空地协同技术在机器人领域的应用发展

2018-05-18 17:54:20 root 21

为加强空地协同运行,8月5日,由民航局空管局和中国民航飞行员协会联合举办的空地协同运行研讨会在北京召开。民航局飞标司、民航局空管局和中国民航飞行员协会的相关人员,管制员和飞行员代表参加了研讨会。

  在研讨会上,来自北上广三大区管中心的管制员代表分别介绍了各自区域航班运行情况、繁忙扇区及航段,分析了导致航路拥挤和延误的相关因素。来自国航、东航、南航和海航的飞行员代表提出了在CDM系统运行、陆空通话、管制间隔、雷雨绕飞以及使用跑道等方面存在的疑惑。双方围绕如何通过空地协同使飞行运行更安全、更顺畅,提高航班正常性等话题,就航班运行中遇到的一些问题进行了深入探讨。

  中国民航飞行员协会相关负责人表示,飞行员和管制员坐在一起能有效增进空地双方对各自工作难度的了解与理解。尤其是入夏以来,雷雨天气对于北京、上海和广州等大型枢纽机场运行所造成的影响远比其他机场更为严重。航班不能正常运行,不仅关系到旅客利益,而且给飞行员和管制员增加了安全压力,提高了工作强度。空地协同运行技术研讨可促进飞行员和管制员的相互理解,通过技术研究与合作改进和优化飞行程序、管制指挥等改善飞行运行环境,提高航班正常性。

  中国民航飞行员协会呼吁乘坐民航班机广大旅客,当各类原因航班延误时,也对值勤的飞行机组、机场地面服务人员给予理解。

空地协同也是目前机器人研究的一个热门方向,空地协同可以很好的弥补无人机、移动机器人各自工作时的缺点,移动机器人在地面工作主要存在视野较小,对周围的环境没有一个比较宏观的掌握,而这恰恰是无人机的优点,无人机可以通过携带的传感器大范围的进行环境的感知。而目前使用的多旋翼无人机大多存在工作时间较短,负载较轻等问题,通过与地面移动平台的配合,移动平台可以作为无人机的移动充电平台,实现对无人机的自动充电功能。

早在无人车的全球刚开始研发阶段,遇到在无人车前方无法检测到的区域如何解决时便有人提出使用无人机进行探测的方案,虽然该方案不太符合无人驾驶的发展需求,但也提供了一种新的思路。在沙漠、草地等地方进行无人测绘、探测时由于无人机的工作时间不能满足要求,提出通过地面移动凭条兼具太阳能发电的功能,无人机在电量不足的情况下自动降落在移动平台上进行自主充电。

空地协同的研究具有非常广阔的应用前景,空地协同不单单指一架无人机和一台无人车之间的协同,也可以是多移动平台和多无人机的协同,结合地面无人车辆的群控与无人机的群控,展开空间立体范围的空地多机器人群控研究。

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空地协同组成的多机器人系统,个体成员之间往往存在设计、结构、乃至智能上的差异,不同的配置方案可能会影响到不同的研究体系,系统的规模越大对多机器人之间的协同与通信要求更高。空地协同首先地面机器人与无人机之间的通信时必不可少的,合理的通信方式能够很好的解决多机器人之间的信息同步问题。在实现空地协同中,每个机器人的姿态信息和对整个环境的感知的情况也直接影响整个系统的运行,单个个体对于环境的感知的多信息融合然后是整个系统的多信息融合。图片关键词

可开展的科学研究:

· 空地协同定位与地图构建

多机器人协同定位与环境地图构建(CSLAM),定位与地图构建是实现机器人自主导航的关键,集中体现了移动机器人的感知能力和控制水平。与单个移动机器人定位相比,在复杂的动态环境下,多机器人通过相互协作可以共享、融合并有效利用传感器信息,提高对周围环境感知的全面性和准确性,从而提高了机器人群体的定位与地图构建精度。目前在这方面的研究主要用到卡尔曼滤波算法、扩展卡尔曼滤波算法、蚁群算法等。地面机器人与无人机协作建图过程中,可以采取独立探索、集中建图的方式,单个独立机器人在彼此的测量范围观测时,利用机器人之间的相对观测量计算,然后通过匹配算法来确定局部地图之间是否有重叠,若路标相匹配,则利用该路标信息提高定位与建图的精度。

· 多传感器信息融合研究

多传感器融合技术就像人脑综合处理信息的过程一样,充分的利用多个传感器资源,在空间和时间上的互补与冗余的信息依据算法进行优化组合,产生对观测环境的一致性解释和描述。整套空地协同的多传感器融合有别于之前单一移动机器人上的多传感器融合技术,这里指的多传感器融合是基于两个或多个具有一定智能的自治机器人的基础,机器人之间通过通信实现信息交互,然后通过算法进行匹配、融合、冗余得到整个三维环境的正确描述。

· 空地编队研究

空地机器人编队的研究通常意义上可分为两部分,即机器人的编队的形成控制和机器人队形的保持控制。机器人的编队队形控制指地面机器人与无人机从初始状态运动到指定的几何形态的过程。队形的保持控制指空地机器人组成的队形在向特定目标或指定方向运动的过程中,保持特定的几何形态,同时又要适应环境约束而进行的控制。空地编队需要合理的分配资源(空间和时间),避免机器人之间的资源冲突。空地机器人编队是空地机器人协作的一个全面有效的展示方法。

· 空地协同机器人的动态追捕)

多机器人追捕是研究如何指导一群自主型的机器人相互合作去扑捉一运动的物体(也可以是机器人),多机器人的动态追捕是一个比较新的课题,涉及到多机器人的很多层面,各个层面之间联系起来构成一个完整的系统,是对空地协同的多机器人系统的感知能力、学习能力和动态决策能力的全面的检验。整套系统包括下面几个方面:

1. 地面机器人与无人机对环境的探索

2. 机器人之间的信息共享

3. 机器人的学习

4. 根据所知环境信息决策各个机器人的动作策略

5. 机器人动作冲突消解