CN107302376B - 一种智能建筑特征元素数据库控制*** - Google Patents

一种智能建筑特征元素数据库控制*** Download PDF

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Abstract

本发明属于建筑元素数据库技术领域，公开了一种智能建筑特征元素数据库控制***，所述智能建筑特征元素数据库控制***设置有：激光扫描仪内置有无线发射器；激光扫描仪通过无线发射器连接无线接收站；无线接收站通过无线发射器连接后期处理室；后期处理室包括数据处理器，导线和数据库存储器；数据处理器通过导线连接数据库存储器。本发明为智能建筑特征元素数据库控制***，使用该***，可以做到一边扫描一边将扫描的数据实时通过无线网进行传输，后期处理室可以快速的进行处理；大大提高扫描数据处理及存储的效率；而且保证数据快速的存储，缩短处理时间，提高工作效率。

Description

一种智能建筑特征元素数据库控制***
技术领域
本发明属于建筑元素数据库技术领域，尤其涉及一种智能建筑特征元素数据库控制***。
背景技术
目前，随着计算机的广泛应用，通过计算机技术与传统景观建筑保护工作的结合，对传统景观建筑实施数字化保存、重现和修复，并以传统景观建筑为研究对象，利用虚拟现实、图像处理与人工智能等技术实现濒危或消亡景观建筑的虚拟展示、传统建筑复原与演变模拟等***，将极大地提高和改善传统景观建筑保护研究的效率与效果；然而，现在的通扫描后的图像，需要带回后期处理室进行处理，处理时间长，工序繁琐，数据容易在途中丢失。
综上所述，现在的技术存在的问题是：从现场扫描的数据需要运回到后期处理室，进行处理，这样将延长处理时间，工作效率低，而且运回过程容易丢失数据。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了智能建筑特征元素数据库控制***。
本发明是这样实现的，一种智能建筑特征元素数据库控制***，所述智能建筑特征元素数据库控制***设置有：
激光扫描仪；
所述激光扫描仪内置有无线发射器；
所述无线发射器的回波自干扰自适应抑制方法具体步骤如下：
步骤一：近端通信节点的接收信号
Figure BDA0001324413530000011
为：
tR(n)＝HFE(n)tFE(n)+HNE(n)tNE(n)+w(n)；
其中，
Figure BDA0001324413530000021
为来自远端节点的有用目标接收信号；而
Figure BDA0001324413530000022
为近端节点自身发射信号，即回波自干扰信号；
Figure BDA0001324413530000023
分别表示近端和远端第j(j＝N1,…,NT)条天线上的发送信号；
Figure BDA0001324413530000024
与
Figure BDA0001324413530000025
分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；w(n)为信道加性高斯白噪声；其中，NT表示通信节点发射天线数目，NR是接收天线数目，Nf是信号每帧长度，(·)T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；
步骤二：在接收端通过利用归一化最小均方误差NLMS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，定义算法的代价函数为:
Figure BDA0001324413530000026
其中，Min表示取最小值，n表示第n时刻，E(eNE(n))2表示近端误差信号
Figure BDA0001324413530000027
的平均功率，E[·]表示期望运算符，tNE(n)表示近端发送天线的实际发送信号，
Figure BDA0001324413530000028
表示对近端总接收信号滤波后，获得的对近端发送信号tNE(n)的估计值；
步骤三：设置采用归一化最小均方误差NLMS算法进行自干扰抑制的相关初始值：
令初始迭代次数k＝1，并设置最大迭代次数K及根据近端输入信号的自相关矩阵设置收敛步长因子μNE，自适应滤波器的初始化权值矢量αNE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程，分别设置K＝25、M＝11、
Figure BDA0001324413530000029
μNE＝1；
步骤四：根据公式
Figure BDA00013244135300000210
按照以下公式求出近端的估计信号
Figure BDA00013244135300000211
具体过程如下：
Figure BDA0001324413530000031
其中j＝N1,…,NT，NT表示发送天线总数目，M为自适应滤波器的长度，αNE(n)在表示n时刻的权值矢量，
Figure BDA0001324413530000032
为n时刻第j条接收天线经自适应滤波后获得的近端误差信号，
Figure BDA0001324413530000033
为第j条近端接收天线上的接收信号；
j<NT，则令j＝j+1，估计下一接收天线上的估计信号
Figure BDA0001324413530000034
j＝NT，则前进至步骤五；
步骤五：根据下式，更新n时刻的权值矢量
Figure BDA0001324413530000035
并根据迭代结果输出近端发送信号tNE(n)的估计信号
Figure BDA0001324413530000036
具体过程如下：
如下式更新下一时刻的权值矢量：
