多无人机协同任务规划的仿真系统设计与实现
这是一篇关于无人机,任务规划,仿真系统,算法扩展性,Web,可视化的论文, 主要内容为无人机技术已经成为世界上各国战略目标的重中之重,发展该技术具有及其重要的意义。无人机技术正从单一无人机朝着多无人机群的方向发展,因此研究多无人机协同控制技术显得尤为重要。多机协同任务规划是无人机集群协同作战的重要组成部分,目前关于无人机协同任务规划的研究主要集中在任务分配和路径规划上面,而仿真系统可以为研究任务分配和路径规划算法提供便利,方便算法研究者管理数据和更好地观察算法结果。虽然已有许多无人机算法的仿真系统,但它们存在着一些不足,例如存在跨平台问题,以及算法的扩展性问题等。针对这些不足,本文设计并实现多无人机协同任务规划的仿真系统。首先,本文介绍了该系统在开发过程中使用的一些技术。其次,本文对该系统进行了详细的功能需求分析。再次,本文根据需求分析,对该系统的模块进行设计,该系统分为4大功能模块:用户管理、场景配置、协同任务规划仿真、算法管理,本文对每一个功能模块进行了详细设计。从次,本文单独对算法管理模块中采用的技术和设计进行了深入的说明。最后,根据前文对系统的详细设计实现了该仿真系统,并将该系统与另一个已有的无人机仿真系统进行比较,通过比较说明了本文的系统具有明显的优势。本系统采用B/S架构,前端采用Angular框架,配合使用高德地图JS库。后端使用Rust编程语言开发,使用的Web框架是Rocket,采用了MongoDB数据库,以及Docker技术。本文设计实现的仿真系统,通过浏览器访问并使用,具有跨平台运行的优点。另外,用户可以上传自己的算法到本仿真系统。通过这些功能,用户将数据和算法存放于云端,并能随时随地访问,为用户研究无人机算法提供了方便。因此,本文的仿真系统解决了传统无人机仿真系统的跨平台问题,并且提高了仿真系统的算法扩展性。
基于知识图谱的自主作业插秧机任务规划研究
这是一篇关于自主作业机器人,任务规划,知识图谱,插秧机的论文, 主要内容为我国正处于从机械化农业向智慧农业转变的时期,农业智能机器人作为变革农业生产模式、实现农业强国的重要技术,凭借其作业高效、安全可靠、自主智能等优势逐渐成为各国重点研究对象。任务规划作为农业智能机器人自主执行作业任务的重要技术,在很大程度上标志着农业智能机器人的智能化水平,也是机器人研究的前沿热点。本文面向自主作业插秧机进行任务规划研究,针对其作业与任务规划的需求,开展了任务抽象与表达、基于知识图谱的任务规划系统建模、任务规划实验设计与分析等方面的研究。首先,构建了面向机器人作业需求的知识图谱。针对知识图谱构建,设计了基于三元组的机器人任务知识表示方式,对机器人作业的知识进行提取与表示,构建知识集合。然后依据定义的机器人任务规划概念规约,将机器人作业知识导入数据库,构建了面向机器人任务规划的知识图谱。然后,设计了基于知识图谱的机器人任务规划方法。通过深度优先和活动特征匹配度优先的搜索遍历策略搜索知识图谱,生成全部任务规划解;然后分析初始解中的节点之间的关系,通过设定目标优化策略进行统筹优化,从而获得最优规划解。并通过送水任务对比实验以及基于知识图谱的机器人任务规划拓展实验验证了方法的有效性。最后,针对插秧机自主作业,构建了插秧机作业知识图谱。收集和整理插秧机作业知识并表示为三元组结构的知识集合,构建了自主作业插秧机知识图谱,并开展了自主作业插秧机任务规划仿真实验,实验结果表明,知识图谱能够快速构建从任务开始到任务结束的所有可行序列,并且能够生成最优任务规划方案,结果符合实际作业需求。本文将知识图谱技术与机器人任务规划相结合,并应用在自主作业插秧机任务规划中,提高了机器人表征和存储任务作业知识的能力,能够有效的将原子任务知识形成机器人可以理解的上下文信息,并以网络化的形式表达,使得机器人任务规划具备与人类似的联想分析能力,提高了机器人智能化水平。
面向空间站全舱段照料的空间机械臂运动规划系统研制
这是一篇关于空间机械臂,构型优化,任务规划,D*算法的论文, 主要内容为空间站在轨运营寿命将超过十年,舱外照料维护工作在所难免。由于太空环境复杂恶劣,空间机械臂执行舱段照料维护工作更具安全性与经济性。舱外照料点分布空间站全舱段,机械臂执行任务时需多次切换适配器进行大范围爬行转移,其运动轨迹生成是任务规划的关键问题。目前机械臂爬行转移轨迹生成方式为地面操控人员依据经验选择适配器切换序列与子任务轨迹,该过程操作难度大、技术要求高、人力成本高,生成的运动轨迹缺乏科学性。因此面向空间站全舱段照料任务开展机械臂运动轨迹自主生成方法研究,研制面向空间站全舱段照料的空间机械臂运动规划系统对我国空间站长期可靠运行具有重要的现实意义与工程价值。本文针对空间机械臂照料构型优选策略、多适配器切换序列优选策略、相邻适配器间任务规划方法等开展研究,具体研究内容如下:首先,开展面向空间站全舱段照料的空间机械臂运动规划系统分析与设计。分析机械臂执行舱段照料任务的运动过程,将其抽象为两个阶段,即机械臂照料构型优选和机械臂多适配器切换路径优选;分析空间机械臂运动规划系统的功能需求和性能需求,确定系统的定位、功能与目标;基于上述分析设计系统总体架构与各个功能模块架构,为后续研制面向空间站全舱段照料的空间机械臂运动规划系统提供设计依据。