí)英雄，是文學(xué)作品中出現(xiàn)的第一個(gè)使用了腦機(jī)接口技術(shù)的人?，F(xiàn)在腦機(jī) 接口技術(shù)不再是小說中虛構(gòu)的情節(jié)，事實(shí)上這種技術(shù)的研究在20世紀(jì)最后十年非常盛行，人類，非人類及嚙齒動(dòng)物通過神經(jīng)活動(dòng)就可以直接和電氣設(shè)備進(jìn)行交流。

第四篇：計(jì)算機(jī)前沿創(chuàng)新論文

【關(guān)鍵詞】

地理信息系統(tǒng)：是以采集、存儲(chǔ)、管理、分析、描述和應(yīng)用整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層在內(nèi)）與空間和地理分布有關(guān)的數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它由硬件、軟件、數(shù)據(jù)和用戶有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成。它的主要功能是實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的采集、編輯、管理、分析、統(tǒng)計(jì)、制圖的工具已逐步發(fā)展起來。GIS始于60年代的加拿大與美國(guó)，爾后各國(guó)相繼投入了大量的研究工作，自80年代末以來,特別是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,地理信息的處理、分析手段日趨先進(jìn)，GIS技術(shù)日臻成熟，已廣泛地應(yīng)用于環(huán)境、資源、石油、電力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)咨詢、災(zāi)害損失預(yù)測(cè)、投資評(píng)價(jià)、政府管理和軍事等與地理坐標(biāo)相關(guān)的幾乎所有領(lǐng)域。但是，隨著信息技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展、數(shù)字地球（Digital Earth）的提出與實(shí)施，以及GIS的應(yīng)用深度的不斷深入和廣度的擴(kuò)大，GIS正處于急劇變化與發(fā)展之中，并對(duì)GIS提出了許多新的要求。一方面，計(jì)算機(jī)的進(jìn)步、信息網(wǎng)的發(fā)展和利用等技術(shù)上的突破，使得以數(shù)字形式表示信息更加容易，另一方面，地理信息仍滯后于其它更適合于以數(shù)字形式表示的信息，例如數(shù)字和文本。因此，地理信息的使用，又存在一定的困難和障礙，如果這些障礙能夠妥善解決，GIS的應(yīng)用將會(huì)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)GIS發(fā)展趨勢(shì)的影響：GIS技術(shù)依托的主要工具和平臺(tái)是計(jì)算機(jī)及其相關(guān)設(shè)備。進(jìn)入90年代以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)其微處理器的處理速度愈來愈快性能價(jià)格比更高;其存儲(chǔ)器能實(shí)現(xiàn)將大型文件映射至內(nèi)存的能力,并且能存儲(chǔ)海量數(shù)據(jù)。此外,隨著多媒體技術(shù)、空間技術(shù)、虛擬實(shí)景、數(shù)字測(cè)繪技術(shù)、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)三維圖形芯片、大容量光盤技術(shù)及寬頻光纖通訊技術(shù)的突破性進(jìn)展，特別是消除數(shù)據(jù)通訊瓶頸的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)的建立，以及能夠提供接近實(shí)時(shí)對(duì)地觀測(cè)圖象的高分辨、高光譜、短周期遙感衛(wèi)星的大量發(fā)射，這些為GIS技術(shù)的廣泛、深入應(yīng)用展示了更加光明的前景。同時(shí),也使當(dāng)前的GIS已不能滿足信息時(shí)代、數(shù)字時(shí)代的要求，目前GIS主要總體上呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、開放性、虛擬現(xiàn)實(shí)、集成化、空間多維性等發(fā)展趨勢(shì)。

2.1網(wǎng)絡(luò)化GIS

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展推動(dòng)著當(dāng)代GIS技術(shù)的快速更新和發(fā)展，使得在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)GIS應(yīng)用日益引起人們的關(guān)注，建立萬維網(wǎng)GIS是近年來GIS研究領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。Web GIS或互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)是當(dāng)前GIS的一個(gè)重要發(fā)展方向。