Figure BDA0001324413530000037
其中，j＝1,…,NT，NT表示发送天线总数目，ε表示的是权值矢量αNE(n)在迭代过程中的调整因数，仿真中设置的大小为0.001，
Figure BDA0001324413530000038
为第j条近端接收天线上的接收信号，
Figure BDA0001324413530000039
为n时刻第j条接收天线经NLMS自适应滤波后获得的近端误差信号，μNE表示收敛步长因子，(·)T表示对矩阵或矢量的转置运算符；
步骤六：根据最佳权值矢量αNE(n)以及公式：
Figure BDA00013244135300000310
由下式得近端估计信号
Figure BDA00013244135300000311
的最终表达式：
Figure BDA00013244135300000312
其中，j＝1,…,NT，NT表示发送天线总数目，αNE(n)表示n时刻权值矢量，
Figure BDA0001324413530000041
表示n时刻的权值，其中i＝1,…,M，M表示滤波器的长度，
Figure BDA0001324413530000042
表示第j条接收天线上的接收信号；
步骤七：从总体接收信号tR(n)中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：
第一步，从接收信号tR(n)中减去回波自干扰估计信号
Figure BDA0001324413530000043
得到来自远端节点的有用传输信号tES(n)，即：
Figure BDA0001324413530000044
第二步，将信号tES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号tFE(n)的估计；
所述激光扫描仪通过无线发射器连接无线接收站；
所述无线接收站中多网关终端快速漫游方法的ARP请求包劫持与应答机制的具体步骤如下：
步骤一，MAP节点收到ARP请求包后，提取出源mac地址，然后查询本地转换表判断源mac地址是否在表中，在本地转换表中，则说明是本节点连接的客户端发送的数据包，进入步骤二；否则，不进行处理；
步骤二，根据源mac地址查找到对应的本地转换表条目后，提取出本地转换表中的标志域flags，与L2P_NCL_CLIENT_WIFI进行按位&运算，结果为1，则说明数据包由wifi客户端发出，进入步骤三；否则，不进行处理；
步骤三，提取ARP请求包目的IP地址，判断是否为MPP节点IP地址，是MPP节点IP，则进入步骤四；否则，不进行处理；
步骤四，查找本地DAT表中是否有响应条目，有，则直接生成一个ARP应答包进行应答；否则进入步骤五；
步骤五，获取MAP节点所选MPP节点的mac地址，并使用该mac地址作为应答构造ARP应答包发给ARP请求者；
所述无线接收站通过无线发射器连接后期处理室；
所述后期处理室根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：
Pr(di)＝Pr(d0)-10·γlg(di)+Xσ
其中，Pr(di′)表示距离发送端距离为di′时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算Xσ，服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；
利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为di′，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；
所述后期处理室包括数据处理器，导线和数据库存储器；
所述数据处理器通过导线连接数据库存储器。
进一步，所述数据处理器和存储器的连接导线由塑质外壳保护；
所述数据处理器的数据压缩方法的步骤为：
步骤一、在编码时，首先根据E1n+1＝E1n+dn+1式计算出E1值，再根据
Figure BDA0001324413530000051
和
Figure BDA0001324413530000052
式计算出拟合残差，计算这两步时，均需要对结果进行越限判断，判断E1是否越限是为了避免超过传感器数据总线上限而造成溢出；判断残差是否越限是为实现分段拟合；
步骤二、当一段输入数据的拟合残差全部计算完后，就构造出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}所示的数据包，通过S-Huffman编码方法对进行熵编码，然后发送出去，接收端解码时，先将接收到的一组数据解码，还原出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}式所示的数据包，然后根据
Figure BDA0001324413530000053
式计算并还原出所有原始数据。
进一步，所述无线发射器位于激光扫描仪内部右下角。
本发明的优点及积极效果为：使用该***，可以做到一边扫描一边将扫描的数据实时通过无线网进行传输，后期处理室可以快速的进行处理；大大提高扫描数据处理及存储的效率；而且保证数据快速的存储，缩短处理时间，提高工作效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的智能建筑特征元素数据库控制***结构示意图；
图中：1、激光扫描仪；2、无线发射器；3、无线接收站；4、后期处理室；4-1、数据处理器；4-2、导线；4-3、数据库存储器。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
