基于场景感知的传感器管理框架研究与实现
发布时间：2021-08-06 06:49
无人系统在人类生活中发挥着越来越重要的作用,无人系统上搭载的各类传感器是无人系统获取外界信息的主要途径,如何管理、协调各类传感器是提高无人系统工作效率和鲁棒性的关键。不同的传感器都有各自适应的工作环境,当环境变化时传感器会效率低下甚至失效,比如RGB传感器无法在黑暗的环境下工作。因此在不同环境下,传感器提供的信息量和可靠程度会有差异。为了解决上述问题,首先,本文提出了一种基于类的传感器管理框架,对目前无人系统上普遍搭载的传感器进行分类,并赋予角色。无人系统通过框架来管理众多传感器的信息,管理各类传感器的属性,根据传感器类管理（提供接口,供不同型号传感器快速更换、配置）无人系统上搭载的所有传感器。其次,本文提出了一种基于RGB通道的场景感知方法,和一种基于该方法的传感器组选择机制。RGB通道场景感知方法可以通过分析所获取图像RGB通道值来检测不同的场景。机制分为三个模块,场景感知模块对场景进行感知,传感器选择模块根据感知结果快速选取、协调、搭配各种传感器,形成传感器选择决策;传感器启动模块根据以上决策对传感器的能力进行匹配,开启或关闭相关传感器。最后,为了对以上框架和机制进行验证,我们实...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应用分类[4]
国防科技大学研究生院硕士学位论文第二章相关技术研究上一章介绍了课题的背景、研究目标和内容，本章节将介绍与课题密切相关的一些重要技术，包括机器人操作系统、传感器分类、主流传感器管理框架、机器人场景感知研究现状。2.1机器人操作系统ROSROS的全名是RobotOperatingSystem，即机器人操作系统。虽然后缀中有“操作系统”，但它不是独立的操作系统，而要依附于宿主系统上。ROS实际上是一组用于在PC上进行机器人开发的机制。ROS旨在简化机器人开发的软件成本、提高代码可重用性和模块标准化。机器人操作系统有很多，各有特色。但是，这些操作系统大部分相对封闭，各成体系，之间没有联系，没有在学术界和产业界造成影响。ROS最初是作为科研辅助工具由斯坦福大学开发的，ROS有极大的开放性和包容性，它能兼容其它机器人开发工具、仿真工具和操作系统，使之融为一体。ROS也为常用的一些传感器提供了模块支持。图2.1消息发布与订阅提到ROS就不得不说ROS的订阅发布机制，如图2.1所示，节点（node）是主要的计算执行进程。是ROS中很重要的概念，它实际上是一个可执行文件，不同节点的通信方式包括主题（topic）和服务（service）[15]。每条消息必须具有一个主题（Topic）名称来被ROS网络路由。是节点间用来传输数据的总线。每一条消息都要发布到相应的主题。节点通过对某个主题的订阅从其他节点接收消息。节点可以订阅主题，而无需该节点同时发布该主题，发布者和订阅者之间相互解耦，无需知道对方的存在。主题名字是唯一的，否则同名主题之间的消息路由将产生错误。可以用不同的节点发布同样的主题。这种机制支持传感器之间的消息传递，因此将ROS作为支撑本课题研究的开发平台，可以快速的重用已有的ROS包进行进一步的研究和开发。第9页
国防科技大学研究生院硕士学位论文2.2传感器分类无人机是飞行的“传感器”。如果没有各种传感器控制飞行、机身稳定性、导航方向、捕捉视频，无人机的稳定飞行以及信息收集功能都无法实现[16]。许多无人系统装载有各种类型的传感器。目前，这些无人系统正开始渗透到物流、航空拍摄、农业植物保护、环保保护检测、电路检修等多领域，如表2.1所示。表2.1无人系统的多领域应用应用场景简要描述监控自然灾害森林防火、防汛防旱，快速、及时、准确地收集信息，为决策提供科学依据快速搜救无人系统运用红外传感器辅助从灭火到废墟或雪崩寻人的搜救行到视频拍摄利用无人系统捕捉优美画面和拍摄角度地理信息三维测量对地理信息三维建模、拍照、勘察UAV（无人机）像人一样，需要感知外界环境，所以就需要眼睛、耳朵等。这种类型的传感器称为环境感知传感器。包括声学传感器（声纳），光传感器（激光雷达、红外雷达、单目/立体视觉传感器）。UAV在感知并获取环境信息时，需要知道自己是在什么地点、以什么动作或姿势获得的。这些传感器称为位姿估计传感器，包括光、流量、惯性（陀螺仪、加速度传感器）、平移/旋转传感器（GNSS、磁力计）。有些传感器能够同时用于环境感知和位姿估计，称为公共传感器[3]。传感器的分类有助于架构管理传感器，传感器不再是代表自己的个体，而是根据自身的特点和功能分门别类，这样可以极大的提高传感器的使用效率和管理效率。目前的传感器分类方式如图2.2所示,此分类将无人系统的传感器分为三类，分别是环境感知传感器、公共传感器、位姿传感器。图2.2传感器分类第10页
