信息科学与工程学院重点实验室
河北省重点实验室：
河北省计算机虚拟技术与系统集成实验室
河北省特种光纤与光纤传感重点实验室
河北省计算机虚拟技术与系统集成实验室
一、实验室建设的背景、必要性和意义
(一) 本学科领域国内外研究最新进展、发展趋势和应用前景
1. 计算机虚拟制造是近年来研究的热点。美国和欧洲等发达国家在虚拟制造的研究和实践方面取得了重大的进步。从波音777的设计、试验和制造到各类机器人的研究，都体现了虚拟制造及相关技术的新进展、新趋势和新领域。国内已有清华、北航和燕大等高等院校和科研机构正在开展虚拟制造方面的研究。
2. 分布式协同虚拟制造是虚拟制造技术的发展趋势。随着虚拟制造规模的不断扩大和对制造过程中数据共享需求的日益增加，企业之间开展基于互联网的分布式协同虚拟制造已成为一个重要发展方向。
3. 制造业对计算机虚拟制造的需求日趋明显。计算机虚拟制造能在实际制造活动之前对制造过程和制造系统进行虚拟运行，发现设计存在的各种问题，寻找最优方案，从而缩短产品的研制周期，提高制造业的竞争力。因此，计算机虚拟制造有着很好的应用前景。
4. 智能化是系统集成的发展趋势。随着信息系统规模的不断扩大，将人工智能技术引入到系统集成领域，实现基于知识的智能集成是系统集成未来的发展方向。
5. 信息系统集成迫切需要平台和工具的支撑。信息系统集成公共技术服务平台的建设是实现信息系统快速构建与集成的关键，是系统集成领域迫切需要的工具和环境。
(二) 本学科领域需解决的重大科学技术问题
1. 大规模虚拟制造场景关键技术。制造信息可视化通用框架结构、仿真结果与虚拟场景同步技术和三维模型检索技术等是构建大规模虚拟制造场景迫切需要解决的关键技术问题。
2. 基于网络的数据管理关键技术。网络技术的发展使得数据的存储形式越来越丰富，传统的关系数据库已无法对其进行很好地管理和集成。因此，需要研究面向海量Web数据的有效管理和集成技术。
3. 企业信息系统集成公共技术服务平台。针对复杂、多变的用户需求，建设企业信息系统集成公共技术服务平台是实现信息系统快速构建与集成的关键，是系统集成领域迫切需要的工具和环境。
(三) 建设单位在该学科领域的地位
1. 学科优势。拥有计算机应用技术博士点，计算机应用技术、计算机软件与理论和计算机系统结构3个硕士点，计算机技术和软件工程2个工程硕士授权领域。其中，计算机应用技术学科为河北省重点学科。
2. 人才优势。实验室拥有一支结构合理、年轻有为的学术队伍，其中教授 16 名（含9名博士生导师），副教授13名，具有博士学位的教师29人。
3. 行业优势。与我校机械学科合作，在虚拟制造研究方面，形成了以虚拟现实与仿真技术为基础，以虚拟轧制技术为核心的研究特色；在系统集成方面，以学科创建的大学科技园软件中心为基地，形成了以数据库理论为基础，以柔性软件为关键技术，以企业信息系统集成为应用方向的研究特色。
4. 成果优势。近三年，获国家科技进步二等奖2项，省部级奖4项，省教学成果奖2项，25项软件著作权注册软件。出版专著4部，在国内外发表论文350余篇，其中SCI、EI和ISTP论文109 篇。目前，承担“863”项目2项，国家自然科学基金项目6项，河北省自然科学基金项目13项。
(四) 建设实验室的目的和意义
1. 高科技发展的需要。能够充分发挥我校在虚拟制造与系统集成领域的优势，攻克其中的理论和技术难题，提升河北省的技术创新能力。
2. 人才培养的需要。既可培养虚拟制造与系统集成领域的高科技人才，又可吸引更多的高层次人才，建立一支结构合理、技术过硬、创新能力强的科研队伍。