如图所示：激光扫描仪1内置有无线发射器2；激光扫描仪1通过无线发射器2连接无线接收站3；无线接收站3通过无线发射器2连接后期处理室4；后期处理室4包括数据处理器4-1，导线4-2和数据库存储器4-3；数据处理器4-1通过导线4-2连接数据库存储器4-3。
所述无线发射器的回波自干扰自适应抑制方法具体步骤如下：
步骤一：近端通信节点的接收信号
Figure BDA0001324413530000061
为：
tR(n)＝HFE(n)tFE(n)+HNE(n)tNE(n)+w(n)；
其中，
Figure BDA0001324413530000062
为来自远端节点的有用目标接收信号；而
Figure BDA0001324413530000063
为近端节点自身发射信号，即回波自干扰信号；
Figure BDA0001324413530000064
分别表示近端和远端第j(j＝N1,…,NT)条天线上的发送信号；
Figure BDA0001324413530000071
与
Figure BDA0001324413530000072
分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；w(n)为信道加性高斯白噪声；其中，NT表示通信节点发射天线数目，NR是接收天线数目，Nf是信号每帧长度，(·)T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；
步骤二：在接收端通过利用归一化最小均方误差NLMS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，定义算法的代价函数为:
Figure BDA0001324413530000073
其中，Min表示取最小值，n表示第n时刻，E(eNE(n))2表示近端误差信号
Figure BDA0001324413530000074
的平均功率，E[·]表示期望运算符，tNE(n)表示近端发送天线的实际发送信号，
Figure BDA0001324413530000075
表示对近端总接收信号滤波后，获得的对近端发送信号tNE(n)的估计值；
步骤三：设置采用归一化最小均方误差NLMS算法进行自干扰抑制的相关初始值：
令初始迭代次数k＝1，并设置最大迭代次数K及根据近端输入信号的自相关矩阵设置收敛步长因子μNE，自适应滤波器的初始化权值矢量αNE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程，分别设置K＝25、M＝11、
Figure BDA0001324413530000076
μNE＝1；
步骤四：根据公式
Figure BDA0001324413530000077
按照以下公式求出近端的估计信号
Figure BDA0001324413530000078
具体过程如下：
Figure BDA0001324413530000079
其中j＝N1,…,NT，NT表示发送天线总数目，M为自适应滤波器的长度，αNE(n)在表示n时刻的权值矢量，
Figure BDA0001324413530000081
为n时刻第j条接收天线经自适应滤波后获得的近端误差信号，
Figure BDA0001324413530000082
为第j条近端接收天线上的接收信号；
j<NT，则令j＝j+1，估计下一接收天线上的估计信号
Figure BDA0001324413530000083
j＝NT，则前进至步骤五；
步骤五：根据下式，更新n时刻的权值矢量
Figure BDA0001324413530000084
并根据迭代结果输出近端发送信号tNE(n)的估计信号
Figure BDA0001324413530000085
具体过程如下：
如下式更新下一时刻的权值矢量：
Figure BDA0001324413530000086
其中，j＝1,…,NT，NT表示发送天线总数目，ε表示的是权值矢量αNE(n)在迭代过程中的调整因数，仿真中设置的大小为0.001，
Figure BDA0001324413530000087
为第j条近端接收天线上的接收信号，
Figure BDA0001324413530000088
为n时刻第j条接收天线经NLMS自适应滤波后获得的近端误差信号，μNE表示收敛步长因子，(·)T表示对矩阵或矢量的转置运算符；
步骤六：根据最佳权值矢量αNE(n)以及公式：
Figure BDA0001324413530000089
由下式得近端估计信号
Figure BDA00013244135300000810
的最终表达式：
Figure BDA00013244135300000811
其中，j＝1,…,NT，NT表示发送天线总数目，αNE(n)表示n时刻权值矢量，
Figure BDA00013244135300000812
表示n时刻的权值，其中i＝1,…,M，M表示滤波器的长度，
Figure BDA00013244135300000813
表示第j条接收天线上的接收信号；
步骤七：从总体接收信号tR(n)中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：
第一步，从接收信号tR(n)中减去回波自干扰估计信号
Figure BDA0001324413530000091
得到来自远端节点的有用传输信号tES(n)，即：
Figure BDA0001324413530000092
第二步，将信号tES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号tFE(n)的估计；