本文编号：3325292
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
应用分类[4]
国防科技大学研究生院硕士学位论文第二章相关技术研究上一章介绍了课题的背景、研究目标和内容，本章节将介绍与课题密切相关的一些重要技术，包括机器人操作系统、传感器分类、主流传感器管理框架、机器人场景感知研究现状。2.1机器人操作系统ROSROS的全名是RobotOperatingSystem，即机器人操作系统。虽然后缀中有“操作系统”，但它不是独立的操作系统，而要依附于宿主系统上。ROS实际上是一组用于在PC上进行机器人开发的机制。ROS旨在简化机器人开发的软件成本、提高代码可重用性和模块标准化。机器人操作系统有很多，各有特色。但是，这些操作系统大部分相对封闭，各成体系，之间没有联系，没有在学术界和产业界造成影响。ROS最初是作为科研辅助工具由斯坦福大学开发的，ROS有极大的开放性和包容性，它能兼容其它机器人开发工具、仿真工具和操作系统，使之融为一体。ROS也为常用的一些传感器提供了模块支持。图2.1消息发布与订阅提到ROS就不得不说ROS的订阅发布机制，如图2.1所示，节点（node）是主要的计算执行进程。是ROS中很重要的概念，它实际上是一个可执行文件，不同节点的通信方式包括主题（topic）和服务（service）[15]。每条消息必须具有一个主题（Topic）名称来被ROS网络路由。是节点间用来传输数据的总线。每一条消息都要发布到相应的主题。节点通过对某个主题的订阅从其他节点接收消息。节点可以订阅主题，而无需该节点同时发布该主题，发布者和订阅者之间相互解耦，无需知道对方的存在。主题名字是唯一的，否则同名主题之间的消息路由将产生错误。可以用不同的节点发布同样的主题。这种机制支持传感器之间的消息传递，因此将ROS作为支撑本课题研究的开发平台，可以快速的重用已有的ROS包进行进一步的研究和开发。第9页
国防科技大学研究生院硕士学位论文2.2传感器分类无人机是飞行的“传感器”。如果没有各种传感器控制飞行、机身稳定性、导航方向、捕捉视频，无人机的稳定飞行以及信息收集功能都无法实现[16]。许多无人系统装载有各种类型的传感器。目前，这些无人系统正开始渗透到物流、航空拍摄、农业植物保护、环保保护检测、电路检修等多领域，如表2.1所示。表2.1无人系统的多领域应用应用场景简要描述监控自然灾害森林防火、防汛防旱，快速、及时、准确地收集信息，为决策提供科学依据快速搜救无人系统运用红外传感器辅助从灭火到废墟或雪崩寻人的搜救行到视频拍摄利用无人系统捕捉优美画面和拍摄角度地理信息三维测量对地理信息三维建模、拍照、勘察UAV（无人机）像人一样，需要感知外界环境，所以就需要眼睛、耳朵等。这种类型的传感器称为环境感知传感器。包括声学传感器（声纳），光传感器（激光雷达、红外雷达、单目/立体视觉传感器）。UAV在感知并获取环境信息时，需要知道自己是在什么地点、以什么动作或姿势获得的。这些传感器称为位姿估计传感器，包括光、流量、惯性（陀螺仪、加速度传感器）、平移/旋转传感器（GNSS、磁力计）。有些传感器能够同时用于环境感知和位姿估计，称为公共传感器[3]。传感器的分类有助于架构管理传感器，传感器不再是代表自己的个体，而是根据自身的特点和功能分门别类，这样可以极大的提高传感器的使用效率和管理效率。目前的传感器分类方式如图2.2所示,此分类将无人系统的传感器分为三类，分别是环境感知传感器、公共传感器、位姿传感器。图2.2传感器分类第10页
本文编号：3325292
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