3. 有利于产、学、研互动。能够扩大高校与省内企业的深层次合作，直接面向我省国民经济主战场，为相关产业提供技术支持，促进经济发展；同时，广泛开展与企业的合作，也将对实验室的发展和学科建设起到促进作用。
二、研究方向、主要任务及近期拟解决的重大科技问题
(一) 研究方向
1. 虚拟现实与仿真
2. 数据库理论与技术
3. 计算机网络与系统集成
研究方向之一：虚拟现实与仿真技术
1. 虚拟轧制技术及场景的设计与表现。在虚拟扎制方面，利用虚拟现实技术、网络技术和软测量技术解决了轧件变形可视化、轧机的虚拟试验、虚拟测试和虚拟装配等问题，建立了一套冷连轧机过程仿真系统；针对零件精确轧制机理、轧制过程以及组织性能预报问题，利用虚拟仿真技术，预报各种工艺参数不合理所导致的产品质量缺陷，降低了通过传统测取样机参数寻求设备设计依据所需费用。在虚拟制造场景的设计与表现方面，完成了单机架4辊6辊轧机的轧制过程实时交互可视化系统，建立了大型管材连轧过程的虚拟仿真系统。上述成果是我校“无缝钢管减径产品工艺优化及其质量控制”项目中的一项重要创新内容。该项目荣获2006年国家科技进步二等奖。
2. 机器视觉。在国家“863”计划的资助下，针对并联机器人视觉中的若干关键技术问题，从仿生视觉理论、机器人视觉平台、机器人视觉应用技术等方面，研究了主动视觉理论、并联机器人视觉机构、机器人运动精度监测、机器人视觉定位与跟踪、视觉伺服以及基于视觉的遥操作等理论和技术问题，通过对人类视觉系统的注意机制、立体视觉、视觉定位与跟踪的模拟与仿真，进行各种算法的研究与比较，最终将其引入到机器视觉系统，提高了系统的实用性。
研究方向之二：数据库理论与技术
1. 数据库规范化理论。在多项国家自然科学基金的资助下，利用数据依赖集特征、超图和矩阵，解决了关系数据库中的全部候选关键字求解、最小基数候选关键字求解、FD集最优覆盖求解和主属性判定等难解问题；提出了空值环境下数据依赖的公理系统、空值环境下数据依赖集最小覆盖的定义和求解算法、空值环境下各种范式的定义及模式分解算法。以上研究成果分别发表在《计算机学报》和《计算机研究与发展》的专辑上，并获得黑龙江省科技进步二等奖和三等奖各1项。
2. 数据挖掘理论。在隐私保持数据挖掘方面，针对数据挖掘过程中属性关联和隐私数据泄漏的问题，提出了基于布尔和基于部分变换机制的量化关联规则隐私保持方法和基于垂直分类数据k-means隐私保持方法；在关系数据挖掘方面，针对传统的数据挖掘算法实现多表数据挖掘所存在的局限性，提出了一套能够直接对多个关系表进行挖掘的算法，提高了多关系关联规则挖掘的效率；在基于时空数据的序列模式挖掘方面，提出了在每一层使用不同支持度的分布式多层关联规则挖掘算法及分布式关联规则挖掘中的聚类分区算法，实现了基于时间戳数据库的分布式多层时态关联规则挖掘，解决了分布式环境下的聚类分区问题。以上研究得到2项国家自然科学基金和2项河北省自然科学基金的资助。
3. 数据库应用技术。运用所提出的关系数据库规范化方法和面向对象数据库规范化方法设计了“供电企业计算机集成信息系统（CIIS）”，该系统具有数据冗余度小、数据一致性强、性能可靠等特点，已被国内多家企业使用；运用所提出的空值环境下关系数据库规范化方法设计的房地产管理及评估系统，具有较强的空间数据描述能力和不确定信息的处理能力；序列模式挖掘技术成果已成功应用于商业智能软件中，并得到了推广应用。
研究方向之三：计算机网络与系统集成