目前，WWWGIS的建設(shè)面臨四個(gè)方面的挑戰(zhàn)：網(wǎng)上數(shù)據(jù)發(fā)布、網(wǎng)上數(shù)據(jù)互操作、網(wǎng)上數(shù)據(jù)采掘和網(wǎng)上數(shù)據(jù)管理及安全性。與傳統(tǒng)的GIS相比，Web GIS具有以下特點(diǎn)：

(1)適應(yīng)性強(qiáng)Web GIS是基于互聯(lián)網(wǎng)的，因而是全球的，能夠在不同的平臺(tái)運(yùn)行。

(2)應(yīng)用面廣網(wǎng)絡(luò)功能將使Web GIS應(yīng)用到整個(gè)社會(huì)，真正實(shí)現(xiàn)GIS的無所不能，無處不在。

(3)現(xiàn)實(shí)性強(qiáng)地理信息的實(shí)時(shí)更新在網(wǎng)上進(jìn)行，人們能得到最新信息和最新動(dòng)態(tài)。

(4)維護(hù)社會(huì)化數(shù)據(jù)的采集、輸入、空間信息的分析與發(fā)布將是在社會(huì)協(xié)調(diào)下運(yùn)作，對(duì)其維護(hù)將是社會(huì)化，減少重復(fù)的勞動(dòng)。

(5)使用簡(jiǎn)單用戶可以直接從網(wǎng)上獲取所需要的各種地理信息，直接進(jìn)行各種地理信息的分析，而不用關(guān)心空間數(shù)據(jù)庫(kù)的維護(hù)和管理。

網(wǎng)絡(luò)GIS可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上發(fā)布、瀏覽、下載，實(shí)現(xiàn)基于Web的GIS查詢和分析。盡管目前已有多家國(guó)內(nèi)外公司推出Web GIS,總地來說，Web GIS尚處在試驗(yàn)研究階段，其最終目標(biāo)是應(yīng)能實(shí)現(xiàn)GIS與WWW技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，GIS通過WWW成為大眾使用的技術(shù)和工具。

2.2開放式GIS

開放式地理信息系統(tǒng)是指在計(jì)算機(jī)和通信環(huán)境下，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和接口（Interface）所建立起來的地理信息系統(tǒng)。它不僅使數(shù)據(jù)能在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)，還能在系統(tǒng)間流動(dòng)。Open GIS是為了使不同的地理信息系統(tǒng)軟件之間具有良好的互操作性，以及在異構(gòu)分布數(shù)據(jù)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)信息共享的途徑。為此，Open GIS要具有下列特點(diǎn)：

(1)互操作性：不同地理信息系統(tǒng)軟件之間連接、信息交換沒有障礙。

(2)可擴(kuò)展性：硬件方面，可在不同軟件、不同檔次的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，其性能和硬件平臺(tái)的性能成正比；軟件方面增加新的地學(xué)空間數(shù)據(jù)和地學(xué)數(shù)據(jù)處理功能。

(3)技術(shù)公開性：開放的思想主要是對(duì)用戶公開，公開源代碼及規(guī)范說明是重要的途徑之一。

(4)可移植性：獨(dú)立于軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不需修改便可在不同的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行。

除此之外，還有諸如兼容性、可實(shí)現(xiàn)性、協(xié)同性等特點(diǎn)。

為了研究和開發(fā)Open GIS技術(shù)，1996年在美國(guó)成立的開放地理信息聯(lián)合會(huì)主要研究和建立了開放式地理數(shù)據(jù)交互操作規(guī)程（OGIS）。OGIS是為了尋找一種方式，將地理信息系統(tǒng)技術(shù)、分布處理技術(shù)、面向?qū)ο蠓椒ā?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)信息獲取方法更有效地結(jié)合起來?；贠GIS規(guī)范制訂的開放系統(tǒng)模型是一種軟件工程和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，這種方法應(yīng)用于GIS領(lǐng)域，側(cè)重于改變當(dāng)前GIS模型中特定的應(yīng)用系統(tǒng)及其功能與它內(nèi)部數(shù)據(jù)模型及數(shù)據(jù)格式緊密捆綁的現(xiàn)狀。當(dāng)然，OGIS只是對(duì)Open GIS定義了抽象的互操作規(guī)程，具體如何實(shí)現(xiàn)，還需采用分布式對(duì)象的技術(shù)，通過Acrobat、OLE、ActiveX、Java等語言實(shí)現(xiàn)。

