一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法及装置

1.本发明属于空间位置编码领域，具体地涉及一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法及装置。


背景技术：

2.空间位置编码是通过一组符号来表征地理空间位置。当前随着科学技术的发展，人类已经提出了较为成熟的地理空间位置编码方法。例如，基于经纬网络的编码方法，把地理空间位置编码为一个经纬度坐标，这种数值式的编码方式比较适用于计算机计算和处理，其编码获取依赖于全球定位系统(global positioning system,gps)。然而，人类能记住和找到回家的路，在自然环境中确定自己的位置，依赖于一种不同于全球定位系统的编码方法。根据神经科学家的研究，大脑海马体中格网细胞和位置细胞在空间位置编码和导航定位中发挥了重要作用。海马体格网细胞能对特定的地理空间位置做出激活反映，格网细胞群的总体激活或者不激活状态能实现对地理空间位置进行初步编码，每个格网细胞只对特定的空间位置具有神经兴奋反应，且兴奋反应的地理空间位置构成等边三角形的顶点，这些顶点实现了对空间范围的全覆盖。不同格网细胞的等边三角形的边长、方向、顶点范围的大小不同。如果把海马体格网细胞的兴奋或者不兴奋分别表示为1或者0，那么地理空间位置完全可以通过0或者1的序列来进行编码。
3.1989年，field提出了稀疏分布式编码(sparse distributed coding)方法。这种编码方法并不减少输入数据的维数,而是使响应于任一特殊输入信息的神经细胞数目被减少，信号的稀疏编码存在于细胞响应分布的四阶矩阵中。这种编码方法使得编码序列只存在0或者1，且绝大部分值为0，只有少量元素为1。0或1的序列来表征地理空间位置与人脑中的实际情况更符合，是产生高度灵活，具有动态拓展，适用各种各样自然环境的智能定位与导航的基础性编码方法，是未来实现类脑智能导航的关键。
4.已经有少量研究人员基于朴素的认知利用0和1来对地理空间位置进行编码，例如美国的purdy等人把指定的地理空间范围划分为等大小的格子，用格子表示指定的位置，同时用以指定格子为中心的正方形来代表这个位置，正方形内的格子编码为1，其余的格子编码为0，用这种方式记录空间范围内所有格子构成0和1的序列来表征地理空间位置。这种编码方式存在三个严重的问题，第一，必须预知要表征的地理空间范围的大小，也就是地理空间范围的边界必须是确定的，不能动态扩展；第二，这种编码方式对处于地理空间边界附近的位置编码不准确；第三，这种编码方法不能调整对格子的分辨率进行调整。
5.为了实现未来汽车、机器人以及无人机等自主智能定位与导航，本研究提出一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法及装置，用于模仿海马体格网细胞的空间位置编码神经网络模型及装置构建方法。
6.现有的基于经纬网的二维或三维坐标数值的地理空间位置编码装置依赖于全球卫星定位系统获取指定位置的编码，无此卫星系统或者卫星系统没有信号的情况下，无法获取空间位置的编码。
7.现有的通过对地理空间范围进行格网划分，并且利用指定格子的缓冲正方形对空间位置进行0和1的编码装置只能对空间范围确定的空间位置进行编码，不支持空间范围的动态扩展，而且其格子一旦划分，其编码位置的分辨率就确定了，无法再对更精细位置进行编码。
8.此外，对地理空间范围进行格网划分的方法只是提供了空间位置编码的一种数学算法，并未有可以利用的装置予以实现或模拟。


技术实现要素：

9.为了满足类脑智能导航的需求，提高地理空间位置编码生成的灵活性、适应性、拓展性，降低编码生成的系统依赖性，基于动物海马体格网细胞的基本规律，提出和发明了一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法及装置。
10.根据一个方面，本发明提出一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法，包括如下步骤：
11.(1)指定编码的维度n，n代表用多少个格网细胞功能模块来表征一个地理空间位置，最终地理空间位置被表征为n维0和1组成的向量，代表相应的格网细胞功能模块群的放电状态；
12.(2)指定地理空间范围的长c和宽w，这个长和宽是可以动态调整的；
13.(3)从第一个格网细胞功能模块开始，对每一个格网细胞功能模块i，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，形成格网细胞的功能模块。
