基于WebGIS的山东省人工影响天气综合业务系统设计与实现

这是一篇关于人工影响天气,综合业务系统,WebGIS,特种观测资料,实时处理的论文, 主要内容为人工影响天气(简称人影)工作在服务农业生产、缓解水资源紧缺、防灾减灾、保护生态环境以及保障重大活动等方面具有重要作用。人工影响天气业务系统是气象信息化建设的必要支撑,是提高人影作业指挥效率和科技水平的有力保障。目前人影业务系统类型各异,大多自成体系,信息共享困难,导致人影工作处于“一套业务、多套系统”的现状。如何建设一套支撑省级人影业务现代化发展、实现全省各级人影业务指挥的上下互通、功能互补、规范集约的综合性业务系统是当前各省人影部门亟待解决的问题。本文以山东省人工影响天气综合业务系统为研究对象,参考《人工影响天气综合业务系统建设指南》(中国气象局人工影响天气中心,2017),结合山东省人工影响天气工作现状及发展规划,分析了人影业务、系统功能、系统性能三个方面的需求;本着集约化原则,构建了集基础业务数据、基础地理数据、作业采集数据、特种观测数据、值班日志数据、系统管理数据等于一体的人影综合业务数据库;基于前后端分离和模块化架构思想,设计了包含业务信息管理、作业决策指挥、作业信息采集、特种数据展示、值班日志管理、系统后台管理等六大模块的人影综合业务系统;针对实时观测资料处理展示需求,提出了文件实时监控、数据库定时同步、多线程并行处理的处理策略,设计了具体可行的特种观测数据实时处理方案,探索了特种观测数据集成展示机制,研究了飞机作业轨迹实时显示技术路线;综合使用Java Web和WebGIS技术,基于Spring Boot开源框架实现了系统功能。本文建立的省级人影综合业务系统,整合了省级已有的人影业务,打通了以往各系统之间的壁垒,实现了系统间和部门间的数据共享,提高了人影工作的科技水平。系统已在全省各级人影部门投入使用,并取得了良好的应用效果。

基于WebGIS的山东省人工影响天气综合业务系统设计与实现

这是一篇关于人工影响天气,综合业务系统,WebGIS,特种观测资料,实时处理的论文, 主要内容为人工影响天气(简称人影)工作在服务农业生产、缓解水资源紧缺、防灾减灾、保护生态环境以及保障重大活动等方面具有重要作用。人工影响天气业务系统是气象信息化建设的必要支撑,是提高人影作业指挥效率和科技水平的有力保障。目前人影业务系统类型各异,大多自成体系,信息共享困难,导致人影工作处于“一套业务、多套系统”的现状。如何建设一套支撑省级人影业务现代化发展、实现全省各级人影业务指挥的上下互通、功能互补、规范集约的综合性业务系统是当前各省人影部门亟待解决的问题。本文以山东省人工影响天气综合业务系统为研究对象,参考《人工影响天气综合业务系统建设指南》(中国气象局人工影响天气中心,2017),结合山东省人工影响天气工作现状及发展规划,分析了人影业务、系统功能、系统性能三个方面的需求;本着集约化原则,构建了集基础业务数据、基础地理数据、作业采集数据、特种观测数据、值班日志数据、系统管理数据等于一体的人影综合业务数据库;基于前后端分离和模块化架构思想,设计了包含业务信息管理、作业决策指挥、作业信息采集、特种数据展示、值班日志管理、系统后台管理等六大模块的人影综合业务系统;针对实时观测资料处理展示需求,提出了文件实时监控、数据库定时同步、多线程并行处理的处理策略,设计了具体可行的特种观测数据实时处理方案,探索了特种观测数据集成展示机制,研究了飞机作业轨迹实时显示技术路线;综合使用Java Web和WebGIS技术,基于Spring Boot开源框架实现了系统功能。本文建立的省级人影综合业务系统,整合了省级已有的人影业务,打通了以往各系统之间的壁垒,实现了系统间和部门间的数据共享,提高了人影工作的科技水平。系统已在全省各级人影部门投入使用,并取得了良好的应用效果。