Open GIS技術(shù)將使GIS始終處于一種組織、開放式的狀態(tài)，真正成為服務(wù)于整個(gè)社會(huì)的產(chǎn)業(yè)以及實(shí)現(xiàn)地理信息的全球范圍內(nèi)的共享與互操作，是未來網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下GIS技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

2.3虛擬現(xiàn)實(shí)GIS

虛擬GIS就是GIS與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality）的結(jié)合。VR技術(shù)是當(dāng)代信息技術(shù)高速發(fā)展，并與其他技術(shù)集成的產(chǎn)物，是一種最有效地模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。這種模擬具有三個(gè)最基本的特征，即Immersion(沉浸)-Interaction(交互)-Imagination(構(gòu)想)。

由于技術(shù)的限制，目前還未能開發(fā)出適用于遙感和GIS用戶需要的真3維可視化的數(shù)據(jù)分析軟件包。GIS與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，將虛擬環(huán)境帶入GIS將使GIS更加完美。GIS用戶在計(jì)算機(jī)上就能處理真3維的客觀世界的虛擬環(huán)境中將能更有效地管理，分析空間實(shí)體數(shù)據(jù)。目前虛擬GIS（VGIS）的研究主要集中在虛擬城市。

2.4多媒體GIS

多媒體技術(shù)（Multi-Media）是一種集聲、像、圖、文、通訊等為一體，并以最直觀的方式表達(dá)和感知信息，以形象化的、可觸摸（觸屏）的甚至聲控對(duì)話的人機(jī)界面操縱信息處理的技術(shù)。應(yīng)用多媒體技術(shù)對(duì)GIS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能及應(yīng)用模式的設(shè)計(jì)產(chǎn)生極大的影響，使得GIS的表現(xiàn)形式更豐富，更靈活，更友好。

多媒體地理信息系統(tǒng)（MGIS）將文字、圖形（圖像）、聲音、色彩、動(dòng)畫等技術(shù)融為一體，為GIS應(yīng)用開拓了新的領(lǐng)域和廣闊的前景。它不僅能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化教育、旅游、商業(yè)、決策管理和規(guī)劃等提供生動(dòng)、直觀、高效的信息服務(wù)，而且將使電腦技術(shù)真正走進(jìn)人類社會(huì)生活。多媒體技術(shù)在GIS領(lǐng)域的深入應(yīng)用，乃至出現(xiàn)具有良好集成能力的MGIS是技術(shù)發(fā)展的必然。

2.5集成化3S技術(shù)的結(jié)合

3S技術(shù)指的是全球定位系統(tǒng)（GPS）、遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）。3S技術(shù)的結(jié)合與集成充分體現(xiàn)了學(xué)科發(fā)展從細(xì)分走向綜合的規(guī)律。

GIS發(fā)展的重要趨勢(shì)是與全球定位系統(tǒng)（GPS）和遙感（RS）的集成，從而構(gòu)成實(shí)時(shí)的，動(dòng)態(tài)的GIS。GPS為GIS的快速定位和更新提供手段，遙感技術(shù)的多譜段、多時(shí)相、多傳感器和多分辨率的特點(diǎn)，為GIS不斷注入“燃料”，反過來又可利用GIS支持從遙感影像數(shù)據(jù)中自動(dòng)提取語義和非語義信息。

3S技術(shù)整體結(jié)合所構(gòu)成的系統(tǒng)是高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化的GIS系統(tǒng)。這種系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)、實(shí)時(shí)地采集、處理和更新數(shù)據(jù)的功能，而且能夠分析和運(yùn)用數(shù)據(jù)，為各種應(yīng)用提供科學(xué)的決策咨詢，并回答用戶可能提出的各種復(fù)雜問題。

