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華東交通大學建筑分析范文

2024-04-04

華東交通大學建筑分析范文第1篇

姓名:性別:出生年月:文化程度:婚姻狀況:

家庭成員情況:

家庭住址:

犯罪及處罰情況:

二、 背景資料

家共口人,(父親、母親、妻、丈夫、孩子)做工作

三、存在問題

(一)社會適應情況:

的性格內向、隨和,人際關系比較良好,為人和善,一直在工作。

(二)思想觀念問題

由于受到了法律制裁,對自己所犯罪行的認知還是比較深刻的,在接受社區矯正后,在我所安排的工作上能安分守紀工作,按時向我所反映近期情況。通過不定期的談心匯報,得知其心態還是比較樂觀的。

四、 風險評估

的犯罪性質,屬文化知識及其底下法律意識淡薄的犯罪行為。判處社區矯正,說明其犯罪性質對社會危害性不大,不至于再危害社會,只要能在生活上給與正確的指導和幫助,加強和家里人的溝通,靠社會和家人的監督是能夠矯正好的。

五、 矯正方案

1、建立檔案與簽訂合同,實施目標管理。

2、充分運用社會資源,借助社會力量。適當的幫助其工作及生活上的困難。

華東交通大學建筑分析范文第2篇

初試內容: ............................. 1

復試內容: ............................. 2

"微型計算機控制"復試大綱....................... 2

"過程檢測與控制"復試大綱....................... 2

"計算機軟件技術基礎"復試大綱 ......................

3初試內容:

天津大學碩士研究生入學考試業務課初試考試大綱

課程編號:812課程名稱:自動控制理論

一、考試的總體要求

包括經典控制理論和現代控制理論的基礎部分,主要考察學生對自動控制系統進行分析和綜合設計的能力。

二、考試內容及比例

經典控制理論部分(占70%):

1、控制系統的數學模型

系統的輸入、輸出微分方程模型,非線性系統在工作點處的線性化,傳遞函數,結構圖及其化簡,梅遜增益公式。

2、控制系統的分析

控制系統的穩定性,勞斯判據,一階系統和二階系統的階躍響應和性能指標,系統的主導極點和動態性能估算,控制系統的穩態誤差,根軌跡和參數根軌跡。

3、控制系統的頻率特性,系統的幅相頻率特性曲線,奈奎斯特穩定判據;系統的對數頻率特性曲線,系統的頻率特性指標。

4、控制系統的綜合

控制系統的時域指標和頻域指標及之間的關系,根軌跡法和頻率特性法的串聯超前校正,滯后校正,超前-滯后校正,按期望頻率特性進行校正。

5、離散時間系統

脈沖傳遞函數,開環和閉環系統的脈沖傳遞函數,離散時間系統的穩定性分析,極點位置和暫態響應的關系,穩態誤差計算,根軌跡分析。

6、非線性控制系統

相平面的概念,奇點及其分類,極限環及其分類,非線性系統的相平面分析方法,非線性系統的描述函數分析方法。

現代控制理論部分(占30%):

7、系統的狀態空間表達式,線性變換,單輸入、單輸出系統的能控標準實現和能觀標準實現,狀態方程的解。李亞普諾夫穩定性,李亞普諾夫第二法。

8、可控性和可觀性及其判定方法,單輸入、單輸出系統的極點配置,狀態觀測器設計,系統的鎮定和解耦。

三、試卷類型

分析與計算題為主。

四、考試形式及時間

筆試,三小時。

五、參考教材

1、 自動控制原理,科學出版社,夏超英

2、 現代控制理論,機械工業出版社,劉豹

3、 自動控制原理,科學出版社,胡壽松

復試內容:

"微型計算機控制"復試大綱

一、適用范圍

本復試大綱適用于申請報考"控制理論與控制工程"專業方向的復試筆試。

二、考試的內容及大致比例

本復試課程主要考查學生在微型計算機控制系統組成與分類、微型計算機過程通道技術、數據處理技術、微機控制系統分析、設計與實現。微機控制經典設計方法等基本知識與綜合應用能力。具體內容涉及:

