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双一流应用特色学科“控制科学与工程”学科介绍

[ 作者: lxm    出自: 丁黎明    发表时间: 2020-03-02   点击: 470 ]

双一流应用特色学科控制科学与工程学科介绍

 

 

 定位与目标:该学科运用智能控制、物联网和大数据等技术服务于武陵山片区山地农业领域,为种植业、温室大棚、绿色节能、食品质量溯源等方面提供生产、管理智能化的技术支撑和应用型人才培养。

优势与特色:有电气工程及其自动化、计算机科学与技术等多个培养控制和信息技术应用型人才的专业;有怀化国家农业科技园等实践基地;有武陵山片区生态农业智能控制技术湖南省重点实验室等研究平台;

针对武陵山片区特有植物资源(中药材、瓜果蔬菜)的生产环境(光照、水分、温度、养分、土壤、空气)进行研究,具有独特的区位和资源优势;

该学科集聚智能控制、物联网、大数据、农业等技术领域人才,对山地农业控制领域开展联合攻关,在环境光电检测、信息传输、复杂农业系统建模与仿真等方面开展了系列工作。

人才培养目标:为武陵山片区培养下得去、用得上、留得住、过得硬的现代农业产业发展需要的农业控制和信息技术应用型人才。

学科影响:由中南林业科技大学、怀化学院等单位联合开展技术攻关支持的湖南省农业龙头企业溆浦乐园竹业有限公司受到时任省委书记徐守盛、省长杜家豪的充分肯定。我学科为该公司提供节能减排、竹压机测控、窑温和隧道烘干温度远程数字显示灯技术支持。

学科方向介绍:

1)农业检测技术与自动化装置

主要研究内容:本学科方向主要是基于现代光电探测技术、信息技术和自动化技术,研究开发农业生产领域用的环境探测、检测、监测、控制及收据传输器件及系统,并将这些器件及系统应用于农业生产过程中。具体工作内容包括:新型光电探测技术及系统的基础理论研究与器件开发,包括激光探测装置、远红外探测器、太赫兹探测器以及各种光电传感器结构等;传统的农业数据采集、监测技术与系统;智能数据收集、传输系统;环境自动控制装备及远程操控系统。

特色:研究团队具有新型光电探测器、检测器、物联网技术以及智能控制设备研究基础,并将这些技术应用于农业领域之中。本学科特色是:立足于光电技术研究前沿,将先进的激光技术、光电探测技术应用于农业领域;开发适合武陵山山地农业用的物联网数据传输系统、农业大棚用的环境自动控制装备以及各种适宜山区的迅捷方便的农业装备。

取得的主要突破:在葡萄糖、甘油浓度等农产品检测方面,设计出了不同结构传感器结构,发表SCI论文5篇。 开展了新型光电探测技术及器件的基础研究,包括ZnGeP2,石墨烯等新型材料的光电性质,并研究了激光光源相干性质,并正在搭建太赫兹作物检测系统(已经完成设备招标)。这些研究为农业探测器、检测提供理论依据及原型器件,共发表SCI论文  篇。提出标签数量估计问题的线性模型,解决了无线网络通信中低功耗组网技术等相关技术问题;开发了一套农业大棚环境自动化控制系统;建立了一批针对不同生产过程的智能化综合控制系统工程。申请专利56项,《基于物联网的生态农业智能控制综合系统研究与应用》通过湖南省技术产权交易所鉴定,到达国内领先水平。

2)计算机控制与信息系统集成

主要研究内容:本方向以服务怀化及周边区域信息化建设、智能化发展、及解决基于计算机控制的行业需求问题为目标,围绕数据挖掘与大数据、机器学习与智能控制、信息安全等关键技术,开展服务于生态农业、智慧城市等领域的系统集成与应用、数据采集与融合、智能控制与服务、信息安全与保障等研究,主要研究内容包括:①生态农业信息技术研究,涉及生态农业多源异构信息采集与融合、大数据分析与智能挖掘、及农业综合应用系统集成等技术研究;②智慧城市信息技术研究,涉及多网融合中的城市基础信息感知与传输、智能信息检索、结合区域特色的应用系统开发、教育信息化应用、及智慧城市系统集成等技术研究;③信息物理系统安全技术研究,涉及系统访问控制、数据隐私保护、网络流异常检测、网络安全风险智能评估与预警等技术研究。