空間多維性三維GIS與時(shí)態(tài)GIS

2.6.1三維GIS

在許多地學(xué)研究中，人們所要研究的對(duì)象是充滿整個(gè)3D空間的，如大氣污染、洋流、地質(zhì)模型等，必須用一個(gè)（X，Y，Z）的3D坐標(biāo)來描述。在3DGIS中，研究對(duì)象是通過空間X、Y、Z軸進(jìn)行定義，描述的是真3D的對(duì)象。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和GIS在許多行業(yè)諸如地質(zhì)、礦山、海洋、城市地下管網(wǎng)，城市空間規(guī)劃、城市景觀分析、無線通信覆蓋范圍分析等對(duì)三維GIS的需求日益迫切，3DGIS的理論和應(yīng)用近年來受到許多學(xué)者的關(guān)注。到目前為止，雖然有3DGIS系統(tǒng)問世，但其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們分析問題的需要，原因主要是3DGIS理論不成熟，其拓?fù)潢P(guān)系模型一直沒有解決；另外三維基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)量十分大，很難建立一個(gè)有效的，易于編程實(shí)現(xiàn)的三維模型,計(jì)算機(jī)海量數(shù)據(jù)的處理為三維GIS提供了基礎(chǔ)。

2.6.2時(shí)態(tài)GIS

人們都在一定的空間和時(shí)間環(huán)境中生存并從事各種社會(huì)活動(dòng)。從信息系統(tǒng)，尤其是GIS的實(shí)用角度出發(fā)，時(shí)間可以看成是一條沒有端點(diǎn)，向過去和將來無限延伸的線軸，它是現(xiàn)實(shí)世界的第四維。時(shí)間和空間不可分割地聯(lián)系在一起，跟蹤和分析空間信息隨時(shí)間的變化，應(yīng)當(dāng)是GIS的一個(gè)合理目標(biāo)。這樣的GIS就被稱為時(shí)態(tài)GIS（Temporal GIS）。

記錄歷史數(shù)據(jù)有時(shí)候是非常重要的。在GIS中也要經(jīng)常查詢歷史，最明顯的例子就是宗地，一塊宗地可能經(jīng)過許多次的買賣或變化。在土地糾紛中，人們需要詳細(xì)的歷史記錄作為法律依據(jù)。GIS在環(huán)境應(yīng)用中，也經(jīng)常需要用到多時(shí)態(tài)的信息對(duì)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。所以，研究GIS的時(shí)態(tài)問題則成為當(dāng)今GIS領(lǐng)域的一個(gè)重要方向。

時(shí)態(tài)GIS的組織核心是時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)，其概念基礎(chǔ)則是時(shí)空數(shù)據(jù)模型。時(shí)空數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的選擇應(yīng)以不同類型的時(shí)空過程和應(yīng)用目的作為出發(fā)點(diǎn)。雖然人們已分別在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)研究方面取得很大進(jìn)展，但是“時(shí)態(tài)”+“空間”≠“時(shí)空”，兩者難以簡(jiǎn)單地組合起來，這導(dǎo)致了時(shí)態(tài)GIS研究與應(yīng)用的困難。作為一種系統(tǒng)方法，時(shí)態(tài)GIS的研究和應(yīng)用還有很長(zhǎng)的路要走。

2.7組件式GIS

GIS軟件是一種大型的軟件，開發(fā)一個(gè)功能完備的GIS軟件是一項(xiàng)極其復(fù)雜的工程。如何合理地組織GIS軟件的結(jié)構(gòu),一直是GIS軟件技術(shù)專家們研究的問題。它的發(fā)展體經(jīng)歷了如下歷程：GIS模塊、集成式GIS、模塊化GIS和核心式GIS。當(dāng)前計(jì)算機(jī)軟件控件技術(shù)（ActiveX控件，其前身OLE控件）為GIS軟件提供了一種新的開發(fā)模式。

組件化GIS基于標(biāo)準(zhǔn)的組件式GIS平臺(tái)，各組件之間不僅可能自由、靈活地重組，而且具有可視化的界面和方便的標(biāo)準(zhǔn)的接口。其特征主要體現(xiàn)在：