(1)基本知識與基本概念(10%):微型計算機控制系統基本概念、組成與分類。

(2)微型計算機過程通道技術(20%):重點考查輸入、輸出過程通道技術,硬件、軟件的系統分析與設計。

(3)數據處理技術(10%):重點考查數字濾波、標度變換、線性化處理知識。

(4)數字控制的基本理論(10%):采樣定理、z變換及脈沖傳遞函數。

(5)數字控制系統分析(10%):穩定性分析、動態和穩態性能分析。

(6)數字控制及算法(20%):重點考查數字控制算法,數字控制系統的離散化設計方法。

(7)微機控制系統的實現(20%):重點考查簡單對象微機控制系統的設計實現。

三、試卷題型與比例

概念題:30%;簡答及分析題:35%;設計與計算題35%。

四、考試形式與時間

筆試,考試時間90分鐘。

"過程檢測與控制"復試大綱

一、適用范圍

本復試大綱適用于申請報考"檢測技術與過程控制"專業方向的復試筆試。

二、考試的內容及大致比例

主要掌握生產過程重要參數的測量原理、測量方法及信號轉換方法;掌握過程控制系統的特點、模型建立與分析、單回路控制系統、串級控制系統、前饋控制系統等基本知識與綜合應用能力。具體內容涉及:

1. 檢測技術部分(50%)

(1)溫度參數檢測:重點考查接觸式測溫技術:如:熱電偶測溫技術、熱電阻測溫技術;

(2)流量參數檢測:重點考查經典式流量測量技術:如:差壓式流量測量、速度式流量測量;

(3)壓力參數檢測:重點考查電遠傳式壓力變送器:如:壓阻式、電容式、電感式以及振弦式壓力變送器;

(4)物位參數檢測:重點考查靜壓式物位測量和電容式物位測量方法;

(5)有關的機械量參數檢測:主要考查位移、速度、加速度有關測量方法,重點考查各類數字式測量方法。

2. 過程控制部分(50%)

(1)過程控制系統的特點:重點考查系統組成、分類與特點等;

(2)數學模型:重點考查建立數學模型的方法、模型的特點和分析等;

(3)單回路控制系統:重點考查單回路控制系統的組成、特點和設計等;

(4)串級控制系統:重點考查串級控制系統的組成、特點和設計等;

(5)前饋控制系統:重點考查前饋控制系統的組成、特點和設計等;

(6)綜合應用情況:舉例分析和設計等。

三、試卷題型與比例

概念題:30%;簡答及分析題:35%;設計與計算題35%。

四、考試形式與時間

筆試,考試時間90分鐘。

"計算機軟件技術基礎"復試大綱

一、適用范圍

本復試大綱適用于申請報考"模式識別與智能系統"專業方向的復試筆試。

二、考試的內容及

(1)了解C語言及面向對象的程序設計語言的基本特征,掌握C++程序設計的基本原理,并能實現基本的C++程序設計;

(2)了解基本的數據結構類型,掌握線性表、樹、圖的結構特點,掌握線性表、二叉樹、圖的基本使用方法,掌握基本的查找技術和排序方法;

(3)了解操作系統的功能、類型和結構,掌握操作系統的進程、程序、設備和文件的管理機制,熟練使用常見的操作系統。

三、試卷題型與比例

概念題:30%;簡答及分析題:35%;程序設計題:35%。

四、考試形式與時間

華東交通大學建筑分析范文第3篇

全書包括二次根式、一元二次方程、圖形的相似、解直角三角形和隨機事件的概率等五章內容。根據學生發展的特點、學習數學的心理規律及需要,采取“數與代數”、“空間與圖形”與“統計與概率”三塊內容交叉編排,螺旋上升的方式。教材內容的引入采取從實際情景問題入手的方式,貼近學生的生活實際,選擇具有現實背景的素材,建立數學模型,使學生通過問題解決的過程獲得數學概念,掌握解決問題的技能與方法。教材內容創設學生自主探究的學習情境和機會,發揮學生的主動性,給學生留有充分的時間與空間,自主探索實踐,促進學生數學思維能力、創造能力的培養與提高,為學生的終身可持續發展奠定良好基礎。

二、各章內容分析

1、二次根式:本章通過學習二次根式的概念、性質、化簡、運算等過程,掌握二次根式的化簡與運算、二次根式中字母的取值范圍的確定及二次根式的化簡。在本章知識的學習過程中,學生已掌握平方根、算術平方根的概念和利用平方運算求非負數的平方根、算術平方根的方法等知識。二次根式是中學數學的基礎內容,是學習下一章一元二次方程求根以及三角形邊角關系的求值運算中相關的內容。因此要體會二次根式的意義和運算的過程,并把它應用于實際生活,通過分類討論、轉化等數學思想方法,在自主探索的基礎上進行合作學習。

