基于語(yǔ)義知識(shí)框架的AUVs群體協(xié)同環(huán)境感知與使命控制.pdf

1、隨著人類(lèi)對(duì)海洋重視程度的日益提高,自主水下航行器(AUV)依靠其安全可靠性高、成本低、智能化等優(yōu)勢(shì)逐漸成為各國(guó)重點(diǎn)研究對(duì)象。本文AUV使命以海洋地形勘察使命為例,在語(yǔ)義知識(shí)框架基礎(chǔ)之上,針對(duì)AUV環(huán)境感知系統(tǒng)設(shè)計(jì)、多AUV群體協(xié)同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及語(yǔ)義知識(shí)框架設(shè)計(jì)等內(nèi)容開(kāi)展深入研究,并構(gòu)建仿真平臺(tái)模擬驗(yàn)證語(yǔ)義知識(shí)框架的可行性。
　　本文主要開(kāi)展了以下方面的研究工作:
　　首先,通過(guò)對(duì)經(jīng)典單AUV控制體系結(jié)構(gòu)的對(duì)比分析,提出采用包

2、容式與分層式相結(jié)合的混合式體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,并對(duì)混合式體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì);在多AUV系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用分層式設(shè)計(jì)方案。
　　其次,針對(duì)AUV對(duì)環(huán)境感知與狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需要,將AUV感知系統(tǒng)分為內(nèi)部位姿與狀態(tài)感知模塊、環(huán)境感知模塊、協(xié)同通信模塊,并通過(guò)常用的環(huán)境建模方法對(duì)比分析,提出面向地形勘察使命的AUV環(huán)境柵格模型。
　　再次,基于本體理論和語(yǔ)義知識(shí)框架的設(shè)計(jì)原理,提出面向AUV及其地形勘察使命的本體、語(yǔ)義關(guān)系

3、定義,建立AUV地形勘察使命的語(yǔ)義知識(shí)框架結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)AUV環(huán)境感知與使命控制之間的邏輯關(guān)系,從而達(dá)到提高AUV推理能力和智能化使命控制水平的目標(biāo)。
　　最后,基于Windows系統(tǒng)的Qt軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)構(gòu)建多AUV多區(qū)域協(xié)同地形勘察使命控制仿真平臺(tái)。通過(guò)仿真平臺(tái)設(shè)置使命并完成AUV參數(shù)初始化,分別對(duì)多AUV多區(qū)域地形勘察使命控制過(guò)程、基于優(yōu)先級(jí)的事件響應(yīng)與處理過(guò)程、多AUV協(xié)同控制過(guò)程等加以仿真實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證。結(jié)果表明:面向地形勘察使命,

4、本文在語(yǔ)義知識(shí)框架理論基礎(chǔ)上所建立的AUV使命控制系統(tǒng),能夠滿足地形勘察使命執(zhí)行所需的要求,基于環(huán)境感知信息能夠較好地控制AUV及其群體協(xié)同系統(tǒng)完成對(duì)事件的響應(yīng)、處理與使命控制,使命控制方法有效、可行。
　　目前,語(yǔ)義知識(shí)框架已經(jīng)在AUV領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如,AUV作業(yè)過(guò)程中推進(jìn)器被水藻、漁網(wǎng)纏繞不能正常運(yùn)行。AUV可通過(guò)語(yǔ)義知識(shí)框架的匹配推理對(duì)AUV故障定位以及對(duì)故障事件進(jìn)行響應(yīng)與處理。未來(lái),語(yǔ)義知識(shí)框架在AUV中的應(yīng)用有待向更深