56、智慧城市:从生物模仿到集体智慧的探索

智慧城市:从生物模仿到集体智慧的探索

1. 交通管理的未来趋势

未来,交通管理系统将通过处理实时数据并基于人工智能模式识别应用来调整交通流量,实现自我调节。无人驾驶车辆将选择最有效的路线行驶。这样全面的系统解决方案需要结合物理和地理空间数据(如道路、行驶中的车辆、交通信号灯)以及数字网络和数据处理。

2. 生物模仿:技术对自然的借鉴

2.1 生物模仿的概念与实例

生物模仿是技术模仿自然的过程,受自然神秘功能和高效解决问题能力的启发。例如,通过观察植物的光合作用,我们利用光伏电池来获取太阳能;飞机通过模仿鸟类的空气动力学实现飞行;如今更先进的生物模仿形式体现在功能性昆虫无人机上。随着技术对生物学的模仿愈发逼真,生物模仿本身也在不断融合。由于机器人技术、3D 打印以及各种用于肌肉和人体器官的新型合成材料的进步,我们即将创造出极具吸引力的类人机器人。这些原则可应用于智慧城市设计,以神经网络和连接性的理念为指导,有效映射系统中的能量和信息流。

2.2 生物模仿在工程和建筑中的应用

生物模仿由科学家兼作家珍妮·班亚斯(Janine Benyus)在 1997 年的《生物模仿:受自然启发的创新》一书中推广开来。这是一种创新方法,通过模仿自然经过时间考验的模式和策略,为人类挑战寻求可持续解决方案,创造出适应地球长期生活的新产品、新流程和新政策。生物模仿已应用于工程结构,特别是在太阳能开发的进步中,通过提供能根据太阳角度调整位置的智能面板来优化太阳能获取。此外,新型建筑立面智能玻璃系统可自动控制进入房间的光线量,同时提高建筑围护结构的能源效率。

3. 生物模仿与人体解剖学

3.1

内容概要:本文介绍了基于Koopman算子理论的模型预测控制(MPC)方法,用于非线性受控动力系统的状态估计与预测。通过将非线性系统近似为线性系统,利用数据驱动的方式构建Koopman观测器,实现对系统动态行为的有效建模与预测,并结合Matlab代码实现具体仿真案例,展示了该方法在处理复杂非线性系统中的可行性与优势。文中强调了状态估计在控制系统中的关键作用,特别是面对不确定性因素时,Koopman-MPC框架能够提供更为精确的预测性能。; 适合人群:具备一定控制理论基础和Matlab编程能力的研【状态估计】非线性受控动力系统的线性预测器——Koopman模型预测MPC(Matlab代码实现)究生、科研人员及从事自动化、电气工程、机械电子等相关领域的工程师;熟悉非线性系统建模与控制、对先进控制算法如MPC、状态估计感兴趣的技术人员。; 使用场景及目标:①应用于非线性系统的建模与预测控制设计,如机器人、航空航天、能源系统等领域;②用于提升含不确定性因素的动力系统状态估计精度;③为研究数据驱动型控制方法提供可复现的Matlab实现方案,促进理论与实际结合。; 阅读建议:建议读者结合提供的Matlab代码逐段理解算法实现流程,重点关注Koopman算子的构造、观测器设计及MPC优化求解部分,同时可参考文中提及的其他相关技术(如卡尔曼滤波、深度学习等)进行横向对比研究,以深化对该方法优势与局限性的认识。
内容概要:本文研究了基于物理信息神经网络(PINN)求解二阶常微分方程(ODE)边值问题的方法,并提供了完整的Matlab代码实现。文章通过将微分方程的物理规律嵌入神经网络损失函数中,利用神经网络的逼近能力求解边值问题,避免传统数值方法在网格划分和迭代收敛方面的局限性。文中详细介绍了PINN的基本原理、网络结构设计、损失函数构建及训练流程,并以典型二阶ODE边值问题为例进行仿真验证,展示了该方法的有效性和精度。此外,文档还附带多个相关科研方向的Matlab案例资源链接,涵盖状态估计、优PINN物理信息神经网络用于求解二阶常微分方程(ODE)的边值问题研究(Matlab代码实现)化调度、机器学习、信号处理等多个领域,突出其在科学研究中的实际应用价值。; 适合人群:具备一定数学基础和Matlab编程能力的理工科研究生、科研人员及从事科学计算、工程仿真等相关工作的技术人员。; 使用场景及目标:①用于求解传统数值方法难以处理的复杂或高维微分方程问题;②为科研工作者提供PINN方法的入门实践路径,推动其在物理建模、工程仿真等领域中的创新应用;③结合所提供的丰富资源拓展至电力系统、故障诊断、优化调度等交叉学科研究。; 阅读建议:建议读者结合文中的Matlab代码逐行理解PINN实现机制,动手复现并尝试修改方程形式与边界条件以加深理解,同时可参考附带资源扩展应用场景,提升科研效率与创新能力。
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