(1)高效無縫的系統(tǒng)集成允許將專業(yè)模型、GIS控件、其它控件緊密地結(jié)合在統(tǒng)一的界面下。

(2)無須專門的GIS開發(fā)語言只要掌握基于Windows平面的通用環(huán)境(VB,VC++,Delphi, PowerBuilder 等)，以及組件式GIS各控件的屬性、方法和事件，就能完成應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

(3)大眾化的GIS用戶可以象使用其它ActiveX控件一樣使用GIS的控件，使非專業(yè)的GIS用戶也能勝任GIS應(yīng)用開發(fā)工作。

(4)開發(fā)成本低非GIS功能可以利用非專業(yè)控件，降低了系統(tǒng)的成本。

結(jié)束語

當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使GIS的發(fā)展主要呈以上幾種趨勢(shì)外，GIS軟件與建筑及規(guī)劃設(shè)計(jì)CAD、辦公自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)分析等軟件系統(tǒng)的集成等都是GIS研究與發(fā)展的熱點(diǎn)。上述這些GIS的發(fā)展趨勢(shì)并不是孤立的，而是相互影響、相互促進(jìn)，它涉及多學(xué)科的相互滲透、相互支撐。其目的就是促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，更好地為人類了解和保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境服務(wù)。面對(duì)今天的計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，面對(duì)GIS充滿生機(jī)與活力的前景，我們應(yīng)該進(jìn)一步面向世界、抓住機(jī)遇、探索規(guī)律、促進(jìn)GIS技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?？梢灶A(yù)見，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信息高速公路的建成，一個(gè)以地理信息系統(tǒng)為平臺(tái)，以信息高速公路為紐帶的“數(shù)字地球”，必將為人類信息交流與共享提供一種全新的方式。

第五篇：前沿講座

計(jì)算機(jī)視覺學(xué)科前沿知識(shí)

計(jì)算機(jī)視覺就是用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人的視覺功能，通常是指用攝像機(jī)和計(jì)算機(jī)代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別、跟蹤和測(cè)量等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)客觀的三維世界的識(shí)別。人與其他動(dòng)物一樣，視覺、聽覺、觸覺等感官功能的產(chǎn)生，首先在于進(jìn)化過程中生存的需要。根據(jù)美國(guó)心理學(xué)家Gibson的理論，人的視覺不管有多少用處，但主要功能可概括為適應(yīng)外界環(huán)境和控制自身的運(yùn)動(dòng)?？吹狡嚊_過來，你會(huì)趕快回避；看到前面有激流，你不會(huì)冒然趟過去?！斑m應(yīng)外界環(huán)境和控制自身的運(yùn)動(dòng)”還是比較抽象的概念。事實(shí)上，為了適應(yīng)外界環(huán)境和控制自身的運(yùn)動(dòng)，視覺系統(tǒng)需要能識(shí)別物體（可想而知，一個(gè)人連親戚、同事、朋友都不認(rèn)識(shí)，會(huì)怎樣生活），能判斷物體的運(yùn)動(dòng)以及確定物體的形狀和方位（否則，無法抓取物體）。所以，物體識(shí)別、物體定位、物體三維形狀恢復(fù)和運(yùn)動(dòng)分析，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)視覺的主要研究?jī)?nèi)容。

隨著自動(dòng)化水平不斷的提高，機(jī)器視覺在自動(dòng)化行業(yè)中應(yīng)用也是越來越多，而機(jī)器視覺在我國(guó)可以說處于剛起步發(fā)展階段，機(jī)器人視覺是一門新興的發(fā)展迅速的學(xué)科，八十年代以來, 機(jī)器人視覺的研究已經(jīng)歷了從實(shí)險(xiǎn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用的發(fā)展階段。從簡(jiǎn)單的二值圖象處理到高分辨率多灰度的圖象處理,從一般的二維信息處理到三維視覺機(jī)理以及模型和算法的研究都取得了很大的進(jìn)展。而計(jì)算機(jī)工業(yè)水平的飛速提高以及人工智能、并行處理和神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等學(xué)科的發(fā)展,更促進(jìn)了機(jī)器人視覺系統(tǒng)的實(shí)用化和涉足許多復(fù)雜視覺過程的研究。