1. 计算机网络性能分析理论及应用。针对网络拥塞控制问题，提出了实现网络拥塞控制算法的标准化参数动态设计方案，利用解析方法分析网络流量行为和服务质量。该项研究成果丰富和发展了网络信息流的动力学理论，为计算机网络性能分析与优化提供了强有力的理论工具；在网络深层次性能分析和管理方面，基于排队论理论，开展了多服务器休假排队网络模型的研究，给出了稳态队长和等待时间分布的随机分解规律，提出了基于休假排队理论的网络分析模型。上述研究成果分别获得2004年和2005年河北省自然科学三等奖。
2. 软件系统集成理论及应用。以软件柔性化理论与构件技术为基础，研究和开发随需应变的信息系统软件集成方法和技术，提出了软件柔度、柔力、柔距等软件柔性的度量要素和计算方法，建立了柔性软件的体系结构，给出了较为完整的柔性软件开发方法和清晰的实施路线图。上述研究成果出版在专著《柔性软件开发技术》中。采用多层柔性软件技术、柔性框架和构件技术开发的“万通通用财务软件”，易于同其它业务系统集成，解决了财务系统用户的需求变化的问题，为此荣获了“河北省十大优秀发明奖”。
(二) 主要任务
1. 仿真结果与虚拟场景同步问题。针对仿真结果与虚拟场景表现不一致的情况，利用虚拟现实中特有的技术手段来实现场景的逼真展现，其根本的任务是保证仿真结果与虚拟场景在适当精度和逼真度下的同步。
2. 信息可视化通用框架结构的设计和复用。制造信息可视化主要解决制造过程中各类信息的可视化，近期的任务主要是解决各种场的可视化问题，这是常规制造中想表现但无法表现的问题。
3. 三维模型检索技术。在大规模虚拟制造场景中，其重要的组成元素就是大量的三维模型，如何在大量的三维模型中高效地检索出需要的模型成为一个迫切需要解决的问题。
4. 双目主动视觉监测平台仿真及其关键技术。运用虚拟样机技术对监测平台进行全数字化动态仿真试验和关键技术研究，用SolidWorks建立几何模型，并进行装配和干涉等检查。在ADAMS环境下建立物理虚拟样机，并进行各种速度和工况下的全面动态仿真试验，实现关键零部件动态应力分析和优化。建立仿人的基于选择性注意机制的视觉感知模型，探索视角变化下场景图像分析的新方法。
5. Web数据管理和数据挖掘关键技术。在Web数据管理方面研究基于Web的异构数据的整合、Web数据的高效查询技术等。在数据挖掘方面，提出对多个关系表中的数据直接挖掘的方法，并提出时空查询语言的设计及其在关系数据库中的实现方法，进而可以实现有相关关系时空数据序列模式挖掘的算法。
6. 信息系统的快速构建及集成技术。基于柔性软件理论与技术研究面向信息系统的快速构建和集成的软件系统、框架、构件的特征和开发方法，提出柔性度量和评价路线图，针对特定行业研究企业智能信息系统的快速构建及集成模型、协同模式和支撑平台。
河北省特种光纤与光纤传感重点实验室
一、实验室概况
♦ 原有面积1850平方米，增加300平方米，总面积2150平方米；
♦ 设备固定资产：原有1938万元，增加380万元，总资产2318万元
√ 万元以上设备120台套
√ 十万元以上仪器设备22套
♦ 实验室原有固定人员28人，新增5人，调离2人，总共31人
√ 国务院政府特贴专家3人
√ 河北省十大杰出青年1人
√ 河北省教学名师1人
√ 河北省高校中青年骨干教师1人
近三年：
♦ 承担国家“863”、“973”、国家自然科学基金等30多项课题；
新增国家、省部级课题24项（国家“863”2项，国家自然科学基金9项）
♦ 获得科研到款1054.79万元；
♦ 获得省部级科技进步奖5项；
♦ 河北省教学名师奖1项、河北省教学成果奖2项；
♦ 获授权的国家发明专利10项，申请国家发明专利14项；
