面向服務(wù)任務(wù)的智能空間支持技術(shù)研究與實現(xiàn).pdf

1、智能空間是一種集成多種感知、決策、執(zhí)行和控制設(shè)備的復雜系統(tǒng)，各種設(shè)備之間通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實現(xiàn)信息交換，進而協(xié)作地完成服務(wù)任務(wù)。近年來提出的服務(wù)機器人智能空間將智能空間與服務(wù)機器人相結(jié)合，擴展了服務(wù)機器人的感知和決策能力。同時，服務(wù)機器人作為智能空間中可移動的感知和執(zhí)行設(shè)備，也豐富了智能空間的信息感知和服務(wù)執(zhí)行功能。智能空間的服務(wù)支持技術(shù)，是為智能空間完成服務(wù)任務(wù)所提供的支撐技術(shù)，是智能空間完成服務(wù)任務(wù)所必需的若干傳感、通訊、決策、控制等技術(shù)

2、的集合，是支持智能空間穩(wěn)定、高效、準確地完成服務(wù)任務(wù)的基礎(chǔ)和保證。本文面向智能空間的服務(wù)任務(wù)要求，針對智能空間服務(wù)支持技術(shù)的具體實現(xiàn)和其中的共性關(guān)鍵問題進行了研究。主要工作如下：
　　 ⑴面向智能空間的分布式智能設(shè)備控制任務(wù)要求，實現(xiàn)了基于ZigBee的智能空間無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)。在分析智能空間異構(gòu)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，提出了基于樹狀拓撲結(jié)構(gòu)的ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)整體設(shè)計方案。基于CC2430無線單片機完成了無線傳感執(zhí)行網(wǎng)

3、絡(luò)通信節(jié)點和傳感執(zhí)行器節(jié)點的硬件設(shè)計，節(jié)點硬件的模塊化設(shè)計降低了系統(tǒng)的復雜性。基于Z-Stack軟件協(xié)議棧設(shè)計了ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能空間的高層決策和控制系統(tǒng)與低層傳感和執(zhí)行設(shè)備的無縫銜接。網(wǎng)絡(luò)通信性能測試表明該ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)能夠滿足分布式智能設(shè)備控制任務(wù)要求。
　　 ⑵面向智能空間低成本目標定位任務(wù)要求，在ZigBee無線傳感執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于CC2431的定位系統(tǒng)，詳細介紹

4、了定位系統(tǒng)的工作過程和命令信息格式，比較了不同應用環(huán)境和參考節(jié)點密度條件下的定位精度，討論了影響定位系統(tǒng)定位精度的主要因素。在分析無線信號傳播模型的基礎(chǔ)上，證明了環(huán)境參數(shù)動態(tài)變化是影響RSSI定位精度的主要因素，并提出了一種環(huán)境參數(shù)自適應的RSSI定位算法。該算法避免了環(huán)境參數(shù)的估計，減少了環(huán)境參數(shù)動態(tài)變化對定位精度的影響，與CC2431定位系統(tǒng)相比定位精度提高了約30％。進一步，針對發(fā)射信號功率和路徑損耗指數(shù)動態(tài)變化對RSSI定位精度

5、的影響，將RSSI定位問題轉(zhuǎn)化為非線性方程組的參數(shù)向量估計問題，提出了基于UKF的目標位置和信道參數(shù)同時估計算法，與CC2431定位系統(tǒng)相比定位精度提高了近50％。
　　 ⑶面向智能空間中基于RFID的物品定位任務(wù)要求，針對RFID在應用中難以確定標簽與天線的相對位置這一問題，提出了一種RFID標簽定位算法。首先建立了一種多功率RFID標簽識別率模型，統(tǒng)計得到多功率條件下RFID標簽的識別率上下界，將多功率下的RFID標簽定位問

6、題轉(zhuǎn)化為不確定信息融合問題。將單功率貝葉斯估計結(jié)果用于構(gòu)造基本信度賦值函數(shù)，對多功率下的RFID標簽定位信息采用DSm廣義融合機進行信息融合，進而將融合結(jié)果用于識別范圍內(nèi)的隨機粒子加權(quán)估計RFID標簽位置。實驗結(jié)果表明，該RFID標簽定位算法能夠穩(wěn)定收斂到較高定位精度，能夠滿足物品定位的要求。
　　 ⑷面向服務(wù)任務(wù)中的平穩(wěn)運動要求，提出了智能空間中基于Bezier曲線的服務(wù)機器人平滑路徑規(guī)劃算法。首先使用Voronoi圖獲得Be