所述激光扫描仪通过无线发射器连接无线接收站；
所述无线接收站中多网关终端快速漫游方法的ARP请求包劫持与应答机制的具体步骤如下：
步骤一，MAP节点收到ARP请求包后，提取出源mac地址，然后查询本地转换表判断源mac地址是否在表中，在本地转换表中，则说明是本节点连接的客户端发送的数据包，进入步骤二；否则，不进行处理；
步骤二，根据源mac地址查找到对应的本地转换表条目后，提取出本地转换表中的标志域flags，与L2P_NCL_CLIENT_WIFI进行按位&运算，结果为1，则说明数据包由wifi客户端发出，进入步骤三；否则，不进行处理；
步骤三，提取ARP请求包目的IP地址，判断是否为MPP节点IP地址，是MPP节点IP，则进入步骤四；否则，不进行处理；
步骤四，查找本地DAT表中是否有响应条目，有，则直接生成一个ARP应答包进行应答；否则进入步骤五；
步骤五，获取MAP节点所选MPP节点的mac地址，并使用该mac地址作为应答构造ARP应答包发给ARP请求者；
所述无线接收站通过无线发射器连接后期处理室；
所述后期处理室根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：
Pr(di)＝Pr(d0)-10·γlg(di)+Xσ
其中，Pr(di′)表示距离发送端距离为di′时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算Xσ，服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；
利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为di′，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；
所述数据处理器的数据压缩方法的步骤为：
步骤一、在编码时，首先根据E1n+1＝E1n+dn+1式计算出E1值，再根据
Figure BDA0001324413530000101
和
Figure BDA0001324413530000102
式计算出拟合残差，计算这两步时，均需要对结果进行越限判断，判断E1是否越限是为了避免超过传感器数据总线上限而造成溢出；判断残差是否越限是为实现分段拟合；
步骤二、当一段输入数据的拟合残差全部计算完后，就构造出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}所示的数据包，通过S-Huffman编码方法对进行熵编码，然后发送出去，接收端解码时，先将接收到的一组数据解码，还原出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}式所示的数据包，然后根据
Figure BDA0001324413530000103
式计算并还原出所有原始数据。
本发明的工作原理：
激光扫描仪对建筑扫描之后，将数据通过无线发送器发送出去，此时，无线接收站将获取的信息发射到更远的地方，后期处理室通过无线接收到扫描数据，数据处理器对获取的数据进行处理并发送到存储到数据库存储器。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (3)

1.一种智能建筑特征元素数据库控制***，其特征在于，所述智能建筑特征元素数据库控制***设置有：
激光扫描仪；
所述激光扫描仪内置有无线发射器；
所述无线发射器的回波自干扰自适应抑制方法具体步骤如下：
步骤一：近端通信节点的接收信号
Figure FDA0002707656260000011
为：
tR(n)＝HFE(n)tFE(n)+HNE(n)tNE(n)+w(n)；
其中，
Figure FDA0002707656260000012
为来自远端节点的有用目标接收信号；而
Figure FDA0002707656260000013
为近端节点自身发射信号，即回波自干扰信号；
Figure FDA0002707656260000014
分别表示近端和远端第j条天线上的发送信号， j＝N1,…,NT；
Figure FDA0002707656260000015
与
Figure FDA0002707656260000016
分别为远端和近端发射信号的信道转移函数；w(n)为信道加性高斯白噪声；其中，NT表示通信节点发射天线数目，NR是接收天线数目，Nf是信号每帧长度，(·)T表示对矩阵或矢量的转置运算符号；
步骤二：在接收端通过利用归一化最小均方误差NLMS算法对混有自干扰、信道噪声的接收信号进行自干扰抑制，定义算法的代价函数为:
Figure FDA0002707656260000017
其中，Min表示取最小值，n表示第n时刻，E[(eNE(n))2]表示近端误差信号
Figure FDA0002707656260000018
的平均功率，E[·]表示期望运算符，tNE(n)表示近端发送天线的实际发送信号，
Figure FDA0002707656260000019
表示对近端总接收信号滤波后，获得的对近端发送信号tNE(n)的估计值；
步骤三：设置采用归一化最小均方误差NLMS算法进行自干扰抑制的相关初始值：
令初始迭代次数k＝1，并设置最大迭代次数K及根据近端输入信号的自相关矩阵设置收敛步长因子μNE，自适应滤波器的初始化权值矢量αNE(0)以及滤波器的长度M，开始迭代过程，分别设置K＝25、M＝11、
Figure FDA0002707656260000021
μNE＝1；
步骤四：根据公式
Figure FDA0002707656260000022