基于MongoDB和Storm的个人健康服务系统设计与实现

这是一篇关于个人健康服务,Storm,MongoDB 集群,实时处理,可穿戴设备的论文, 主要内容为随着社会发展和生活水平提高,人们越来越重视健康,越来越多的人加入了运动健身行列。特别是随着互联网的兴起、智能可穿戴设备的不断涌现,为我们源源不断地提供大量数据,这可以为我们提供便捷的个人健康与运动健身的监控服务。但是,现阶段健康服务系统在同时满足大量数据存储和扩展以及数据实时处理的需求方面还存在明显缺陷,因此同时解决大量数据存储扩展性和数据实时处理的问题具有重要的意义。本文以用户对个人健康服务的大量数据存储和扩展以及数据实时处理的需求为出发点,设计了一套功能完善的个人健康服务系统,为用户提供运动与健康服务。本文提出了使用MongoDB集群和Storm框架相结合的方案对用户数据进行存取和实时分析处理。上述实时处理方案弥补了现有方案使用定时任务模拟实时处理的局限性同时提高了数据处理效率、加强了数据扩展性;此外,本文完成了一套个人健康服务系统的详细设计,具体包含需求分析、架构设计、核心服务模块设计、数据库设计和系统数据服务接口设计等几个模块。最后,本文使用JavaEE、MongoDB、Spring和JSP等技术对系统进行了实现,并对系统功能和性能进行了测试。功能测试结果表明,系统已经实现了整体架构、核心功能模块、数据库和系统接口等设计工作。通过实时处理方案对数据分析处理的有效性和性能测试的实验结果显示,新方案的数据处理性能比使用定时任务的处理方案提升了40%,可以满足用户对数据处理的实时性需求,方案同时具有可扩展性,可以应对后续数据量增大的变化。

多功能一体机嵌入式扫描控制器设计实现

这是一篇关于扫描控制器,异构多核,图像优化,实时处理,多线程技术的论文, 主要内容为随着生活中数字化的趋势愈发明显,纸质文档的扫描、复印成了日常办公中必不可少的部分。与之相关具有扫描、复印等功能的多功能一体机,由于功能集成多样,需求日趋增加,应用领域也愈发广泛。但在复印打印等办公设备市场,占比份额较大的一直为日美韩等他国品牌。为打破垄断,掌握复印打印等核心技术,保障国家信息安全,复印机及相关设备的国产化正如火如荼的进行。在逐步追赶的过程中,面对以往产品的不足,需要不断研发迭代,以提高国产办公设备的性能。扫描控制器作为多功能一体机的核心部件,工作性能的优劣严重影响着整个系统的运行效率。本课题即在原有产品研发的基础上,采用ARM+DSP+IPU异构多核SOC代替扫描控制器的主控单元,重新设计扫描控制软件系统,以解决过往产品在图像扫描控制流程中运行卡顿和数据处理速度缓慢等不足,本文的主要工作内容为:(1)扫描控制系统架构设计。通过对扫描控制系统功能需求的分析和现有技术的研究,提出使用异构多核SOC作为主控制单元。并在对异构多核通信框架研究和对比的基础上,选择适配于扫描控制系统的多核架构和核间通信方式,最后根据扫描控制流程中的具体功能需求,完成扫描控制软件系统架构的设计。(2)基于多核架构的主控器软件系统设计实现。主控器作为扫描控制器的控制单元,采用多线程技术和多核协同的方式完成对扫描流程的控制,根据不同处理器的架构特性进行任务划分和资源调度,并设计网络接口用于与上位机控制软件交互,GPMC接口用于与扫描组件交互,通过EDMA方式进行扫描图像的读取,实现一个稳定实时的扫描控制软件系统。(3)扫描图像缩放、旋转和多合一拼接等功能的设计实现及优化。基于异构多核SOC设计图像缩放旋转等算法,通过设计ARM核与DSP核协同配合方式,优化数据读取过程,降低算法复杂度等多个角度进行算法优化,达到扫描图像实时处理的效果。最后搭建测试环境,验证扫描图像流程控制功能,测试扫描图像缩放、旋转以及多合一拼接功能的实现和处理速度。经过测试,系统运行及结果达到设计目标。基于异构多核架构设计的扫描控制系统方案,可以实现图像扫描流程的控制和图像处理的实时性。本课题的研究成果可为多功能一体机等国产化设备的功能迭代提供一种选择方案。