14.其中，构建三角函数模拟器具体包括：随机生成一个二维坐标作为三角格网的相位值，这个相位值需要在指定的空间范围之内，即随机生成(x0,y0),其中0《x0《c；0《y0《w；其次，随机生成一个角度，作为格网的方向，即随机生成θ,其中0《θ《60度；再次，确定格网相邻两个顶点之间的距离λ；在确定参数(x0,y0)，θ，λ以后，按照如下方式制作三角函数模拟器：
15.其数学公式为：
[0016][0017]
其中，(x,y)代表二维平面上的一个点，(x0,y0)是三角形格网相位点；是互成60度的二维向量；
[0018]
(4)把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块，如果格网细胞功能模块二极管放电，那么其编码值为1，如果此格网细胞功能模块二极管在此位置未放电，那么其编码值为0；
[0019]
(5)对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。
[0020]
构建其具有特定参数的三角函数模拟器，具体包括：
[0021]
确定格网相邻两个顶点之间的距离λ，这个距离不能太小，太小了会在空间范围内形成致密的等边三角形网络，增加计算量，太大了会无法在空间范围内形成有效覆盖，要求(min(c,w)/n+1)≤λ≤max(c,w)；另外，不同格网细胞的相邻格网顶点的距离存在连续增加的现象，因而不同格网细胞功能模块的相邻格网顶点的距离单调增大，即λ＝(min(c,w)/n+1)*(i+1)，确定顶点间距以后，可以下面公式(5)计算出k值。其中c是地理空间范围的长，w
是宽，n是编码的维度，min是求取最小值函数，max是求取最大值函数。
[0022]
进一步地，的模必须相等，为了满足以上条件，提出以下向量来实现对的模拟：
[0023][0024][0025][0026]
其中，k是向量的模，θ是三角格网的方向，k的值为：
[0027][0028]
可见，参数k由等边三角形格网相邻顶点间距λ确定。
[0029]
构成格网细胞的功能模块具体包括：
[0030]
分别由三角函数模拟器实现，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值；在综合器上再连接一个二极管，当综合电流达到一定阈值时，二极管放电，否则二极管就不放电，这整套装置构成一个格网细胞功能模块。
[0031]
不同格网细胞的相邻格网顶点的距离存在连续增加的现象，因而不同格网细胞功能模块的相邻格网顶点的距离单调增大，即λ＝(min(c,w)/n+1)*(i+1)，确定顶点间距以后，可以相应的公式(5)计算出k值。
[0032]
本发明另一个方面，提出一种基于格网细胞原理的空间位置编码装置，具体包括：
[0033]
表征模块，用于指定编码的维度n，n代表用多少个格网细胞功能模块来表征一个地理空间位置，最终地理空间位置被表征为n维0和1组成的向量，代表相应的格网细胞功能模块群的放电状态；如果格网细胞功能模块二极管放电，那么其编码值为1，如果此格网细胞功能模块在此位置未被激活，那么其编码值为0；
[0034]
格网细胞功能模块，用于从第一个格网细胞功能模块开始，对每一个格网细胞功能模块i，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，形成格网细胞的功能模块；
[0035]
其中，构建三角函数模拟器具体包括：随机生成一个二维坐标作为三角格网的相位值，这个相位值需要在指定的空间范围之内，即随机生成(x0,y0),其中0《x0《c；0《y0《w；其次，随机生成一个角度，作为格网的方向，即随机生成θ,其中0《θ《60度；再次，确定格网相邻两个顶点之间的距离；在确定参数(x0,y0)，θ，λ以后，按照如下方式制作三角函数模拟器：
[0036]
其数学公式为：
[0037][0038]
其中，(x,y)代表二维平面上的一个点，(x0,y0)是三角形格网相位点；是互成60度的二维向量；且的模必须相等，为了满足以上条件，提出以下向量来实现对的模拟：
[0039]
[0040][0041][0042]
其中，k是向量的模，θ是三角格网的方向，k的值为：
[0043][0044]
可见，参数k由等边三角形格网相邻顶点间距λ确定。
[0045]
进一步地，分别由三角函数模拟器实现，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，当综合电流达到一定阈值时，二极管放电，否则二极管就不放电，这整套装置构成一个格网细胞功能模块。
[0046]
空间位置坐标值模块，用于把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块；
[0047]
位置编码模块，用于对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。
[0048]