2、一元二次方程:本章從實際問題情境出發引出一元二次方程的概念,進而探究一元二次方程的解法及其應用。內容自始自終置于實際情境中,使學生充分感受在實際問題中抽象數學模型,并回到實際問題中進行解釋、檢驗和應用的過程,體會數學的價值。本章在學習了一元一次方程的解法及其應用的基礎上來學習一元二次方程的解法,一元二次方程解法的基本思想就是將其化為一元一次方程,而一元二次方程的應用與一元一次方程

的應用完全類似,因此在學習這一章知識時要注意體會與一元一次方程的相互轉化和比較。

3、圖形的相似;本章從實際問題引入教學內容,通過對實際問題的分析得出結論,認識相似圖形的特征與性質,讓學生充分感受到數學與現實世界的聯系。日常生活中存在大量的相似圖形,認識相似圖形的特征與性質,通過觀察、測量、畫圖、推理等方法讓學生探索得出結論,強調發現結論的過程,加強合情推理能力,逐步滲透一些邏輯思維方法,體現數學的理性特征。

4、解直角三角形:本章先從測量及實際生活中經常遇到一些問題入手,給我們創設學習的情境,并引出銳角三角函數的概念,讓我們認識一種新的數量關系——邊角關系。在掌握了特殊三角函數及運用計算器求銳角三角函數值之后,便可以解直角三角形。在學習本章內容中要注意銳角三角函數的定義所揭示的邊角關系的靈活選擇和變換,并能在解決實際問題中增強學數學、用數學的自覺性,提高自身的數學素養,擴大知識面。

5、隨機事件的概率:概率是統計學的有機組成部分,是刻畫事件發生可能性大小的量。概率的內容相對比較抽象,其中包含豐富的隨機性以及隨機性中有規律的辯證思想。本章內容緊密聯系具體實例,深入淺出,寫得通俗易懂,始終滲透著概率與統計的數學思想,在處理問題時,要求學生養成調查研究和試驗的科學態度,同時要會對所得結果進行合理的分析、預測、估計,會采用試驗的方法來學習。

三、重點、難點

重點:

1、會求出二次根式有意義的未知數的取值范圍;會用公式, 進行化簡、計算;會化簡二次根式為最簡二次根式,并對同類二次根式進行辨別、并合并同類二次根式;會進行二次根式的加、減、乘、除混合運算。

2、會整理一元二次方程的一般形式及成立的條件:二次項系數不為0;會利用直接開平方法、因式分解法、配方法和公式法解簡單的一元二次方程,并體會轉化等數學思想;能夠利用一元二次方程解決有關實際問題,并根

據具體問題的實際意義檢驗結果的合理性,進一步培養學生分析問題、解決問題的意識和能力。

3、會求成比例線段的長度;掌握相似三角形的識別方法,相似三角形的性質,并用于實踐中進行測量高度、寬度等;在平面直角坐標系中,掌握相似圖形的運動與坐標的關系。

4、能正確運用sinA、cosA、tanA、cotA表示一個直角三角形的兩邊的比;能利用特殊角三角函數值進行計算即相關的代數式求值問題;會運用各種關系求解直角三角形中的未知元素;會通過建立數學模型,將實際問題轉化為解直角三角形進行求解。

5、理解事件的概率及會用樹狀圖、列表法計算概率;會利用概率知識解決日常生活中的實際問題。

難點:

1、通過分類討論、轉化等數學思想方法,培養學生探求問題的能力。

2、運用數學知識分析和解決實際問題的方法和經驗,在實際問題中抽象出數學模型。

華東交通大學建筑分析范文第4篇

尊敬的院領導:您辛苦了!我是xx院xx班的學生,我叫xx。根據學校的規定,我在本學期鄭重地向所在院系提出申請,由我院的教育學專業轉到我院的心理學專業。我從高中時起就對心理學有著濃厚的興趣,經常搜集與心理學有關的各種資料,在高考填報志愿時也一心想要學習心理學,但因父親的干涉未能如愿。如今,經過半年的學校生活,我對教育學已經有了很多了解,發現自己確實不喜歡這個專業,根本無法用心學習。如果一定要我學習這個專業,最終也就只能像是在戈壁上掘井,掘的再深也掘不出水;即使偶然加碰巧有了一點,到那時所付出的代價也已遠遠超過了水的價值。而對于心理學,經過進一步的了解,我更加熱愛它了!這半年,我大致通讀了《心理學史導論》,也瀏覽了一些心理學家的著作,在讀這些書時,我總能做到專心致志,能夠自然而然地投入進去,思維也會變得很活躍。我認為自己頗具學習心理學的特質。我喜歡觀察周圍的一切,對事物有著比較敏銳的洞察力,善于獨立思考,更重要的是,我有毅力,能夠執著于自己的追求,甘愿為理想付出汗水。我希望自己的四年大學生活能夠充實和有意義,而不是被白白浪費在一個我不喜歡的專業上。我愿把自己的青春獻給摯愛的心理學,為了自己的夢想,也為了心理學的明天!以上便是我申請轉專業要說的話,敬請院領導以長輩的身份,慈愛地給予考慮。學生一定會銘記您的關心和培養!敬希批準特此申請

華東交通大學建筑分析范文第5篇

帶著對教育理想的執著,揣著對教育實踐的困惑,懷著對南師學術的敬畏,夾著對各位名師的仰慕,我校中專部15名教師在魏燕副校長的帶領下,于2017年7月18日—7月21日赴南師大進行為期四天的高質量研修培訓,此次南師之旅對我來說是一次聆聽大教育聲音,感受大教育脈搏的契機。雖然學習的時間不是很長,但這種全封閉多視角的學習卻如噴涌的清泉帶給我心的震撼,魂的滌蕩,靈的浸潤。

每天穿梭于這座富有“東方最美麗的校園”之美譽的南師大隨園校區,欣賞著飛檐峭壁黛瓦白墻的經典宮廷建筑;呼吸著珍稀古木藤蔓氤氳的溫潤清新;聆聽著潺潺流水荷香盈動的萬籟之音;思憶著大詩人袁枚的《隨園詩話》,尋覓著曹雪芹《紅樓夢》中“天上人間諸景備”的大觀園蹤跡。這邊亭臺上是心無旁騖抱書研讀的身影,那邊走廊上是三五成群追根朔源唇槍舌戰的討論,身邊間或有莘莘學子匆匆擦過,置身于這種自然典雅的美景和濃郁高雅的學術氛圍,我又怎么不被這種儒雅的氣度和對真理的執著所感染和激勵呢?

在這四天的學習中帶給我最大的感受是“三個高”:

1 一是授課教師水平高。培訓中給我們上課的老師有國內學術界知名的教授,有堅守一線的特級教師,還有潛心教育科研的專家,他們都在各自的研究領域有著獨到的見解和高深的學術素養。高水平的教師帶給我們高品質的課堂,高品質的課堂帶給我們高效益的收獲。張教授那旁征博引的大師風范,楊教授那犀利深刻的反叛視角,丁玉祥那質樸嚴謹的治學風范,蘇老師對學生心理事事洞明的敏銳眼光„„無不令我們折服和深思。幾天的學習有在教授點播中疑團獲釋的興奮,有與專家交流中頓悟的喜悅,也有與學長探討中觀點對接的激動,真的就是那種久旱逢甘霖的暢快。

二是專業理論層次高。授課教師將自己長期以來潛心研究的成果毫無保留的奉獻出來,帶給我新的沖擊,在思想的碰撞中喚起新的思考,在反思自己教育行為的理性思索中內化新的教育思想。南京師范大學特聘教授張之滄教授、南京師范大學陳波教授、楊啟亮教授、江蘇省特級教師蘇華、南京師范大學附屬中學教務主任戴志鴻、全國網絡教學競賽學科組長丁玉祥。

三是學員學習熱情高。我校教師與各位專家零距離接觸 四天的學習結束了,帶給我的思考卻沒有停止,從中提升了我的“三個意識”:

2 一是學習意識。教師的視野決定孩子的世界,教師的理念決定教師的行為,因此教師只有不斷學習,向名師學習,向書本學習,向網絡學習,多渠道的學習,不斷提升自己的文化素養和專業素養,才能不斷提升自己的教學品味和教育品質。

二是反思意識。反思讓我們超越慣習的工作狀態,發現自己工作中存在的問題,并積極尋找解決問題的途徑,從而使我們的教育在不斷改進中成為理想的教育、極致的教育、完美的教育。因此,我們要提高反思意識:反思日常教育,從日常教育的疑難中尋找問題;反思課堂,從具體教學場景中捕捉問題;反思教育思想,從閱讀交流中發現問題。蘇霍姆林斯基說過: “如果你想使天天上課不致變成一種單調乏味的義務,那么就走上研究這條幸福的道路上來。”要想走上研究之路,就讓我們從反思開始吧!