其次,针对照料点位姿固定时机械臂照料构型与适配器不唯一的问题,研究空间机械臂照料构型优选策略。基于舱段照料任务类型分析,建立机械臂照料构型优选的性能评价指标;针对照料点位姿固定的约束条件,将照料构型优选问题转化为机械臂零空间构型优化问题,建立优化模型;基于NSGA-Ⅱ算法设计空间机械臂构型优策略,解决机械臂适配器与基准构型未知且算法容易陷入局部最优的问题,实现空间机械臂最优照料构型优选以及适配器优选。再次,为实现机械臂从初始构型经过多个适配器运动到照料构型的运动轨迹自主生成,研究空间机械臂多适配器切换路径优选策略。该策略分为两个阶段,即多适配器切换序列优选和相邻适配器间机械臂任务规划;针对多适配器切换序列优选问题,建立空间站适配器网络拓扑图,基于广度优先搜索算法实现多适配器切换序列的选择;针对相邻适配器间机械臂任务规划问题,将其分为任务整体规划与避障策略规划;任务整体规划基于状态空间规划方法将复杂任务拆解为子任务;避障策略规划基于改进D*算法将子任务拆解为机械臂运动轨迹。实验表明,改进后D*算法运行时间加快了 30.44倍且多适配器路径优选算法能够实现机械臂运动轨迹自主生成。最后,基于空间机械臂运动规划系统的分析与设计工作以及上述算法,研制面向空间站全舱段照料的空间机械臂运动规划系统,设计并开展系统总体实验,验证系统在支持空间站在轨良好运行、自主生成机械臂全舱段照料运动轨迹方面的工程价值。
成像卫星任务规划子系统的设计与实现
这是一篇关于成像卫星,任务规划,B/S,J2EE的论文, 主要内容为成像卫星的任务规划工作是成像卫星地面应用系统工程的重要组成部分。科学合理地进行成像卫星任务规划工作,不仅可以充分利用卫星资源和地面站资源,为国家财政节省部分开支,还可以通过更多更准确的图像数据来处理气象、资源、测绘等信息,维护社会稳定。对于近几年来世界范围的自然灾害频繁发生、气候出现异常的情况,开发出一个智能的、时效性高、准确性好的任务规划系统具有十分现实的意义。 本人参与完成的任务规划子系统,是在以任务规划算法为核心的基础上,增加了管理和调用的功能的一个软件,实现了任务处理的可视化,方便用户了解实时的规划动态,并能够做出及时的任务修正。本文实现的任务规划子系统采用Struts、Spring和Hibernate相结合的J2EE框架作为后台开发程序,采用Ajax、 JQuery、JSON等技术完成前台界面开发。任务规划软件包括自动规划模式和手动规划模式两种核心的使用模式。自动规划模式是由系统自动执行,无需人员关注,适合普通任务；手动规划模式需要用户主动完成,需要有人员去选择结果,适合特殊应急任务。操作员也可以在界面上查看任务种类和详细信息,以及任务的执行状态。 经后期的测试,该软件基本能够满足业务需求,通过了所内的评审,并已经开始了出所测试。作为任务规划软件,该软件很好地对任务进行了管理,为用户提供了便捷的服务,达到了提高用户满意度的效果。
直升机输送任务规划系统的设计与实现
这是一篇关于直升机,输送,任务规划的论文, 主要内容为目前,直升机作为机动灵活的中低空飞行平台,已经广泛应用于军民各行业,直升机输送是其重要应用形式,为确保直升机输送任务顺利实施,需对其进行科学合理地规划。但影响直升机输送任务的因素复杂,涉及知识领域繁多,须充分考虑影响输送任务进程的条件和约束,包括自然环境以及直升机性能等。传统的直升机输送任务规划主要依靠人工方式完成,一方面效率低,耗时长,另一方面筹划过程涉及领域繁多,对指挥调度人员的业务水平是严峻的考验。因此,急需设计一套任务规划系统,科学、合理地辅助指挥调度人员制定出满足直升机飞行性能条件,并使任务效能最优的任务实施计划。本论文从直升机输送任务需求着手,梳理直升机运输乘载、飞行和着陆三个任务阶段的行动特点,针对当前直升机输送任务规划过程复杂、信息化手段缺失的现状,进行系统流程、架构和功能模块的设计和实现,开发了一套具备二/三维联动呈现、危险区域模拟、计划拟制、航线规划、乘载分配等功能的直升机输送任务规划系统。该系统主要包括前端直升机输送任务规划软件和后台航线规划服务、乘载分配服务组成。系统总体架构借鉴军事信息网络体系理论基础,采用面向服务架构技术和业务、控制、承载分离的思想,由资源层、服务层和应用层构成;系统后台航线规划、乘载分配等专用业务服务采用微服务框架方式进行设计实现,前台直升机输送任务规划软件基于统一软件框架,采用“框架+功能插件”方式集成实现;系统重点通过构建直升机运载模型,根据运送人员、装备、物资的重量、关联关系,解决直升机自动乘载分配问题,采用A*算法并结合直升机飞行特点以及直升机飞行性能,规避危险区域,解决自动航线规划问题。本论文设计的直升机输送任务规划系统相关功能模块已经应用于相关的国防信息化建设项目中,并取得了较好的影响,尤其是设计的乘载分配和起降场选址方法能够很好的满足了实际需求。相关项目为支撑直升机遂行独立和联合任务均有深远的意义。
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