面向CPU环境的实时深度图像压缩与解压关键技术研究

这是一篇关于图像压缩,深度学习,实时处理,轻量化网络的论文, 主要内容为有损图像压缩总是面临率-失真性能和压缩/解压速度之间的权衡。随着基于深度学习的图像压缩方法的出现,GPU成为图像压缩三角困境(压缩质量、运行速度与硬件平台)中的新顶点。虽然基于深度学习的图像压缩方法已在率-失真性能方面超越包括BPG在内的传统图像压缩方法,但是较低的运行速度与特殊的硬件平台却严重制约着其在实际生活中的推广应用。为了解决基于深度学习的图像压缩在硬件平台与运行速度方面的短板,从而使基于深度学习的图像压缩方法得以在现实中落地应用,本文提出了面向CPU环境的实时深度图像压缩模型Fasi Net。在率-失真性能方面,Fasi Net在中、高比特率下超越了SOTA的实时GPU端图像压缩神经网络模型;在运行速度方面,相似压缩质量下Fasi Net在纯CPU环境中的压缩与解压速度可分别达到JPEG2000的4.9倍与2.6倍,首次实现了在CPU端同时达到对Kodak数据集的实时压缩与实时解压;在硬件平台需求方面,Fasi Net避免了基于深度学习的图像压缩方法对GPU的依赖,并且在纯CPU环境下运行速度仅次于JPEG。具体而言,本文的创新点主要有以下几点:首先,本文针对不同的图像压缩应用场景,提出了面向高比特率压缩场景的图像压缩模型Fasi Net-H与面向低比特率图像压缩场景的图像压缩模型Fasi Net-L,二者均能在纯CPU环境下实现对Kodak数据集的实时压缩与实时解压;其次,本文提出了CPU友好型的独立可分离下采样(ISD)和上采样(ISU)模块,在保证模型率-失真性能的同时轻量化神经网络。与可以高效并行处理二维卷积的GPU不同,CPU在一维计算上显示出更强的优势,根据这一特点,ISD与ISU模块从卷积核大小、跨步卷积步长、通道数三个维度对传统跨步卷积进行了轻量化改进,极大的降低了模型的计算复杂度,使得Fasi Net运行速度在CPU环境中仅次于JPEG,且超越所有基于深度学习的图像压缩方法;再次,本文针对基于深度学习的图像压缩中由于量化操作导致的训练与推理过程不一致的问题,提出了鲁棒的逆量化残差(IQR)模块,用以提升网络的率-失真性能。由于量化操作无法进行有效的反向传播,因此在训练阶段解码器的浮点型输入无法做到与推理阶段的整型输入一致,而IQR模块的加入将图像压缩神经网络训练与测试阶段解码端的输入统一为浮点数张量,在中低比特率下为Fasi Net节约了10%以上的存储空间;最后,针对基于深度学习的图像压缩方法解码速度较编码速度更难提升的特性,本文改变业界主流的严格对称式编解码器架构设计思路,构造了满足实时解压要求的与编码器完全不对称的解码器架构,以细微的质量损失换取了近3倍的解码速度提升,并且实现了纯CPU环境下对Kodak数据集的实时解压。

