基于UTP的混成建模語言的理論研究

混成系統(tǒng)是近些年來學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一，其主要特征表現(xiàn)為物理進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程的深度融合，廣度交互，混成系統(tǒng)的異構(gòu)性、復(fù)雜的時間約束性、一定的時間可預(yù)測性、更高的安全性以及交互的復(fù)雜性和不可預(yù)測性，給這類系統(tǒng)的描述、設(shè)計(jì)、分析和驗(yàn)證帶來了巨大的挑戰(zhàn)。如何保證信息物理融合系統(tǒng)的正確性業(yè)已成為國內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的難題之一。本項(xiàng)目發(fā)展了一種混成系統(tǒng)的建模語言和基于事件的建模方法，引進(jìn)了when型程序和Until型程序分別用來處理離散行為變遷和連續(xù)模式切換，形式化地描述了混成系統(tǒng)的行為和性質(zhì)，提出了混成建模語言的若干語義模型，我們首先以公理化的方法描述基本原子反應(yīng)和組合算子的含義，探討混成建模語言的規(guī)范型，揭示了混成系統(tǒng)行為的基本模式，所有不同語法形式的混成程序都可以利用代數(shù)規(guī)則轉(zhuǎn)化為規(guī)范型，從而將程序行為的語義分析轉(zhuǎn)化為程序規(guī)范型的語法分析，為混成系統(tǒng)的分析和驗(yàn)證提供堅(jiān)實(shí)的語義基礎(chǔ)。研究了混成系統(tǒng)的中斷機(jī)制，構(gòu)造中斷程序的描述語言和語義模型，發(fā)展了混成系統(tǒng)中斷機(jī)制的分析方法和驗(yàn)證技術(shù)，如：中斷程序的總體執(zhí)行時間、不同中斷類型的中斷點(diǎn)檢查以及中斷次數(shù)統(tǒng)計(jì)。運(yùn)用提出的建模技術(shù)，對自動駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、多智能體等實(shí)例系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析，為其他類型混成系統(tǒng)的分析和驗(yàn)證提供了參考和思路。該項(xiàng)目共發(fā)表學(xué)術(shù)論文12篇，其中SCI論文4篇，EI論文8篇，CCF B類論文3篇，CCF C類論文4篇。

信息物理融合系統(tǒng)Cyber-Physical System（簡稱CPS）是近些年來學(xué)術(shù)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。其主要特征表現(xiàn)為物理進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程的深度融合，廣度交互。如何保證信息物理融合系統(tǒng)的正確性業(yè)已成為國內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的難題之一。要保證CPS系統(tǒng)的正確性首先要解決的問題就是將物理進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程集中在同一框架下做分析推理。本項(xiàng)目致力于為CPS提供新的混成建模語言，深入研究物理進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程的交互機(jī)制，并建立具有嚴(yán)密數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的指稱語義模型和代數(shù)語義模型，構(gòu)建相應(yīng)的代數(shù)演算系統(tǒng)和代數(shù)規(guī)范型。在此基礎(chǔ)上，利用代數(shù)重寫規(guī)則，發(fā)展有效的代數(shù)精化理論和程序分解理論，從而為CPS的分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

《基于Excel的XD建模法》是“信息時代的財(cái)經(jīng)管理問題求解方法”叢書的第一冊，其目的在于幫助讀者學(xué)會與掌握一種在計(jì)算機(jī)上思考與解決各種財(cái)經(jīng)管理中定量計(jì)算與分析問題的科學(xué)方法。

《基于Excel的XD建模法》首先說明了為解決各種定量分析與計(jì)算問題在Excel環(huán)境中建立的計(jì)算模型的概念，并且介紹了一種科學(xué)的建模分析方法，即所謂“XD建模法”，然后簡單復(fù)習(xí)了Excel的基礎(chǔ)知識，在此基礎(chǔ)上圍繞著幾個簡單例題詳細(xì)說明了按照XD建模法建立的各種Excel計(jì)算模型的原理及其特點(diǎn)，以及為建立這些計(jì)算模型并使它們具有規(guī)范的工作表布置與格式設(shè)置所需使用的各種Excel功能與操作方法，詳細(xì)說明了在建立各種Excel計(jì)算模型時可以發(fā)揮重要作用的各種Excel內(nèi)建函數(shù)的性質(zhì)與功能；然后又講解了與模型主體鏈接著的自變量-函數(shù)對照表的生成方法、在這種對照表的基礎(chǔ)上制作圖形（包括可調(diào)圖形）和進(jìn)行查表計(jì)算（與提高查表計(jì)算精度）的方法；進(jìn)一步又通過多個實(shí)例詳細(xì)說明了應(yīng)用XD建模法解決各種典型財(cái)經(jīng)管理問題的計(jì)算模型建立方法與分析方法，又介紹了在Excel中應(yīng)用模擬技術(shù)解決有關(guān)財(cái)經(jīng)管理問題的方法以及應(yīng)用Solver來求解財(cái)經(jīng)管理中各種最優(yōu)化問題的方法；最后作為附錄，介紹了VBA編程的基本方法以及VBA程序在應(yīng)用XD建模法來解決財(cái)經(jīng)管理問題中可以起到的錦上添花的作用。