目前，機(jī)器人視覺系統(tǒng)正在廣泛地應(yīng)用于視覺檢測(cè)、機(jī)器人的視覺引導(dǎo)和自動(dòng)化裝配領(lǐng)域中。在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)之中，視覺檢測(cè)往往是不可缺少的環(huán)節(jié)。比如，汽車零件的外觀，藥品包裝的正誤，IC字符印刷的質(zhì)量，電路板焊接的好壞等等，都需要眾多的檢測(cè)工人，通過肉眼或結(jié)合顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)檢驗(yàn)。大量的人工檢測(cè)不僅影響工廠效率，而且?guī)聿豢煽康囊蛩?，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量與成本。另外，許多檢測(cè)的工序不僅僅要求外觀的檢測(cè)，同時(shí)需要準(zhǔn)確獲取檢測(cè)數(shù)據(jù)，比如零件的寬度，圓孔的直徑，以及基準(zhǔn)點(diǎn)的坐標(biāo)等等，這些工作則是很難靠人眼快速完成。近年來發(fā)展迅猛的機(jī)器視覺技術(shù)解決了這一問題。機(jī)器視覺系統(tǒng)一般采用CCD照相機(jī)攝取檢測(cè)圖象并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，再采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)對(duì)圖象數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，從而得到所需要的各種目標(biāo)圖象特征值，并由此實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別，坐標(biāo)計(jì)算，灰度分布圖等多種功能。然后再根據(jù)其結(jié)果顯示圖象，輸出數(shù)據(jù)，發(fā)出指令，配合執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成位置調(diào)整，好壞篩選，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等自動(dòng)化流程。與人工視覺相比較，機(jī)器視覺具有精確，快速，可靠，和易數(shù)字化等優(yōu)點(diǎn)。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的輸入裝置可以是攝像機(jī)、轉(zhuǎn)鼓等，它們都把三維的影像作為輸入源，即輸入計(jì)算機(jī)的就是三維管觀世界的二維投影。如果把三維客觀世界到二維投影像看作是一種正變換的話，則機(jī)器視覺系統(tǒng)所要做的是從這種二維投影圖像到三維客觀世界的逆變換，也就是根據(jù)這種二維投影圖像去重建三維的客觀世界。機(jī)器視覺系統(tǒng)主要由三部分組成：圖像的獲取、圖像的處理和分析、輸出或顯示。將近80%的工業(yè)視覺系統(tǒng)主要用在檢測(cè)方面，包括用于提高生產(chǎn)效率、控制生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品質(zhì)量、采集產(chǎn)品數(shù)據(jù)等。產(chǎn)品的分類和選擇也集成于檢測(cè)功能中。例如生產(chǎn)線上的單攝像機(jī)視覺系統(tǒng)，它的視覺系統(tǒng)用來檢測(cè)生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，決定產(chǎn)品是否符合質(zhì)量要求，并根據(jù)結(jié)果，產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)輸入上位機(jī)。圖像獲取設(shè)備包括光源、攝像機(jī)等；圖像處理設(shè)備包括相應(yīng)的軟件和硬件系統(tǒng)；輸出設(shè)備是與制造過程相連的有關(guān)系統(tǒng)，包括過程控制器和報(bào)警裝置等。數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行分析和產(chǎn)品控制，若發(fā)現(xiàn)不合格品，則報(bào)警器告警，并將其排除出生產(chǎn)線。機(jī)器視覺的結(jié)果是CAQ系統(tǒng)的質(zhì)量信息來源，也可以和CIMS其它系統(tǒng)集成。

