無人系統(tǒng)在人類生活中發(fā)揮著越來越重要的作用,無人系統(tǒng)上搭載的各類傳感器是無人系統(tǒng)獲取外界信息的主要途徑,如何管理、協(xié)調(diào)各類傳感器是提高無人系統(tǒng)工作效率和魯棒性的關(guān)鍵。不同的傳感器都有各自適應(yīng)的工作環(huán)境,當(dāng)環(huán)境變化時(shí)傳感器會效率低下甚至失效,比如RGB傳感器無法在黑暗的環(huán)境下工作。因此在不同環(huán)境下,傳感器提供的信息量和可靠程度會有差異。為了解決上述問題,首先,本文提出了一種基于類的傳感器管理框架,對目前無人系統(tǒng)上普遍搭載的傳感器進(jìn)行分類,并賦予角色。無人系統(tǒng)通過框架來管理眾多傳感器的信息,管理各類傳感器的屬性,根據(jù)傳感器類管理（提供接口,供不同型號傳感器快速更換、配置）無人系統(tǒng)上搭載的所有傳感器。其次,本文提出了一種基于RGB通道的場景感知方法,和一種基于該方法的傳感器組選擇機(jī)制。RGB通道場景感知方法可以通過分析所獲取圖像RGB通道值來檢測不同的場景。機(jī)制分為三個(gè)模塊,場景感知模塊對場景進(jìn)行感知,傳感器選擇模塊根據(jù)感知結(jié)果快速選取、協(xié)調(diào)、搭配各種傳感器,形成傳感器選擇決策;傳感器啟動模塊根據(jù)以上決策對傳感器的能力進(jìn)行匹配,開啟或關(guān)閉相關(guān)傳感器。最后,為了對以上框架和機(jī)制進(jìn)行驗(yàn)證,我們實(shí)... 

【文章來源】：國防科技大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

應(yīng)用分類[4]

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文第二章相關(guān)技術(shù)研究上一章介紹了課題的背景、研究目標(biāo)和內(nèi)容，本章節(jié)將介紹與課題密切相關(guān)的一些重要技術(shù)，包括機(jī)器人操作系統(tǒng)、傳感器分類、主流傳感器管理框架、機(jī)器人場景感知研究現(xiàn)狀。2.1機(jī)器人操作系統(tǒng)ROSROS的全名是RobotOperatingSystem，即機(jī)器人操作系統(tǒng)。雖然后綴中有“操作系統(tǒng)”，但它不是獨(dú)立的操作系統(tǒng)，而要依附于宿主系統(tǒng)上。ROS實(shí)際上是一組用于在PC上進(jìn)行機(jī)器人開發(fā)的機(jī)制。ROS旨在簡化機(jī)器人開發(fā)的軟件成本、提高代碼可重用性和模塊標(biāo)準(zhǔn)化。機(jī)器人操作系統(tǒng)有很多，各有特色。但是，這些操作系統(tǒng)大部分相對封閉，各成體系，之間沒有聯(lián)系，沒有在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界造成影響。ROS最初是作為科研輔助工具由斯坦福大學(xué)開發(fā)的，ROS有極大的開放性和包容性，它能兼容其它機(jī)器人開發(fā)工具、仿真工具和操作系統(tǒng)，使之融為一體。ROS也為常用的一些傳感器提供了模塊支持。圖2.1消息發(fā)布與訂閱提到ROS就不得不說ROS的訂閱發(fā)布機(jī)制，如圖2.1所示，節(jié)點(diǎn)（node）是主要的計(jì)算執(zhí)行進(jìn)程。是ROS中很重要的概念，它實(shí)際上是一個(gè)可執(zhí)行文件，不同節(jié)點(diǎn)的通信方式包括主題（topic）和服務(wù)（service）[15]。每條消息必須具有一個(gè)主題（Topic）名稱來被ROS網(wǎng)絡(luò)路由。是節(jié)點(diǎn)間用來傳輸數(shù)據(jù)的總線。每一條消息都要發(fā)布到相應(yīng)的主題。節(jié)點(diǎn)通過對某個(gè)主題的訂閱從其他節(jié)點(diǎn)接收消息。節(jié)點(diǎn)可以訂閱主題，而無需該節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)布該主題，發(fā)布者和訂閱者之間相互解耦，無需知道對方的存在。主題名字是唯一的，否則同名主題之間的消息路由將產(chǎn)生錯(cuò)誤�？梢杂貌煌墓�(jié)點(diǎn)發(fā)布同樣的主題。這種機(jī)制支持傳感器之間的消息傳遞，因此將ROS作為支撐本課題研究的開發(fā)平臺，可以快速的重用已有的ROS包進(jìn)行進(jìn)一步的研究和開發(fā)。第9頁

國防科技大學(xué)研究生院碩士學(xué)位論文2.2傳感器分類無人機(jī)是飛行的“傳感器”。如果沒有各種傳感器控制飛行、機(jī)身穩(wěn)定性、導(dǎo)航方向、捕捉視頻，無人機(jī)的穩(wěn)定飛行以及信息收集功能都無法實(shí)現(xiàn)[16]。許多無人系統(tǒng)裝載有各種類型的傳感器。目前，這些無人系統(tǒng)正開始滲透到物流、航空拍攝、農(nóng)業(yè)植物保護(hù)、環(huán)保保護(hù)檢測、電路檢修等多領(lǐng)域，如表2.1所示。表2.1無人系統(tǒng)的多領(lǐng)域應(yīng)用應(yīng)用場景簡要描述監(jiān)控自然災(zāi)害森林防火、防汛防旱，快速、及時(shí)、準(zhǔn)確地收集信息，為決策提供科學(xué)依據(jù)快速搜救無人系統(tǒng)運(yùn)用紅外傳感器輔助從滅火到廢墟或雪崩尋人的搜救行到視頻拍攝利用無人系統(tǒng)捕捉優(yōu)美畫面和拍攝角度地理信息三維測量對地理信息三維建模、拍照、勘察UAV（無人機(jī)）像人一樣，需要感知外界環(huán)境，所以就需要眼睛、耳朵等。這種類型的傳感器稱為環(huán)境感知傳感器。包括聲學(xué)傳感器（聲納），光傳感器（激光雷達(dá)、紅外雷達(dá)、單目/立體視覺傳感器）。UAV在感知并獲取環(huán)境信息時(shí)，需要知道自己是在什么地點(diǎn)、以什么動作或姿勢獲得的。這些傳感器稱為位姿估計(jì)傳感器，包括光、流量、慣性（陀螺儀、加速度傳感器）、平移/旋轉(zhuǎn)傳感器（GNSS、磁力計(jì)）。有些傳感器能夠同時(shí)用于環(huán)境感知和位姿估計(jì)，稱為公共傳感器[3]。傳感器的分類有助于架構(gòu)管理傳感器，傳感器不再是代表自己的個(gè)體，而是根據(jù)自身的特點(diǎn)和功能分門別類，這樣可以極大的提高傳感器的使用效率和管理效率。目前的傳感器分類方式如圖2.2所示,此分類將無人系統(tǒng)的傳感器分為三類，分別是環(huán)境感知傳感器、公共傳感器、位姿傳感器。圖2.2傳感器分類第10頁


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