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的相应部分说明即可。
[0049]
本发明另一个方面，提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述任意所述的一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法。
[0050]
本发明具有三个突出的优势：(1)本发明提出的对地理空间位置进行编码的方法，不依赖于任何外部系统，可以是任何独立个体对地理空间位置进行编码；(2)本发明提出的对地理空间位置进行编码的装置及系统，具有良好的可拓展性，当地理空间范围增大或者缩小时，其编码的维度不变，能对新增的位置进行统一编码，克服了现有空间位置稀疏分布式编码空间范围增加，编码维度就得增加的缺点；(3)本发明是基于动物海马体内嗅皮层格网细胞的原理而实现，具有生物智能特性，能对任意分辨率，任意大小的空间位置进行编码，本装置未来可以安装在机器人的大脑中，帮助机器人进行智能导航、智能定位。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅用于示出优先实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0052]
图1示出三个互成60度的二维三角函数叠加构成等边三角形(正六边形)格网的数学原理示意图；
[0053]
图2示出本发明提出格网细胞的功能模块示意图；
[0054]
图3示出基于格网细胞原理的空间位置稀疏分布式编码系统及装置。
具体实施方式
[0055]
本发明所提出的方法基于hafting等人对生物大脑海马体格网细胞的研究成果。hafting等人通过对小鼠研究发现：小鼠的背侧中间内嗅皮层包含空间环境的定向、拓扑组织的神经地图。该皮层的主要神经元叫做“格网细胞”，每当小鼠的位置与横跨环境表面的等边三角形构成的规则格网的任何顶点重合时，格网细胞就会被激活，且相邻格网细胞的三角形网络具有相同的方向(即相对于环境的方向)和间距(相邻两个顶点之间的距离)，但是它们的顶点位置(即相对于某个固定位置的距离，相位)不同。从背侧到腹侧内嗅皮层的格网细胞的格网间距和顶点场的大小增加。不同位置的格网细胞的三角形网络的方向不同。
[0056]
本发明的第一个关键点在于根据神经科学对海马体格网细胞的研究成果，利用三角函数的特性，构建了一套三角函数模拟器，进而构建了格网细胞的功能模拟模块。基于该模块，能对任意相位、任意方向、任意相邻顶点之间距离的格网进行电子模拟。
[0057]
本发明的第二个关键点在于，提出了一种基于格网细胞原理的空间位置编码装置，该装置通过集成参数不同的多个格网细胞的功能模块，在指定的空间范围内构建全覆盖的等边三角形格网。在输入任意地理空间位置后，能通过格网细胞模块是否有放电，判断指定位置是否在等边三角形格网的顶点上，如果在顶点上，那么此格网细胞模块会放电，此维度的编码变量值为1，否则为0，从而形成了一种基于格网细胞原理的空间位置编码装置及方法。由于指定位置能激活的格网细胞数量相对格网细胞总数是少数，因而，编码是稀疏的。
[0058]
一、等边三角形格网的建模及装置
[0059]
基于以上原理，本研究提出用3个三角函数的模拟器，并通过一个信号综合器，来综合三个三角函数产生的信号，来模拟和构建每个格网细胞对应的等边三角形网络。用初始位置来模拟三角形网络的相位，用三角函数的波长来模拟格网间距和顶点场的大小，用初始角来模拟三角形网络的方向。
[0060]
首先，等边三角形的格网可以由三个三角函数之和来构建，但是这三个三角函数之间的夹角需互成60度，方能形成等边三角形格网，如图1所示。
[0061]
图1所示是三个互成60度的二维三角函数叠加构成等边三角形(正六边形)格网的数学原理示意图。
[0062]
其数学公式为：
[0063][0064]
其中，(x,y)代表二维平面上的一个点，(x0,y0)是三角形格网相位点；是互成60度的二维向量，且的模必须相等，为了满足以上条件，本发明提出以下向量来实现对的模拟：
[0065][0066][0067][0068]
其中，k是向量的模，θ是三角格网的方向。k的值为：
[0069][0070]
可见，参数k由等边三角形格网相邻顶点间距λ确定。
[0071]
分别由三角函数模拟器实现，其输出的电流由综合器进行综合，构成一个格网细胞的模拟器。
[0072]
二、仿生稀疏分布式编码构建
[0073]
如图2所示，经过以上建模，通过调节(x0,y0)，λ，θ等值，构建多个格网细胞模拟器，可以实现任意初始相位、任意方向和任意相邻点之间间距的等边三角形格网的构建。相应的，每个参数(x0,y0)，λ，θ有变化了，就需要新增3个相应的三角函数模拟器，一个综合器。为了实现二值化，在综合器的上再连接一个二极管，当综合电流达到一定阈值时，二极管放电，否则二极管就不放电，这整套装置构成一个格网细胞功能模块。