三是寫作意識。寫作是表達的一種方式,是展現教育成果的一種形式。教育研究的最終成果必須以一定的方式表達出來,一方面是保存研究的成果,另一方面也是交流研究的成果。在日常的工作中,我們要養成寫作的意識,勤于思考,勤于動筆,隨時對即時發生的和看到事件及思想火花,要及時、隨手捕捉并記錄,養成隨手寫的習慣。寫作要有自己的獨到之處,需要一雙善于發

3 現的眼睛,一個善于思考的大腦,要注意觀察,用正確的理念、正確的眼光,成就精彩的文章。

華東交通大學建筑分析范文第6篇

腦機接口技術

信息科學與工程學院 專 姓 業

控制科學與工程

郭紅杰

030130653

侍洪波

2014年1月6日

1、引言

腦一機接口(Brain—Computer Interface.BCI)技術形成于20世紀70年代(1973年,Vidal)。是一種涉及神經科學、信號檢測、信號處理、模式識別等多學科的交叉技術。第一次BCI國際會議對BCI的定義是:“腦一計算機接口是一種不依賴于腦的IE常輸出通路(外圍神經和肌肉).在人腦與計算機或其他電子設備之問建立的直接交流和控制通道的適時通訊系統”。隨著人們對神經系統功能認識的提高和計算機技術的發展.BCI技術的研究呈明顯的上升趨勢.成為生物醫學工程、計算機技術、通信等領域一個新的研究熱點。

目前全球老齡化趨勢越來越嚴重,我國也面臨同樣問題。據權威部門預測,2010年,中國60歲及以上老年人口將達到1.74億,約占總人口的12.78%。其中,80歲以上老人將達到2132萬,占老年人口總數的12.25%。全國老齡工作辦公室提供的調查資料表明,60歲以上老年人在生命期內,平均有1/4左右時間處于肌體功能受損狀態,需要不同程度的照料和護理。中國約有3250萬老年人需要不同形式的長期護理,而我國目前為老年人提供服務的設施嚴重不足。同時,

由于各種災難和疾病造成的殘障人士也逐年增加,這更加大了對服務設施的需求。目前許多發達國家采用服務機器人為老年人與殘疾人士提供服務,提高他們的生活質量。但是由于大多數服務機器人與人的交互方式都是通過聲音、按鈕等傳統方式,很多老年人及殘障人士部分或完全喪失了自主控制肌肉的能力,甚至吞咽、說話都困難,這些人控制此類服務機器人的難度非常大。如何使這部分人群重新恢復對外部世界的控制能力以及與外部世界交流的能力,幫助他們重新返回現代社會是目前研究的熱點。腦機接口技術為該問題的解決提供了一個良好 的可選擇方案。

2、腦機接口的研究現狀

在過去的十幾年中,腦機接口的研究群體迅速壯大。第一次和第二次腦機接口國際研討會分別于1999和2002召開。第一次會議有來自六個國家的22個研究組參加,第二次會議有來自北美、歐洲和中國的38個研究組參加。目前,世界上已經有很多家實驗室實現了真正意義上的腦機接口,下面我們分別加以介

紹。

2.1 視覺誘發電位(Visual evoked potentialS,VEP) 視覺誘發電位是人眼經過“集中注視”活動誘發大腦視覺皮層神經的特定電活動在頭皮電位的反映 ?;赩EP的BCI系統依賴于使用者控制眼睛注視方向的能力。實驗通過對操作者進行生物反饋訓練,可獲得穩定的視覺誘發響應(Steady-state VEP,SSVEP)。Middendorf等開發了基于VEP的BCI系統,他們在屏幕上設置了幾個以不同頻率閃爍的按鈕,使用者注視其中的一個按鈕,系統分析VEP的頻率,如果匹配于某個按鈕閃爍的頻率,就可確定使用者希望選擇的按鈕。他們還利用SSVEP控制飛機模擬器,其準確率高達96%。