特色:本方向研究以问题为导向,紧密围绕武陵山片区行业信息化需求、智能化控制、大数据分析与信息安全问题,从事具有地方性特色的应用性研究、系统性集成和综合性研发,特别是将大数据技术、智能挖掘算法、移动互联等现代信息技术应用于农业信息化、教育信息化领域,突出以解决区域实际问题为目标的应用型研究特色。

取得的主要突破:①针对生态农业智能控制与信息化趋势,建立了基于极值概率模型的非生物胁迫分析模型、及基于玉米病害发生学的品种与目标应用环境适应性匹配关系及风险评价方法。②利用无向图对复杂物联网建模,提出了大规模无监督张量学习方法,并应用于温室环境监测与数据分析。③针对教育信息化需求,建立了基于学情大数据的多源教育数据集成应用模式,及教育大数据价值挖掘与模式分析方法体系。④探索传统信息组织工具在网络环境下的应用,提出了一种基于叙词表语义关系的智能检索框架,实现了一种基于叙词表语义关系和PageRank的查询扩展方法。⑤利用生物免疫机制,提出了一种用于获取网络安全风险时间序列预测模型的建模方法,建立了基于免疫的网络安全风险评估与预警框架。2014年以来,该方向研究人员主持国家自然科学基金1项,中国博士后基金2项,湖南省自然科学基金2项,湖南省社科基金1项,其它省级以上科研课题5项;发表高水平学术论文28篇,申请各类专利16项。

3)复杂系统数学建模与仿真

主要内容:本方向主要面向复杂系统特别是与农业相关的复杂系统的动力学仿真研究,通过数学仿真,得出相关数据,为农业提供基础性参考数据。(1) 陆面水文生态系统数值模拟与集成,多源农业水文气象数据的融合与集成; (2) 农业等复杂系统中大规模无约束优化问题的非线性共轭梯度法和大规模非线性方程组的理论与算法研究。(3)与农业相关的复杂不确定性系统中非货币资源配置市场最优匹配机制的实现路径与算法计算复杂性;(4)与农业相关的复杂动力系统建模的理论分析与数值仿真。

特色:本方向紧紧围绕与农业相关的复杂系统数学建模与仿真开展研究,对农业复杂系统地建模、求解与优化控制问题进行理论分析,对土壤湿度等农业水文生态环境要素进行模拟与集成,为建立具有区域特色的生武陵山片区生态农业智能控制系统提供理论依据和基础性数据参考。

主要突破:1)建立了基于贝叶斯模型平均方法和多模型集合的陆面水文生态过程集合模拟系统,融合观测和模拟信息获取土壤湿度等农业水文生态数据集;基于实时气象数据建立陆面水文变量预报系统对农业干旱监测与预警;(2)开展了与农业相关复杂系统建模与仿真的基础研究,利用临界点理论、变分方法和Sobolev空间理论对农业相关的复杂动力系统建模进行了理论分析,结合格子BGK模型对一类非线性耦合系统进行系统仿真;(3)开展了与农业相关复杂系统数值仿真优化控制问题的基础研究,发展了一族充分下降、全局收敛、数值效果良好的三项非线性共轭梯度法, 提出了几种求解大规模非线性方程组的新算法。给出了弱偏好序下1对多,多对多情况下最优匹配机制设计和构造性算法的复杂性。这些为建立农业控制系统提供理论依据和和基础性数据参考。 2014.1-2018.6期间,本方向研究人员承担国家自然科学基金7项、省自科基金等省部级项目6项,发表论文40篇,集中SCI 22篇,EI 12篇。

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