红外和可见光图像配准融合及真彩色实时系统研究与开发

这是一篇关于红外和可见光双目系统,图像配准融合,红外图像彩色化,Cycle-GAN,实时处理的论文, 主要内容为随着技术的不断进步,红外图像在更多的领域得到了应用。红外与低照度可见光双波段图像融合,发挥了两种图像的优势,更有利于在各种场景下识别目标和环境。这一直以来都是研究热点,目前正向着实际应用阶段发展。与此同时,红外与低照度灰度图像彩色化也从伪彩色向真彩色方向发展,成为新的研究热点。针对该热点,以英伟达公司的Jetson Xavier NX作为硬件平台,采用长波红外和可见光两个波段开发了双目相机系统。利用该系统,完成了两项技术的研究,分别是红外与可见光图像的配准融合及实时处理研究和红外融合图像真彩色还原算法及实时处理研究。本论文完成的具体工作包括:(1)完成了红外和可见光双目相机系统的设计与加工。系统设计达到了满足适合于科研开发、夜间监控、无人机视觉吊舱等小型化、轻量化、可拆卸近红外滤光片,光轴平行,最远对焦距离时景深至少要达到5 m至无穷远、可见光视场包含红外视场,在30 m距离能识别人脸的结构要求。非制冷长波红外相机采用实验室自主开发的384×288机芯,可见光相机采用购买的SONY IMX385、1920×1080分辨率机芯,红外和可见光分别选用25 mm和16 mm镜头。图像处理硬件同时采集两路图像、支持算法二次开发、支持运行深度学习网络图像处理硬件要求。软件采用Qt+Open CV上位机和Python+Open CV两套方案,实现了操作界面和功能可扩展。经过测试,系统实时输出视频达到设计要求。(2)红外和可见光图像配准和融合算法及实时处理研究。验证了基于标定板的配准方法和基于图像裁剪的配准方法,得到配准图像后又验证了图像加权融合、图像金字塔融合和图像边窗滤波融合。实验分析了上述算法的配准融合效果和融合算法图像处理速度,其中加权融合算法速度最快,融合一对图像耗时0.006s,图像金字塔融合算法和图像边窗滤波融合算法耗时分别为0.1s和0.2s。为了保证图像处理的实时性,最终选择了基于标定板的配准方法和图像加权融合算法在Jetson Xavier NX硬件上实现,测试运行速度可以达到每秒37帧。(3)红外和可见光融合图像真彩色还原算法及实时处理研究。利用设计的红外和可见光双目相机系统采集了固定场景的红外图像、含近红外的可见光夜间图像和可见光白天图像,建立了深度学习训练数据集。选择Cycle-GAN网络训练并测试了夜间单通道红外图像和红外与含近红外融合图像的真彩色还原效果。对还原效果进行了客观评价比较,两种图像对场景的还原效果都很好,但两种图像对场景中较少目标还原效果较差。选择融合图像还原真彩色的模型文件,加载出整个网络和权重,把含有权重的网络转换成onnx文件。利用onnx文件可以把Cycle-GAN网络部署到Jetson Xavier NX硬件上,再用Tensor RT进行加速推理,最终测试图像处理速度最高可以达到每秒18帧。

基于WebGIS的山东省人工影响天气综合业务系统设计与实现

这是一篇关于人工影响天气,综合业务系统,WebGIS,特种观测资料,实时处理的论文, 主要内容为人工影响天气(简称人影)工作在服务农业生产、缓解水资源紧缺、防灾减灾、保护生态环境以及保障重大活动等方面具有重要作用。人工影响天气业务系统是气象信息化建设的必要支撑,是提高人影作业指挥效率和科技水平的有力保障。目前人影业务系统类型各异,大多自成体系,信息共享困难,导致人影工作处于“一套业务、多套系统”的现状。如何建设一套支撑省级人影业务现代化发展、实现全省各级人影业务指挥的上下互通、功能互补、规范集约的综合性业务系统是当前各省人影部门亟待解决的问题。本文以山东省人工影响天气综合业务系统为研究对象,参考《人工影响天气综合业务系统建设指南》(中国气象局人工影响天气中心,2017),结合山东省人工影响天气工作现状及发展规划,分析了人影业务、系统功能、系统性能三个方面的需求;本着集约化原则,构建了集基础业务数据、基础地理数据、作业采集数据、特种观测数据、值班日志数据、系统管理数据等于一体的人影综合业务数据库;基于前后端分离和模块化架构思想,设计了包含业务信息管理、作业决策指挥、作业信息采集、特种数据展示、值班日志管理、系统后台管理等六大模块的人影综合业务系统;针对实时观测资料处理展示需求,提出了文件实时监控、数据库定时同步、多线程并行处理的处理策略,设计了具体可行的特种观测数据实时处理方案,探索了特种观测数据集成展示机制,研究了飞机作业轨迹实时显示技术路线;综合使用Java Web和WebGIS技术,基于Spring Boot开源框架实现了系统功能。本文建立的省级人影综合业务系统,整合了省级已有的人影业务,打通了以往各系统之间的壁垒,实现了系统间和部门间的数据共享,提高了人影工作的科技水平。系统已在全省各级人影部门投入使用,并取得了良好的应用效果。