在我國,清華大學程明、高上凱教授帶領的團隊設計了基于SSVEP的環境控制系統,測試結果顯示該系統能區分至少48個目標,并且已成功實現了對周圍電子設備的控制 。此外,他們還設計了基于SSVEP的電話撥號實驗系統。

此類BCI特點是:僅需很少的信號記錄電極,且訓練周期很短,只需適應視覺刺激信號。 2.2 事件相關電位P300 P300是一種事件相關電位(ERP),出現在事件發生后300ms左右,呈正向峰值。它反映了大腦對稀少事件的認知,相關事件出現概率越小,所引起的P300越顯著。

Farwell和Donchin在1988年就利用P300設計虛擬打字機,后來經過不斷改進, 當滿足80 的準確率時,通信速度達到每分鐘7.8個字符 。Serby等設計的BCI采用了不同的信號處理方法也達到了92.1%的準確率(通信速度為每分鐘5.45個字符)。使用者無需訓練就可以產生P300,但它也可能隨著事件發生變化。目前研制的BCI都是短期操作的,如果長時間操作的話,使用者會由于對小概率刺激的適應使產生的P300變得不顯著而影響BCI的性能。因而,對于這類BCI而言具有自適應調節能力是非常重要的。

2.3 慢皮層電位(Slow Cortica1 potentialS,SCPs) 慢皮層電位是頭皮記錄EEG信號中頻率最低的,其持續時間從幾百毫秒到幾十秒,是具有較大正負電位差異的低頻腦電信號。健康人以及嚴重癱瘓病人通過生物反饋訓練學習能夠學會控制他們的SCPs,其電位在期望方向上的變化能獲得明顯增強。負的電位變化主要與神經元興奮性的增加相關,而正的電位變化則與皮層活動減少相關。研究者們設計了一種稱為“思想翻譯器” (Thought Translation Device,TTD)的裝置,那些因為疾病而完全癱瘓的病人,通過操作TTD能寫出相當長度的語句、控制開關、甚至上網 。對這類BCI來說, 目前通信速度為有限的每分鐘二到三個字,信息傳輸率最大能達到15bits/min。 2.4 心理作業

這是目前采用最多的方法。人在進行不同的心理作業(mental task)時,腦電信號是不同的。比較容易區分的兩種心理作業是想象左右運動和想象右手運動,它們會在對側的感覺運動皮層產生相關同步事件。奧地利Graz技術大學對這種現象進行了長期研究,利用該現象設計的腦機接口,分類正確率為80%~100%,信息傳輸率Ni~17bits/min。歐洲幾個國家聯合開展的自適應腦機接口計劃,可以在線區分三種心理作業,正確率不低于70% 。其他采用類似方法的研究者還有:Cincotti利用表面拉普拉斯方法和線性分類器區分想象運動,正確率為75%~95;Kostov 僅利用2~4個電極實現了二維光標控制;Penny利用想象運動和心算數學題控制光標一維移動。目前,在離線情況下可區分五種心理作業,而在線隋況下只能區分三種。

2.5 自發EEG的α波、μ節律和β節律信號

α波頻率為8~13Hz是自發腦電信號主要成分之一,在幾乎所有正常人清醒閉眼時都能出現,在枕區最強。當睜眼、思考問題或受其他刺激時,α波消失,這一現象稱為α波阻斷,人們重新閉眼時,α波又會重新出現。

μ節律出現在8~12Hz頻率段,在感覺運動皮層區可檢測到,它與人的運動行為相關。當人們進行運動或準備運動時,μ節律消失。

β節律的頻率為13~30Hz,在睜眼視物或進行思考時可出現,反映了大腦皮

層在興奮。

利用α波幅值變化可設計控制外部設備開關的BCI系統,該系統的一大優點就是無需學習訓練??茖W家們研究的基于μ節律或β節律的BCI實現了指針在一維和二維方向上的移動瞳 。另外,通過調控μ節律或β節律,選擇“YES”和“N0”來回答簡單問題,準確率達到了95%。

3、BCI系統的原理及其基本組成

3.1

BCI系統的基本原理

大腦在進行思維活動、產生動作意識或受外界刺激時, 神經細胞將產生幾十毫伏的微電活動,大量神經細胞的電活動傳到頭皮表層形成腦電波( Electroence phalogram,EEG ),此EEG將體現出某種節律和空間分布的特征, 并可以通過一定的方法加以檢測,再通過信號處理(主要是特征提取和信號分類)從中辨析出人的意圖信號,而將其轉換為控制命令。來實現對外部設備的控制和與外界的交流。

