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

1、隨著人類對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)勢逐漸成為各國重點研究對象。本文AUV使命以海洋地形勘察使命為例,在語義知識框架基礎(chǔ)之上,針對AUV環(huán)境感知系統(tǒng)設(shè)計、多AUV群體協(xié)同體系結(jié)構(gòu)設(shè)計及語義知識框架設(shè)計等內(nèi)容開展深入研究,并構(gòu)建仿真平臺模擬驗證語義知識框架的可行性。
　　本文主要開展了以下方面的研究工作:
　　首先,通過對經(jīng)典單AUV控制體系結(jié)構(gòu)的對比分析,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)計方案,并對混合式體系結(jié)構(gòu)內(nèi)部模塊進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計;在多AUV系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計上采用分層式設(shè)計方案。
　　其次,針對AUV對環(huán)境感知與狀態(tài)監(jiān)測的需要,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,并通過常用的環(huán)境建模方法對比分析,提出面向地形勘察使命的AUV環(huán)境柵格模型。
　　再次,基于本體理論和語義知識框架的設(shè)計原理,提出面向AUV及其地形勘察使命的本體、語義關(guān)系

3、定義,建立AUV地形勘察使命的語義知識框架結(jié)構(gòu),設(shè)計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軟件開發(fā)平臺構(gòu)建多AUV多區(qū)域協(xié)同地形勘察使命控制仿真平臺。通過仿真平臺設(shè)置使命并完成AUV參數(shù)初始化,分別對多AUV多區(qū)域地形勘察使命控制過程、基于優(yōu)先級的事件響應(yīng)與處理過程、多AUV協(xié)同控制過程等加以仿真實驗與驗證。結(jié)果表明:面向地形勘察使命,

4、本文在語義知識框架理論基礎(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,語義知識框架已經(jīng)在AUV領(lǐng)域得到應(yīng)用。例如,AUV作業(yè)過程中推進(jìn)器被水藻、漁網(wǎng)纏繞不能正常運行。AUV可通過語義知識框架的匹配推理對AUV故障定位以及對故障事件進(jìn)行響應(yīng)與處理。未來,語義知識框架在AUV中的應(yīng)用有待向更深