[0074]
假设共有n个格网细胞功能模块，那么对于任意指定的空间位置，如果这个位置正好处在格网细胞的三角形格网的顶点及附近区域，那么这个格网功能模块是能放电的，此格网细胞的放电状态用1表示。如果指定的空间位置不在格网细胞的三角形格网的顶点及附近区域，那么这个格网细胞功能模块一定是处于抑制或非激活状态，可以用0表示。那么n个格网细胞功能模块的全部状态，可以用一个0和1的编码序列来表示，它能与空间位置一一对应，从而实现空间位置的编码。由于空间中一个位置能激活的格网细胞的数量相对于格网细胞总量n是非常少的，因而这个编码序列中的1是相对较少的，也就是这个编码是稀疏的。这个稀疏分布式编码可以为机器人等进行智能空间导航提供基础的数据。
[0075]
为了实现以上稀疏分布式编码，本发明的一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法，具体包括如下：
[0076]
(1)指定编码的维度n，这个n代表用多少个格网细胞功能模块来表征一个地理空间位置，最终地理空间位置被表征为n维0和1组成的向量，代表相应的格网细胞功能模块群的放电状态；
[0077]
(2)指定地理空间范围的长c和宽w，这个长和宽是可以动态调整的；
[0078]
(3)从第一个格网细胞功能模块开始，对每一个格网细胞功能模块i，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，即随机生成一个二维坐标作为三角格网的相位值，这个相位值需要在指定的空间范围之内，即随机生成(x0,y0),其中0《x0《c；0《y0《w；其次，随机生成一个角度，作为格网的方向，即随机生成θ,其中0《θ《60度；再次，确定格网相邻两个顶点之间的距离，这个距离不能太小，太小了会在空间范围内形成致密的等边三角形网络，增加计算量，太大了会无法在空间范围内形成有效覆盖，本发明要求(min(c,w)/n+1)《＝λ《＝max(c,w)，另外，根据神经科学研究的成果，不同格网细胞的相邻格网顶点的距离存在连续增加的现象，因而本研究中不同格网细胞功能模块的相邻格网顶点的距离单调增大，即λ＝(min(c,w)/n+1)*(i+1)，确定顶点间距以后，可以相应的计算出k值。在确定参数(x0,y0)，θ，k以后，按照公式2、3、4的要求分别制作三角函数模拟器，并加装相应的综合器(综合器实现三个模拟器电压或电流的线性加和，即公式1表达的值)，安转二极管(二级管的阈值设置为0)，形成格网细胞的功能模块；
[0079]
(4)把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块，如果格网细胞功能模块二极管放电，那么其编码值为1，如果此格网细胞功能模块在此位置未被激活，那么其编
码值为0；
[0080]
(5)对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。
[0081]
图3所示为本发明的一种基于格网细胞原理的空间位置编码装置，具体包括：
[0082]
表征模块，用于指定编码的维度n，n代表用多少个格网细胞功能模块来表征一个地理空间位置，最终地理空间位置被表征为n维0和1组成的向量，代表相应的格网细胞功能模块群的放电状态；如果格网细胞功能模块二极管放电，那么其编码值为1，如果此格网细胞功能模块在此位置未被激活，那么其编码值为0；
[0083]
指定模块，用于指定地理空间范围的长c和宽w，这个长和宽是可以动态调整的；
[0084]
格网细胞功能模块，用于从第一个格网细胞功能模块开始，对每一个格网细胞功能模块i，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，形成格网细胞的功能模块；
[0085]
其中，构建三角函数模拟器具体包括：随机生成一个二维坐标作为三角格网的相位值，这个相位值需要在指定的空间范围之内，即随机生成(x0,y0),(x0,y0)是三角形格网相位点，其中0《x0《c；0《y0《w；其次，随机生成一个角度，作为格网的方向，即随机生成θ,其中0《θ《60度；再次，确定格网相邻两个顶点之间的距离；在确定参数(x0,y0)，θ，λ以后，按照如下方式制作三角函数模拟器：
[0086]
其数学公式为：
[0087][0088]
其中，(x,y)代表二维平面上的一个点；是互成60度的二维向量；且的模必须相等，为了满足以上条件，提出以下向量来实现对的模拟：
[0089][0090][0091][0092]
其中，k是向量的模，θ是三角格网的方向，k的值为：
[0093][0094]
可见，参数k由等边三角形格网相邻顶点间距λ确定。