3.2

BCI系統的基本結構

BCI系統通常由4 個部分組成:信號采集、特征提取、選擇分類和外部控制裝置。

當前,BCI系統的輸出設備多是計算機, 輸出形式也各異, 例如在計算機屏幕上顯示光標運動、字符選擇、計算機仿真模擬, 或者產生對神經假肢、輪椅的控制信號等。

4、BCI系統的關鍵技術

4.1

信號采集

當前,BCI 系統的兩種常用的信號采集方式是侵人式和非侵入式。侵入式需專業醫生進行手術把電極內置于大腦, 檢測腦皮層電圖( Electrocorticogram , ECoG ) 等信號, 具有一定危險性, 而且還存在心理和倫理問題。非侵入式就

是將電極帽戴在頭上檢測腦電圖( EEG ) 等信號,檢測方法簡單, 但電極距離神經元較遠,測得的信號信噪比低,給后繼處理帶來麻煩。目前,腦電圖應用較多。采集到的信號,經過放大器放大,再經過預處理,最后轉化為數字信號存儲于計算機中。目前,BCI 系統采集的信號有視覺誘發電位( Visual Evoked Potentials ,VEP ) 、事件相關電位(Event—Related Potentials,ERP)P300、慢皮層電位(Slow Cortical Potentials,scP)、自發EEG的α波、μ節律和β節律信號等。

4.2 特征提取

預處理和數字化處理后的腦電信號經特征提取,提取出反映使用者意圖的信號特征。目前,BCI系統常用的特征提取方法有自回歸AR模型、小波變換和小波包分解、獨立分量分析等。特征提取時,可根據信號的特點選擇相應的時域或頻域特征提取方法,如:由于P300信號在300ms附近頻混嚴重,需要采用CWT (Continuous Wavelet Transform,連續小波變換)進行提取, 主要提取其時域特性;SSVEP(Steady—State Visual Evoked Potential,穩態視覺誘發電位)頻域特性好,可采用FFT(Fast Fourier Transform,快速傅里葉變換)進行提取;μ節律和β節律的事件相關去同步電位(Event—Related Desvnchronizatlon,ERD)的特征提取,需采用大腦運動的對側效應將其空域特性提取出來。但是,由于EEG信號信噪比低,且某些干擾成分與信號具有相似的時頻特性,單純的時頻特征提取因區分度不夠,會影響分類效果,因此需求助于更為復雜的時域一空域分析方法對信號進行綜合處理。 4.3 信號分類

信號分類是通過分類器來實現的,包括線性和非線性兩種類型。線性分類器包括線性判別分析(Linear Discrim—inant Analysis,LDA)、Fisher判別分析等;非線性分類器包括二次判別分析、支持向量機(Suppoa Vector Machine,SVM)、貝葉斯~卡爾曼濾波(Bayesian—Kalman Filter)、人工神經網絡(Artificial Neural Nets,ANN)、遺傳算法(Genetic Algorithm,GA)、模糊算法(Fuzzy Algorithm,FA)等。其中線性分類器學習簡單。在特征維數低的情況下分類精度高,目前應用多。

但對于維數高的非線性數據,線性分類器不再適用,此時應選用非線性分類器。 4.4 人機交互

BCI系統主要的交互手段是生物反饋,其不同于傳統控制系統中的反饋。該反饋是系統將輸出結果反饋給使用者,使用者將結果與期望進行對比,然后對自身思維意識進行合理調節,使得系統的輸出結果更接近于期望值。對于特定的BCI系統是否需要反饋,怎樣反饋,如何選擇適用的反饋方法等一系列問題有待研究。

5、腦機接口技術所面臨的挑戰

經過多年的努力,BCI的研究取得了不少令人欣慰的成果,但不可否認的是尚處于發展的初期。目前BCI系統所能達到的最大通信速率約為25bits/min,大多數BCI仍然處于實驗室階段,大部分測試在正常人中進行,在殘疾人中測試較少。BCI要進入實際應用階段,還有很多問題等待解決 劃,如:

(1)提高BCI系統的信息傳輸率,降低誤差率;

(2)如何更有效地剔除噪聲,獲取清晰的腦電信號,尋求有效的信號特征、最優的特征提取和轉換算法:

(3)提高用戶使用時的自動化程度;

(4)設計出更為合理的學習訓練方法,讓使用者在盡可能短的時間內最有效地控制其腦電信號特征;

(5)降低BCI對常規運動和感覺輸出通道的依賴程度; (6)增強使用者與BCI系統的相互適應性:

(7)BCI的開發要注重個性化、多樣化,以滿足使用者個體的差異和BCI應用廣泛性的要求:

(8)減少電極的數量,降低使用的復雜程度,增強BCI系統的穩定性和兼容性;

(9)制定出科學的規范,準確客觀地評估BCI的性能。隨著對這些問題的充分認識和逐步解決,BCI最終將走出實驗室,進入人們的生活。

6、腦機接口的應用前景

腦機接口研究最初的想法是為殘疾人提供一個與外界進行交流的通信方式,讓他們通過這樣的系統用自己的思維操控輪椅、假肢等。但隨著腦機接口技術的日益成熟、社會對智能機器人的需求逐漸增加,腦機接口機器人的概念應運而生。 腦機接口機器人采用BCI進行人機交互, 由人的思維控制機器人從事各種工作。腦機接口機器人不僅在殘疾人康復、老年人護理方面具有顯著的優勢,而且在軍事、人工智能、娛樂等方面也具有廣闊的應用前景。 6.1在醫學方面的應用

在醫學領域,腦機接口機器人可以幫助肢體障礙患者提高他們的生活質量,如:

(1)與周圍環境進行交流:BCI機器人可以幫助殘疾人使用電腦、撥打電話等; (2)控制周圍環境:BCI機器人可以幫助殘疾人或老年人控制輪椅、家庭電器開關等:

(3)運動康復:BCI康復機器人可以幫助殘疾人或失去運動能力的老年人進行主動康復訓練,BCI護理機器人可以從事基本護理工作,提高殘疾人或老年人的生活質量。

6.2在其他方面的應用

雖然目前BCI機器人的研究主要應用于醫學領域,特別是為殘疾人與老年人提供幫助,但是BCI機器人的用途決不僅僅限于醫學領域,在其他諸多領域都可以得到廣泛應用。

(1)特殊環境作業:BCI特種機器人可以在危險或不適宜人工操作的環境中工作;

(2)無人駕駛汽車或飛機:BCI機器人可以幫助我們實現無人駕駛汽車與飛機的夢想,這不僅在軍事領域意義巨大,同時為殘疾人開辟了更廣闊的活動空間;

(3)為電子游戲增加娛樂功能:用“思想”控制電子游戲是傳統鼠標、鍵盤控制電子游戲的有益補充,會增加游戲的娛樂效應。腦機接口機器人是智能機器

人的有力補充,有效的人機交互方式會提高智能機器人的智能化與靈活性,因此腦機接口機器人的研究潛力和應用潛力十分巨大。

7、結論

BCI為人們提供了全新的與外界進行交流和控制的方式,人們可以不通過語言和動作來交流,而是直接用腦電信號來表達思想、控制設備,這為智能機器人的發展提供了一個更為靈活的信息交流方式。至今,大多數BCI系統仍然處于實驗室研究階段,真正投入實際使用的很少,BCI的研究和開發還有很多問題需要解決。但是,我們相信,隨著計算機科學、神經生物學、數學、智能控制等各個相關學科的不斷發展與融合,隨著世界各研究小組交流和合作的日益緊密,BCI技術將日趨成熟。形式多樣、穩定、可靠、高速、操作簡便的BCI機器人一定能在不久的將來進入人們的生活。

BCI技術、基于BCI技術的康復機器人技術都處于研究初級階段,難免問題重重,但是隨著研究的深入,一個個問題終將被解決。其發展前景是模塊化和集成化,模塊化是集成化的基礎,集成化是推廣使用的前提。識別率高、信號處理速度快、采集功能通用化、算法處理功能系統化、適應性強、反饋被合理引人、評判標準化的BCI技術有待進一步研究,繼而使之模塊化。其能處理多種或者大部分信號, 機構設計綠色且實用、響應迅速、控制精準、運動模式多樣、評價系統科學的康復機器人技術也有待進一步研究。繼而使之模塊化。如果模塊化的BCI和康復機器人之間能夠合理的柔性組合,就像電腦組裝一樣,那時BCI的時代就來臨了,人類思維世界的物質化時代就來臨了。

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