未知环境中移动机器人的环境探索与地图构建

研究了未知环境中移动机器人同时进行环境探索和地图构建问题.基于实时获取的激光传感器数据,设计了具有避障功能的环境探索策略,并对候选观测点的产生和评估方法进行了改进,使选择出的候选点能同时兼顾信息增益的最大化与环境信息的完整性,保证了环境探索的连续性和遍历性.在环境探索基础上,提出了以增长神经气网络的网络节点作为拓扑网络节点的环境地图模型,该模型利用神经气网络的增长特性,通过不断增加新的拓扑网络节点来对机器人周围未知环境的整体性知识进行抽取与表达,构建出了易于机器人理解的环境地图.仿真试验验证了本文所提方法的有效性.     

基于环境剖分的层次拓扑地图及路径规划

针对基于拓扑地图的移动机器人路径规划问题,提出一种层次拓扑地图及相应的路径规划方法——边界方位法。层次拓扑地图分为剖分层和边界层,剖分层以环境剖分为拓扑节点,边界层以剖分的边界为拓扑节点。边界方位法首先在剖分层生成由剖分构成的路径序列,再将边界层转化为由边界构成的路径序列,最后根据机器人当前位置及边界之间的方位荚系实时生成实际路径。由于定义了边界之间的方位关系,使得机器人能够根据边界序列路径中的下一边界与当前边界的方位关系确定当前的运动方向,从而实现了实际路径的优化。理论分析和仿真实验均表明,该方法在增加少量存储信息的基础上,获得了较好的路径规划效果。     

移动机器人未知环境自主探测的一种高效算法

针对未知环境中移动机器人自主探测的效率问题,提出了一种拓扑结合几何的自主探测算法.以保证机器人安全为前提,在拓扑和几何两个层面上选择机器人的观测点,从而达到提高探测效率的目的.为了对观测点进行评估,提出了一种新颖的路径规划高效算法.仿真实验结果表明,该算法不仅显著提高了未知环境下机器人自主探测的效率,而且具有很高的计算实时性.     

大环境下拓扑化栅格地图的多峰定位研究

通过对室内移动机器人定位研究发现,粒子滤波定位算法在较大的环境下效率低而且定位不准确。为了解决这个问题,提出一种基于拓扑化栅格地图的多峰粒子滤波定位方法。根据室内环境的特征不同,将栅格地图中的不同区域划分为若干拓扑节点。拓扑化栅格地图可以将地图的信息表现得更加简洁。通过对地图中不同的节点进行一次预匹配,来加快机器人定位的效率和准确性,同时为了消弭相似节点带来的影响,最后通过多峰粒子滤波的方法完成机器人的定位。实验结果证明该方法可以有效解决大环境中机器人定位不准确和效率低下等问题,可以帮助机器人实现大环境中的准确而快速定位。     

基于混合密度的改进逆向D*算法在机器人未知环境导航中的应用

智能机器人在现代社会中应用越来越广泛。未知环境中移动机器人只具有较少的先验知识,其导航涉及对环境的认知,对导航决策的优化,还有知识的表示与获取等方面。在未知环境下运行,需要合理的解决环境建模和全局规划所必需的大计算量与智能机器人实时控制之间的矛盾。为了提高路径规划效率,本文进行了逆向D*路径规划算法[1]的分析和改进。利用激光测距仪LMS511感知复杂环境信息,建立实时局部栅格地图。采用改进的逆向D*算法,以滚动方式规划出中间目标节点到达当前位置的局部路径。机器人沿着局部路径行驶到这个中间目标节点后,再搜索下一个中间目标节点,滚动进行规划。直至机器人达到最终目标节点。在未到达中间目标节点的移动过程中遇到未知动态障碍机器人会实时重新规划,实现未知环境的自主安全运动。用C++在VS2010上测试算法并实际应用到机器人的实地测试。结果统计分析表明该方法具有可行性、有效性和实时性,规划效率明显提升。     

基于混合模型的移动机器人同时定位与环境建模

提出一种基于混合地图模型的融合声纳传感器观测信息与里程计信息的同时定位与环境建模(SLAM)方法.该方法用混合模型即栅格地图模型和直线特征地图模型表示环境地图.首先,采用三区域声纳模型以及贝叶斯法则构建栅格地图,并通过在空间和时间上融合不同时刻多个声纳传感器的信息提高地图精度.然后,引入霍夫变换提取直线特征,创建直线特征地图,并通过比较地图中直线段的方向相似性、共线性与交叠性,确定全局与局部地图是否匹配.最后,利用直线特征以及扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过状态预测、观测预测、位姿更新3个阶段估计出机器人更新的位姿信息,校正构建的地图模型,从而实现机器人的同时定位与环境地图构建.仿真实验和真实环境实验验证了该算法的可行性与有效性.     