[0095]
构成格网细胞的功能模块具体包括：
[0096]
分别由三角函数模拟器实现，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，当综合电流达到一定阈值时，二极管放电，否则二极管就不放电，这整套装置构成一个格网细胞功能模块。
[0097]
空间位置坐标值模块，用于把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块；
[0098]
位置编码模块，用于对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编
码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。
[0099]
本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
[0100]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
[0101]
本领域内的技术人员应明白，本技术实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机存储介质。因此，本技术实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0102]
本技术实施例是参照根据本技术实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0103]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0104]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0105]
本发明提出的方法完全是根据海马体内嗅皮层的格网细胞相关基本原理而构建，具有鲜明的仿生特性。
[0106]
尽管已描述了本技术实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术实施例范围的所有变更和修改。

技术特征：
1.一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法，其特征在于，包括如下步骤：s1，指定编码的维度n，n代表用多少个格网细胞功能模块来表征一个地理空间位置，最终地理空间位置被表征为n维0和1组成的向量，代表相应的格网细胞功能模块群的放电状态；s2，指定地理空间范围的长c和宽w，这个长和宽是可以动态调整的；s3，从第一个格网细胞功能模块开始，对每一个格网细胞功能模块i，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，形成格网细胞的功能模块；其中，构建三角函数模拟器具体包括：随机生成一个二维坐标作为三角格网的相位值，这个相位值需要在指定的空间范围之内，即随机生成(x0,y0),(x0,y0)是三角形格网相位点，其中0<x0<c；0<y0<w；其次，随机生成一个角度，作为格网的方向，即随机生成θ,其中0<θ<60度；再次，确定格网相邻两个顶点之间的距离λ；按照如下方式制作三角函数模拟器：其数学公式为：其中，(x,y)代表二维平面上的一个点；是互成60度的二维向量；s4，把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块，如果格网细胞功能模块二极管放电，那么其编码值为1，如果此格网细胞功能模块二极管在此位置未放电，那么其编码值为0；s5，对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述s3中构建其具有特定参数的三角函数模拟器，还包括：确定格网相邻两个顶点之间的距离λ，这个距离不能太小，太小了会在空间范围内形成致密的等边三角形网络，增加计算量，太大了会无法在空间范围内形成有效覆盖，要求(min(c,w)/n+1)≤λ≤max(c,w)；其中，n是编码的维度，min是求取最小值函数，max是求取最大值函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述构建其具有特定参数的三角函数模拟器，还包括：的模必须相等，为了满足以上条件，提出以下向量来实现对的模拟：的模拟：的模拟：其中，k是向量的模，θ是三角格网的方向，k的值为：可见，参数k由等边三角形格网相邻顶点间距λ确定。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，构成格网细胞的功能模块具体包括：