求近端的估计信号
Figure FDA0002707656260000023
步骤五：根据下式，更新n时刻的权值矢量
Figure FDA0002707656260000024
并根据迭代结果输出近端发送信号tNE(n)的估计信号
Figure FDA0002707656260000025
具体过程如下：
如下式更新下一时刻的权值矢量：
Figure FDA0002707656260000026
其中，j＝1,…,NT，NT表示发送天线总数目，ε表示的是权值矢量αNE(n)在迭代过程中的调整因数，仿真中设置的大小为0.001，
Figure FDA0002707656260000027
为第j条近端接收天线上的接收信号，
Figure FDA0002707656260000028
为n时刻第j条接收天线经NLMS自适应滤波后获得的近端误差信号，μNE表示收敛步长因子，(·)T表示对矩阵或矢量的转置运算符；
步骤六：根据最佳权值矢量αNE(n)以及公式：
Figure FDA0002707656260000029
由下式得近端估计信号
Figure FDA00027076562600000210
的最终表达式：
Figure FDA00027076562600000211
其中，j＝1,…,NT，NT表示发送天线总数目，αNE(n)表示n时刻权值矢量，
Figure FDA00027076562600000212
表示n时刻的权值，其中i＝1,…,M，M表示滤波器的长度，
Figure FDA00027076562600000213
表示第j条接收天线上的接收信号；
步骤七：从总体接收信号tR(n)中滤除估计出的回波自干扰信号，以获得来自远端节点的有用传输信号，将该信号送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号的准确估计，具体包括：
第一步，从接收信号tR(n)中减去回波自干扰估计信号
Figure FDA0002707656260000031
得到来自远端节点的有用传输信号tES(n)，即：
Figure FDA0002707656260000032
第二步，将信号tES(n)送入后续的MIMO译码检测单元，以获得对远端发送信号tFE(n)的估计；
所述激光扫描仪通过无线发射器连接无线接收站；
所述无线接收站中多网关终端快速漫游方法的ARP请求包劫持与应答机制的具体步骤如下：
步骤一，MAP节点收到ARP请求包后，提取出源mac地址，然后查询本地转换表判断源mac地址是否在表中，在本地转换表中，则说明是本节点连接的客户端发送的数据包，进入步骤二；否则，不进行处理；
步骤二，根据源mac地址查找到对应的本地转换表条目后，提取出本地转换表中的标志域flags，与L2P_NCL_CLIENT_WIFI进行按位&运算，结果为1，则说明数据包由wifi客户端发出，进入步骤三；否则，不进行处理；
步骤三，提取ARP请求包目的IP地址，判断是否为MPP节点IP地址，是MPP节点IP，则进入步骤四；否则，不进行处理；
步骤四，查找本地DAT表中是否有响应条目，有，则直接生成一个ARP应答包进行应答；否则进入步骤五；
步骤五，获取MAP节点所选MPP节点的mac地址，并使用该mac地址作为应答构造ARP应答包发给ARP请求者；
所述无线接收站通过无线发射器连接后期处理室；
所述后期处理室根据对数距离路径损耗模型，如下公式计算待定位节点与锚节点Ai之间的距离：
Pr(d′i)＝Pr(d0)-10·γlg(d′i)+Xσ
其中，Pr(d′i)表示距离发送端距离为d′i时获取的互相关值，Pr(d0)表示距离发送端d0＝1米处获取的互相关值，γ表示路径损耗因子，lg(·)表示底为10的对数运算， Xσ服从均值为0、标准差为σ的高斯分布；
利用上式计算出各个锚节点与待定位节点O之间的距离分别为d′i，对应的锚节点的坐标分别为Ai(xi,yi)，其中i＝0,1,2,…,n；
所述后期处理室包括数据处理器，导线和数据库存储器；
所述数据处理器通过导线连接数据库存储器。
2.如权利要求1所述的智能建筑特征元素数据库控制***，其特征在于，所述数据处理器和存储器的连接导线由塑质外壳保护；
所述数据处理器的数据压缩方法的步骤为：
步骤一、在编码时，首先根据E1n+1＝E1n+dn+1式计算出E1值，再根据
Figure FDA0002707656260000041
和
Figure FDA0002707656260000042
式计算出拟合残差，计算这两步时，均需要对结果进行越限判断，判断E1是否越限是为了避免超过传感器数据总线上限而造成溢出；判断残差是否越限是为实现分段拟合；
其中，E1为PCM编码；E1n+1和E1n分别为第n+1和第n条编码线数；dn+1为两帧间隔时间内的位移；
步骤二、当一段输入数据的拟合残差全部计算完后，就构造出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}所示的数据包，通过S-Huffman编码方法进行熵编码，然后发送出去，接收端解码时，先将接收到的一组数据解码，还原出{dn,E1n,DFR3,DFR4,…DFRn}式所示的数据包，然后根据
Figure FDA0002707656260000043
式计算并还原出所有原始数据；
其中，dn为两帧间隔时间内的位移；E1n为第n条编码线数；DFRn为微分。
3.如权利要求1所述的智能建筑特征元素数据库控制***，其特征在于，所述无线发射器位于激光扫描仪内部右下角。
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