战术移动点对点Ad-Hoc作战单元拓扑重构

由于建筑物或地形遮挡等因素,分布式地面战术移动点对点Ad-Hoc作战单元节点脱网时有发生,造成网络分裂,作战任务不能很好地遂行.为此,提出采用拓扑机器人来监视网络拓扑,拓扑机器人节点周期性发送拓扑探测消息收集网络拓扑状态,计算网络节点重要性,调整重要度最小的拓扑机器人节点,优化和重构当前拓扑,提高抗毁性.结合数值计算与网络仿真,验证拓扑机器人带来的网络抗毁性的提升.结果表明采取拓扑机器人来优化拓扑,可以有效地提高网络的抗毁性.     

未知拓扑无线自组网络多节点干扰决策算法

为满足战场环境下无线自组网络通信拒止的干扰需求,提出了一种未知拓扑无线自组网络多节点干扰决策算法(CUCB)。首先,根据战场无线自组网络结构特点构建泊松点过程(PPP)网络模型,并利用其模拟网络中数据流传输过程;其次,随机对PPP网络中多个节点进行干扰,通过监听确认帧信息或侦察节点活跃度判断阻断网络流数,根据干扰结果构造节点相关性矩阵;最后,利用强化学习与环境实时交互的特点,在干扰过程中不断更新节点相关性矩阵并将其用于后续节点选择。所提算法无需获悉目标网络拓扑结构、节点重要性等先验信息,仅以阻断网络流数目或节点活跃性作为奖赏标准,适用网络类型更为广泛。仿真结果表明,对不同参数下的无线自组网络进行干扰,所提算法在鲁棒性方面优于现有算法,在累积阻断网络流数量方面比联合利用探索算法提高了27.1%。     

动态家庭环境智能空间服务机器人全息建图方法

 针对家庭服务机器人工作的复杂动态环境,结合智能空间和机器人二者优势,提出了一种融合环境及其中目标资源分布的家庭智能空间全息地图构建方法。基于Rao-Blackwellized粒子滤波思想,根据建图初期机器人及其感知的全局空间特征点位置完成智能空间传感器网络节点的位姿参数标定,利用已标定传感器网络的观测值和机器人控制量进行机器人位姿估计,同时根据机器人位姿及其观测值进行全息建图。针对建图过程中及建图后的环境和目标变动,设计了基于智能空间监测的全息地图动态更新策略。实验表明,智能空间传感器网络有效地解决了建图中的动态数据关联问题,由其辅助的机器人定位和建图精度明显提高。     

未知环境下机器人定位与运动目标侦测

提出了一种基于扫描点匹配的未知环境下机器人定位与运动物体侦测方法.该方法利用同一性检验原则完成扫描点类型判断,有效减小由环境运动物体引起的机器人定位误差,提高了动态环境下机器人同时定位与地图构建的准确性.该方法的引入提高了基于扫描点匹配的 SLAM 方法在实际环境中的应用价值,同时拓展了传统SLAM 的研究和应用范围,使之可以与目标跟踪方法相结合.通过实体机器人实验证明了该方法的有效性.     

动态环境下基于GNG网络的拓扑地图创建

动态障碍物的存在导致产生不一致的环境地图,为此设计了一种新的拓扑地图创建方法。该方法首先通过概率方法过滤运动障碍物的干扰信息,获得环境可行区域信息,再将可行区域信息作为GNG算法的输入空间,通过学习与不断增加新的拓扑节点,创建一致的环境拓扑地图。该方法具有自学习、自适应等特点。通过仿真与物理实验验证了其可行性与有效性。     

贝叶斯诊断网络平台的开发与实现

针对贝叶斯诊断网络在实际应用时需要对具体对象建立相应诊断网络的问题,开发了一个贝叶斯诊断网络平台.重点讨论了网络的数字化、网络拓扑顺序的确定和赌轮选择等平台实现的3个关键问题.采用数字形式来描述网络的拓扑模型,刻画了网络的全部信息.节点间的关系则用关系矩阵简洁、直观地予以表达,并据此确定网络的拓扑顺序.利用赌轮的选择功能,实现了网络节点状态的实例化.该平台简单易用,为网络的建立和推理提供了一个有效、便利、通用的运行环境.利用该平台为天津石化炼油厂的一台烟机建立了贝叶斯诊断网络,实例表明,该平台能够用于贝叶斯诊断网络的构建和推理,也为贝叶斯诊断网络的工程应用提供了一个有力的工具.     