由于沒有通用的機(jī)器視覺照明設(shè)備，所以針對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用實(shí)例，要選擇相應(yīng)的照明裝置，以達(dá)到最佳效果。過去，許多工業(yè)用的機(jī)器視覺系統(tǒng)用可見光作為光源，這主要是因?yàn)榭梢姽馊菀撰@得，價(jià)格低，并且便于操作。常用的幾種可見光源是白幟燈、日光燈、水銀燈和鈉光燈。但是，這些光源的一個(gè)最大缺點(diǎn)是光能不能保持穩(wěn)定。以日光燈為例，在使用的第一個(gè)100小時(shí)內(nèi)，光能將下降15%，隨著使用時(shí)間的增加，光能將不斷下降。因此，如何使光能在一定的程度上保持穩(wěn)定，是實(shí)用化過程中急需要解決的問題。另一個(gè)方面，環(huán)境光將改變這些光源照射到物體上的總光能，使輸出的圖像數(shù)據(jù)存在噪聲，一般采用加防護(hù)屏的方法，減少環(huán)境光的影響。由于存在上述問題，在現(xiàn)今的工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)于某些要求高的檢測(cè)任務(wù)，常采用X射線、超聲波等不可見光作為光源。但是不可見光不利于檢測(cè)系統(tǒng)的操作，且價(jià)格較高，所以，目前在實(shí)際應(yīng)用中，仍多用可見光作為光源。

機(jī)器視覺系統(tǒng)中，視覺信息的處理技術(shù)主要依賴于圖像處理方法，它包括圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)編碼和傳輸、平滑、邊緣銳化、分割、特征抽取、圖像識(shí)別與理解等內(nèi)容。經(jīng)過這些處理后，輸出圖像的質(zhì)量得到相當(dāng)程度的改善，既改善了圖像的視覺效果，又便于計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行分析、處理和識(shí)別。圖像的增強(qiáng)用于調(diào)整圖像的對(duì)比度，突出圖像中的重要細(xì)節(jié)，改善視覺質(zhì)量。通常采用灰度直方圖修改技術(shù)進(jìn)行圖像增強(qiáng)。圖像的灰度直方圖是表示一幅圖像灰度分布情況的統(tǒng)計(jì)特性圖表，與對(duì)比度緊密相連。圖像的數(shù)據(jù)編碼和傳輸，數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)龐大的，一幅512*512個(gè)像素的數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量為256 K字節(jié)，若假設(shè)每秒傳輸25幀圖像，則傳輸?shù)男诺浪俾蕿?2.4M比特/秒。高信道速率意味著高投資，也意味著普及難度的增加。因此，傳輸過程中，對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮顯得非常重要，數(shù)據(jù)的壓縮主要通過圖像數(shù)據(jù)的編碼和變換壓縮完成。圖像邊緣銳化處理主要是加強(qiáng)圖像中的輪廓邊緣和細(xì)節(jié)，形成完整的物體邊界，達(dá)到將物體從圖像中分離出來或?qū)⒈硎就晃矬w表面的區(qū)域檢測(cè)出來的目的。圖像分割是將圖像分成若干部分，每一部分對(duì)應(yīng)于某一物體表面，在進(jìn)行分割時(shí)，每一部分的灰度或紋理符合某一種均勻測(cè)度度量。圖像的識(shí)別過程實(shí)際上可以看作是一個(gè)標(biāo)記過程，即利用識(shí)別算法來辨別景物中已分割好的各個(gè)物體，給這些物體賦予特定的標(biāo)記，它是機(jī)器視覺系統(tǒng)必須完成的一個(gè)任務(wù)。

在本世紀(jì)四、五十年代發(fā)展起來的線性濾波器以其完善的理論基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)處理方便，易于采用FFT和硬件實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，一直在圖像濾波領(lǐng)域占有重要地位，其中以WIENER濾波器理論和卡爾曼濾波理論為代表。但是線性濾波器存在著計(jì)算復(fù)雜度高，不便于實(shí)時(shí)處理等缺點(diǎn)。雖然它對(duì)高斯噪聲有良好的平滑作用，但對(duì)脈沖信號(hào)干擾和其它形式的噪聲干擾抑制效果差，信號(hào)邊緣模糊。為此，1971年，著名學(xué)者TUKEY提出非線笥濾波器——中值濾波器，即把局部區(qū)域中灰度的中值作為輸出灰度，并將其與統(tǒng)計(jì)學(xué)理論結(jié)合起來，使用迭代方法，比較理想地將圖像從噪聲中恢復(fù)出來，并且能保護(hù)圖像的輪廓邊界，不使其變模糊。近年來，非線性濾波理論在機(jī)器視覺、醫(yī)學(xué)成像、語音處理等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)，也反過來促使該理論的研究向縱深方向發(fā)展。