分别由三角函数模拟器实现，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，当综合电流达到一定阈值时，二极管放电，否则二极管就不放电，这整套装置构成一个格网细胞功能模块。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，不同格网细胞的相邻格网顶点的距离存在连续增加的现象，因而不同格网细胞功能模块的相邻格网顶点的距离单调增大，即λ＝(min(c,w)/n+1)*(i+1)，确定顶点间距λ以后，可以相应的计算出k值。6.一种基于格网细胞原理的空间位置编码装置，其特征在于，所述装置包括：表征模块，用于指定编码的维度n，n代表用多少个格网细胞功能模块来表征一个地理空间位置，最终地理空间位置被表征为n维0和1值组成的向量，代表相应的格网细胞功能模块群的放电状态；如果格网细胞功能模块二极管放电，那么其编码值为1，如果此格网细胞功能模块二极管在此位置未放电，那么其编码值为0；格网细胞功能模块，用于从第一个格网细胞功能模块开始，对每一个格网细胞功能模块i，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，形成格网细胞的功能模块；其中，构建三角函数模拟器具体包括：随机生成一个二维坐标作为三角格网的相位值，这个相位值需要在指定的空间范围之内，即随机生成(x0,y0),(x0,y0)是三角形格网相位点，其中0<x0<c；0<y0<w；其次，随机生成一个角度，作为格网的方向，即随机生成θ,其中0<θ<60度；再次，确定格网相邻两个顶点之间的距离λ；在确定参数(x0,y0)，θ，λ以后，按照如下方式制作三角函数模拟器：其数学公式为：其中，(x,y)代表二维平面上的一个点；是互成60度的二维向量；空间位置坐标值模块，用于把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块；位置编码模块，用于对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，构建其具有特定参数的三角函数模拟器，还包括：确定格网相邻两个顶点之间的距离λ，这个距离不能太小，太小了会在空间范围内形成致密的等边三角形网络，增加计算量，太大了会无法在空间范围内形成有效覆盖，要求(min(c,w)/n+1)≤λ≤max(c,w)，其中，c是地理空间范围的长和w是宽。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，构建其具有特定参数的三角函数模拟器，还包括：的模必须相等，为了满足以上条件，以下向量来实现对的模拟：的模拟：
其中，k是向量的模，θ是三角格网的方向，k的值为：可见，参数k由等边三角形格网相邻顶点间距λ确定。9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，构成格网细胞的功能模块具体包括：分别由三角函数模拟器实现，其输出的电流由综合器进行综合，即公式1表达的值，在综合器上再连接一个二极管，当综合电流达到一定阈值时，二极管放电，否则二极管就不放电，这整套装置构成一个格网细胞功能模块。10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，不同格网细胞的相邻格网顶点的距离存在连续增加的现象，因而不同格网细胞功能模块的相邻格网顶点的距离单调增大，即λ＝(min(c,w)/n+1)*(i+1)，确定顶点间距以后，可以相应的计算出k值，其中c是地理空间范围的长，w是宽，n是编码的维度，min是求取最小值函数，i是格网细胞功能模块的编号。11.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述权利要求1-5任意一项所述的一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法。

技术总结
本发明提供一种基于格网细胞原理的空间位置编码方法及装置。该方法具体包括：S1，指定编码的维度n；S2，指定地理空间范围的长c和宽w；S3，首先需要构建其具有特定参数的三角函数模拟器，形成格网细胞的功能模块；S4，把给定的地理空间位置(x,y)输入格网细胞的功能模块；S5，对n个格网细胞功能模块遍历后，获得此位置的稀疏分布式编码序列，这个编码序列与这个地理空间位置相对应。本发明具有良好的可拓展性，能对新增的位置进行统一编码，克服了现有空间位置稀疏分布式编码空间范围增加，编码维度就得增加的缺点；本发明具有生物智能特性，能对任意分辨率，任意大小的空间位置进行编码。码。码。


技术研发人员：陈祖刚 李国庆 杨腾飞 蔡匡盛 李静
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/21