一种复合的自治域级拓扑发现方法

随着网络技术的发展,面对新的挑战,传统网络逐渐力不从心,软件定义网络（software-defined network, SDN）领衔的未来网络应运而生,随之而来的是各类网络测量技术纷纷针对未来网络发生演变,但拓扑结构测量在传统网络环境下的作用仍然不可忽视。在自治域级的网络拓扑中,每个自治域都可以简化为一个点,而用两点之间的连线表示自治域间的邻接关系。近年来有许多相关的研究展示了不同的拓扑发现算法。提出了一种简单高效的方法来推断自治域级的拓扑,利用在网络中部署高速采集器采集边界网关协议（border gateway protocol,BGP）路由器上的路由表以及BGP协议的更新信息来推断网络拓扑结构,并判定自治域的相关属性。实验证明了该方法能够达到预期效果,全面、准确地推断网络在自治域级的拓扑结构。     

BBS用户回复网络的演化模型研究

结合复杂网络理论,首先利用获取的真实BBS论坛数据信息构建有向BBS用户回复网络,并分析日增节点数、日增边数、新用户发表原帖数、新用户获得回帖数、节点择优选择概率等的演化规律.其次,提出新的网络构造模型,并进行数据仿真.仿真结果表明,仿真网络的网络结构熵、度分布的演化规律与真实网络基本吻合,在一定程度上能够证明研究方法的正确性,也能解释真实BBS网络的演化规律,具有一定的现实意义.     

多radio无线mesh网络跨层路由协议

与传统的无线多跳网络不同,多radio无线mesh网络的路由器是固定的,节点具有异构性。提出一种协作的异构多radio无线mesh系统路由设计模型,该路由协议模型按路由发现过程,分4个子模块,分别为半同步式邻居发现机制r、adio异构刻画的路由metric、分层的信息发布模型、满足业务需求的路由算法。该路由协议模型对多radio的异构性进行了刻画,采用分层协作方式共享网络拓扑信息。实验证明这种适应异构无线环境的跨层路由设计方案比传统方案更符合用户需求。     

基于多Agent系统的动态网络系统拓扑结构故障诊断方法

动态网络系统拓扑结构异常与故障呈对应关系,在拓扑结构不确定时,通过自组织算法能准确地实现动态网络拓扑结构的识别,是实现故障诊断的一种有效途径.提出了一种基于多Agent系统原理的动态网络系统拓扑结构识别方法,建立了故障诊断系统结构模型,提出了一种具有容错协调机制的邻居Agent搜索算法.以16节点动态网络系统为对象进行了仿真分析.结果证明,该方法能够有效地识别动态网络系统拓扑结构.     

复杂网络中基于反应式的危险抑制方法

复杂网络中的危险传播行为依赖于网络拓扑结构和节点的动态特性.网络拓扑结构与危险传播的动力学机制是分离的,因此需要结合节点的动态信息来分析网络中的危险传播机理.本文针对该问题提出一种复杂网络中基于反应式的危险抑制方法,该方法主要针对节点当前的感染模式,采取相应的免疫策略进行防护.通过仿真实验表明,本文提出的免疫策略可以更加有效地抑制复杂网络中的危险传播.     

2个时滞复杂动态网络的广义同步

针对2个不同节点和不同拓扑结构的时滞复杂动态网络,研究2个网络之间的广义同步问题.基于驱动-响应同步策略,对其中的一个网络施加控制,运用连续系统的Lyapunov稳定性分析方法,得到相应的广义同步判据.以某产品的生产者和该产品的消费者作为2个网络的动态节点,验证方法有效性.结果表明,通过设计满足广义同步判据的控制器,可以实现2个不同网络之间的广义同步.