♦ 发表学术论文326篇，被三大索引收录论文100多篇；
♦ 公开出版教材和学术专著6部。
♦ 全国百篇优秀博士论文提名1篇；
♦ 河北省优秀硕士论文2篇。
♦ 总体定位：
通过特种光纤与光纤传感系统的研发，推动光电技术在工业、农业、军事等领域的实际应用，为光学工程学科的发展作贡献。
♦ 发展目标：
瞄准并跟踪世界前沿，结合重大项目，推动科技进步，达到国内领先 水平。通过3-5年的努力，成为学术一流、国内知名的河北省重点实验室。
通过服务河北、面向全国，提高实验室的辐射能力，为建设成为国家重点实验室奠定基础。
二、研究水平与创新能力
研究方向一：特种光纤与红外技术
♦ 红外传能光纤材料及制备工艺研究
♦ 传能光纤应用系统研究
♦ 光子晶体光纤的基础理论研究
♦ 光子晶体光纤制备工艺及测试及应用技术研究
代表性研究成果名称 ：
♦ 微结构光纤结构设计及制备工艺的创新与基础研究
♦ 超大功率集成式多芯微结构光纤激光器的研究
近3年主要工作业绩
♦ 完成或承担国家自然科学基金重点项目、“973”项目、河北省自然科学基金、博士基金多项；
♦ 获得发明专利4项；
♦ 发表论文93篇，SCI收录11篇，EI收录25篇；
♦ 自主培养博士研究生5人，硕士研究生64人；
♦ 硕士论文——《光子晶体光纤色散特性的理论研究》2007年被评为河北省优秀硕士论文。
研究方向二：短距离光纤通信元器件及其系统
主要研究内容：
♦ 微结构塑料光纤的理论与制备工艺的研究
♦ 聚合物光纤材料及制备工艺研究
♦ 系统功能器件研究
代表性成果名称：
♦ 新型低损耗塑料通信光纤研究
近3年主要工作业绩
♦ 连续三次获得国家自然科学基金资助；
♦ 一次省科技专项资金资助；
♦ 发表学术论文79篇，其中被SCI收录6篇，EI收录9篇；
♦ 获国家发明专利4项、发明奖1项；
♦ 自主培养博士研究生3人，硕士研究生36人；
♦ 博士论文——《新型光子晶体光纤的数值模拟》获得2006年度全国百篇优秀博士论文提名。
研究方向三：光纤传感技术
主要研究内容：
♦ 纳米级机械量传感
♦ 分布式光纤传感系统的理论和实现
♦ 光纤高压电流、电压互感器研究
代表性成果：
♦ 高压电子互感器的基础理论及其应用技术的研究
近3年主要工作业绩
♦ 完成国家自然科学基金一项；
♦ 承担国家自然科学基金一项；
♦ 承担教育部高等学校科技创新工程重大项目一项；
♦ 获机械工业局科技进步二等奖；
♦ 发表学术论文81多篇，其中被SCI、EI、ISTP检索21篇；
♦ 获国家发明专利2项、发明奖1项；
♦ 自主培养博士研究生4人，硕士研究生 22人。
♦ 硕士论文——《基于模间干涉的光纤电压互感器光路研究》2008年被评为河北省优秀硕士论文。
主要研究内容：
♦ 光电在线检测及测量技术
♦ CCD成像及处理技术
♦ 利用光谱技术实现水环境和水质的实时在线监测及预警
代表性成果：
♦ 全自动光子晶体光纤熔接机
研究方向四：光电监测系统
近3年主要工作业绩
♦ 承担国家自然科学基金项目1项；
♦ 获省部级科技进步一等奖1项，三等奖2项；
♦ 河北省自然科学基金项目1项；
♦ 共发表学术论文70余篇，其中被SCI收录5篇，EI收录7篇；
♦ 获得发明专利2项；
♦ 自主培养博士研究生2人，硕士研究生23人。
计算机虚拟技术与系统集成实验室部分图片： 
机器视觉研究成果应用于全自主移动机器人
虚拟现实与仿真研究平台
特种光纤与光纤传感重点实验室部分图片： 
多芯非均匀微结构光纤中的频率变化效应
光纤电流互感器实验系统