《基于Excel的XD建模法》所附光盤包含了為書中所有例子建立的計(jì)算模型及其求解與分析結(jié)果，特別是提供了大量精彩的圖形與可調(diào)圖形，以供讀者學(xué)習(xí)時借鑒參考。

基于過程的建模技術(shù)是當(dāng)前城市建模研究的新途徑之一，但是建筑語義規(guī)則大多由人工創(chuàng)建或由單幅圖像交互生成，建筑組件簡單，建模效果逼真度較差。因此，本項(xiàng)目將研究基于多尺度照片集的城市過程建模技術(shù)，利用照片集多尺度、多視點(diǎn)、多光照的特點(diǎn)，研究建筑規(guī)則自動生成，建筑組件逼真建模，結(jié)合GIS和衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的城市道路及場景建模等理論、方法和關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：建筑語義規(guī)則的表示方法，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的建筑語義規(guī)則生成方法；研究基于多尺度室外場景圖像重構(gòu)建筑組件幾何和反射屬性的建模方法；研究基于GIS數(shù)據(jù)和衛(wèi)星圖像的城市場景快速構(gòu)建方法。研究成果在智慧城市構(gòu)建、文化遺產(chǎn)數(shù)字化，數(shù)字娛樂與游戲等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。

本課題圍繞基于過程的城市建筑三維建模技術(shù)開展理論方法和關(guān)鍵技術(shù)研究工作，重點(diǎn)開展了基于單張圖像的建筑物組件重復(fù)性檢測與幾何過程建模技術(shù)，基于圖像集的建筑建模、組件幾何和反射屬性建模技術(shù)，基于GIS數(shù)據(jù)的城市虛擬場景快速建模技術(shù)與工具等研究工作。 在基于單張圖像的建筑物過程建模技術(shù)方面，研究了針對單張圖像建筑物重復(fù)性組件的檢測算法、建筑規(guī)則和組件生成算法。從分割的單張圖像中自動生成三維建筑組件、建筑規(guī)則及三維建筑模型。通過簡單的人工交互可以生成風(fēng)格相同、形狀可變的三維建筑模型。在基于圖像集的建筑建模技術(shù)方面，以未標(biāo)定數(shù)碼相機(jī)拍攝的建筑物多幅照片為輸入，提出了一系列算法，研究了建筑物三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的恢復(fù)與分割、建筑物組件重復(fù)性檢測、建筑物前后層結(jié)構(gòu)自動提取等技術(shù)，能夠全自動的重構(gòu)出逼真度較高的建筑物三維模型。在基于圖像集的建筑物組件幾何和反射屬性建模技術(shù)方面，研究了基于本征圖像分解的建筑物組件材質(zhì)反射屬性建模技術(shù)、基于徑向基函數(shù)的逐像素組件深度插值算法，從而構(gòu)建出可重光照的建筑物組件模型。在基于GIS數(shù)據(jù)和過程建模技術(shù)的城市場景快速建模方面，通過解析地理信息數(shù)據(jù)，提取地圖數(shù)據(jù)中的建筑位置和朝向信息，結(jié)合本課題已研究的單個建筑建模方法生成的建筑模型, 快速生成城市局部區(qū)域的三維場景，研制了場景建模工具原型系統(tǒng)。 在本項(xiàng)目資助下，發(fā)表論文10篇（SCI檢索2篇、EI檢索4篇）、專利申請2項(xiàng)、專利授權(quán)2項(xiàng)，其中8篇文章發(fā)表在《Computers & Graphics》、《The Visual Computer》、《Computer Graphics Forum》、Graphics Interface (GI2013)、Pacific Graphics (PG2013)、Eurographics Symposium on Geometry Processing (SGP2014)，Asian Conference on Computer Vision (ACCV2014)， IEEE International Conference on Image Processing (ICIP2015)等CCF推薦國際B類、C類期刊與會議上。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人獲2013年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎1項(xiàng)，排名第7（總發(fā)明人數(shù)為9），并晉升副教授。3名碩士在本項(xiàng)目資助下完成畢業(yè)論文，2名博士基本完成論文。 2100433B