基于张量FFT算法的专用RISC-Ⅴ多核系统设计

这是一篇关于海量点数FFT,张量,第五代精简指令集,实时处理,多核系统的论文, 主要内容为近年来,随着现代信息科学与物联网技术的飞速发展,海量数据处理成为了研究学者普遍关注的热点问题。快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)是最重要的信号处理技术之一,FFT的执行时间决定了硬件系统的实时能力。于是,关于海量点数FFT算法的加速设计及其硬件实现,逐渐成为了视频监控、自动驾驶、声呐信号分析、雷达信号处理等一些追求高实时性能的科技领域的研究热点。现如今,摩尔定律的发展面临着严重的工艺壁垒,通过制造技术的改进来大幅度地提高中央处理器(Central Processing Unit,CPU)的处理速度已经不太现实。而传统的蝶形FFT技术及其匹配的通用单核CPU平台,也难以实现海量点数FFT的实时处理。因此,急需寻求一种有效的并行FFT算法及相关的高性能多核平台,来解决海量点数FFT的实时处理困境。针对该问题,本文通过结合时分FFT内核设计与不同维度的张量数据结构转换,提出了一种具备海量数据实时处理的矢量操作与硬件并行的张量FFT算法及其RISC-V多核平台映射方案。首先,对不同基数的张量FFT算法进行了深入的研究,充分挖掘其大数据处理过程中的矢量与并行特性。其次,以灵活可扩展的开源RISC-V指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA)来实现1024点FFT的So C芯片设计。同时,在RISC-V通用处理器设计的基础之上,给出了VTA、PTP、BTF三种专用的硬件PE设计方案及其RISC-V自定义指令二进制编码。最终,在搭载了专用PE的RV32IMC矢量内核设计的基础上,构造了一个多任务并行执行的、高速实时处理的、多级存储共享的FFT多核系统。本次项目以XC7K325TFFG900C为核心芯片,在Xilinx中端FPGA开发板的Kintex-7系列平台上,对FFT多核系统进行了详细的设计、实现、仿真与验证。实验结果表明,相比于传统的通用处理器,专用处理器能够以矢量并行的块处理方式,来减少FFT部分处理的CPU指令数。对于专用的基4硬件PE的VTA、PTP、BTF设计,分别能够取得8、4、9倍的指令加速比。同时,对于1G点数以上的超大数量级的FFT数据,基2、基4、基8张量FFT多核系统相比于基2时分FFT单核系统,依次可以实现2.14、4.11、7.45倍的指令加速比。

多功能一体机嵌入式扫描控制器设计实现

这是一篇关于扫描控制器,异构多核,图像优化,实时处理,多线程技术的论文, 主要内容为随着生活中数字化的趋势愈发明显,纸质文档的扫描、复印成了日常办公中必不可少的部分。与之相关具有扫描、复印等功能的多功能一体机,由于功能集成多样,需求日趋增加,应用领域也愈发广泛。但在复印打印等办公设备市场,占比份额较大的一直为日美韩等他国品牌。为打破垄断,掌握复印打印等核心技术,保障国家信息安全,复印机及相关设备的国产化正如火如荼的进行。在逐步追赶的过程中,面对以往产品的不足,需要不断研发迭代,以提高国产办公设备的性能。扫描控制器作为多功能一体机的核心部件,工作性能的优劣严重影响着整个系统的运行效率。本课题即在原有产品研发的基础上,采用ARM+DSP+IPU异构多核SOC代替扫描控制器的主控单元,重新设计扫描控制软件系统,以解决过往产品在图像扫描控制流程中运行卡顿和数据处理速度缓慢等不足,本文的主要工作内容为:(1)扫描控制系统架构设计。通过对扫描控制系统功能需求的分析和现有技术的研究,提出使用异构多核SOC作为主控制单元。并在对异构多核通信框架研究和对比的基础上,选择适配于扫描控制系统的多核架构和核间通信方式,最后根据扫描控制流程中的具体功能需求,完成扫描控制软件系统架构的设计。(2)基于多核架构的主控器软件系统设计实现。主控器作为扫描控制器的控制单元,采用多线程技术和多核协同的方式完成对扫描流程的控制,根据不同处理器的架构特性进行任务划分和资源调度,并设计网络接口用于与上位机控制软件交互,GPMC接口用于与扫描组件交互,通过EDMA方式进行扫描图像的读取,实现一个稳定实时的扫描控制软件系统。(3)扫描图像缩放、旋转和多合一拼接等功能的设计实现及优化。基于异构多核SOC设计图像缩放旋转等算法,通过设计ARM核与DSP核协同配合方式,优化数据读取过程,降低算法复杂度等多个角度进行算法优化,达到扫描图像实时处理的效果。最后搭建测试环境,验证扫描图像流程控制功能,测试扫描图像缩放、旋转以及多合一拼接功能的实现和处理速度。经过测试,系统运行及结果达到设计目标。基于异构多核架构设计的扫描控制系统方案,可以实现图像扫描流程的控制和图像处理的实时性。本课题的研究成果可为多功能一体机等国产化设备的功能迭代提供一种选择方案。