未知环境下基于无线网络的探索机器人系统设计与开发
这是一篇关于自主移动机器人,网络化,实时定位,路径规划,环境探索的论文, 主要内容为自主移动机器人在工业、空间开发、医疗、安防、家政服务等行业都具有广泛的应用前景。然而,在未知环境下,机器人的准确定位和地图创建成为移动机器人领域的难点问题。另一方面,Internet显而易见的优势使得机器人网络化成为热点问题。针对上述问题,本文设计一种基于无线网络的探索移动机器人。 论文首先提出一种探索机器人系统的整体构架,包括移动机器人子系统和机器人远程状态监视子系统。移动机器人子系统包括传感器模块、驱动模块和控制与决策模块,并完成对未知环境的探索任务;机器人远程状态监视子系统完成对机器人运动状态的监视和绘制环境地图的任务。 针对移动机器人子系统,论文设计实时定位算法和局部路径规划算法。实时定位算法使用电子罗盘和里程计的综合信息,快速实现机器人定位。路径规划算法利用红外传感器和激光测距增加机器人路径规划的约束条件及提高对障碍物扫描的分辨率,并结合机器人定位信息进行融合,实现避障行为和路径选择。激光测距则采用基于图像处理的方式实现。 针对机器人远程状态监视子系统,论文设计实时地图绘制方法。该方法利用机器人自身定位与路径规划所反馈的信息绘制机器人探索环境的地图。监视系统通过无线网络与移动机器人子系统交互,实现任务指令发送,机器人状态实时监视和远程地图绘制。 最后对机器人各项功能进行实验,分别对自身定位算法、基于图像处理的激光测距算法进行实验。并根据各项功能分析机器人采用原始的VFH算法与改进的VFH算法的效果。
VR/AR场景下的环境感知系统应用研究
这是一篇关于VR/AR,实时定位,3D重建,环境感知,可通过性分析的论文, 主要内容为环境感知系统一直以来都是智能化移动设备以及虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)领域的研究热点。其中包括高精度的地图重建、鲁棒的环境感知和精确的路径规划。随着三维重建和路径规划等相关技术的发展,无人车可以在未知且复杂的地形中探索,室内场景中可以依靠智能化移动设备的定位和导航,而VR/AR场景中的重建系统和环境感知系统的研究变得越来越重要。但目前,VR/AR应用场景中虚拟或真实场景的环境感知面临传感器成本高、生成复杂或未知地形需要耗费成本高等问题。本文以室内外真实与虚拟场景为基础,结合VR应用场景中无人驾驶车辆目标操作环境未知且复杂,以及AR场景中智能设备面对特征单一的环境时、需要与动态场景交互的特点。针对现有方法存在的问题,开展了以下工作:(1)VR场景中环境感知系统的构建与验证:无人车系统经常需要探索未知的环境,所以在VR场景中验证用于探索未知目标的系统是否具有鲁棒的环境感知能力是至关重要的。针对应用场景中无人驾驶车辆目标操作环境未知且复杂以及验证流程繁琐等问题,本文提出了一种VR场景中环境感知验证系统,可以验证(即使定位与建图Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)系统在复杂场景中的环境感知能力。本文工作对机器人、智能驾驶等相关领域常用光学相机、深度相机进行了仿真,并保证了各种传感器在VR场景中的时间同步和空间同步。此外,还建立了无人车与场景的交互模型。最终,使用两种对比方法来验证本文系统的有效性。(2)AR环境感知系统构建机房运维平台:在机房运维等佩戴智能移动设备进行运维的场景中,移动设备往往需要面对联排机柜、大面积墙体等现实场景,这类场景具有特征单一,且难以提取有效特征等特点。移动设备很难携带复杂的传感器,且需要兼顾设备中运行的其他任务,因此很难保持长时间的准确定位;另外移动设备为了保持实时性,并不能输出高精度的地图,而高精度的地图又是精确导航以及设备定位的基础。高精度的地图和准确的实时定位决定了一个AR环境感知系统的体验感,为了解决这一问题,本文设计了一种可以安装在智能移动设备上的轻量级环境感知系统,其中应用了远程离线建图以及二维码重定位等方案,不仅可以保证在较大场景中稳定的定位和高精度的地图重建结果,还可以保证在该系统中执行其他日常运维任务,提高了用户的增强现实体验。此外,系统的日常运维任务模块还集成了基于场景定位和精确地图重构方法的专家远程标注、运维场景实时直播、运维场景模型管理、运维场景实时导航、电子围栏等功能模块。最终通过评估证实了,本系统集成的环境感知模块能够满足场景下一线人员与运维场景下远程专家的实时交互需求。(3)VR/AR场景多层次融合地图通过性分析:无论是在VR还是AR应用中,都需要在系统中对数字化3D场景进行处理,而数字化3D模型是复杂的、动态的。针对这一问题,本文将周围场景分为可通过地形、不可通过地形和具有检测价值的特定目标。根据环境地图和运动主体的运动能力,建立运动主体与环境的交互模型。最终在仿真环境中生成数万条随机路径并验证其可通过性,即运动主体在每次随机路径中能够完成双向通行,则认为该次寻径成功,统计所有结果后将成功次数所占的比例作为可通过性概率。另外在真实场景中完成对比验证。
基于Android APP的船废监测平台的研究与设计
这是一篇关于船舶垃圾,APP设计,实时定位,Struts框架,短信预警的论文, 主要内容为目前上海的一些内河水域的防污管理机构信息化管理方面设备不全,不能适应现代化防污管理发展的要求,并且在码头没有专业设备能够对往来船只的垃圾处理信息和GPS定位信息做记录并上传到专门的数据中心,以至于难以科学有效的监控内河水域内垃圾的实时处理情况。基于国内外船舶垃圾信息化监测系统空白的现状和智能手机蓬勃发展的背景,本文设计了基于Android APP的船废实时监测平台,实现对内河水域内各船舶生活垃圾处理情况进行实时监测的目的。本文所做的工作总结如下。(1)首先针对目前船舶垃圾处理的现状,对系统进行需求分析,得出该系统的总体设计。考虑到码头的实际环境,本文采取以船主的手机移动端为传输媒介,以到码头处理垃圾的船舶为对象,以本文设计的客户端APP和服务器端信息交互为通道,帮助船主自主进行船舶生活垃圾的处理和相关数据的采集。船主自主将垃圾处理信息和GPS定位信息通过客户端App上传到服务器,服务器端通过对后台数据处理,在监管中心通过网页进行垃圾处理信息的显示和船舶位置信息的地图显示,系统管理员可通过该平台给未处理垃圾船舶的船主发送预警的短消息,进而实现对船舶生活垃圾处理的监测管理。(2)在Android Studio开发平台上进行了基于java语言的Android APP开发。设计的界面设计美观大方、切合环保。功能设计上包含了用户注册与登录、照片拍摄、信息录入上传模块、GPS信息获取上传模块。GPS信息通过在Android后台建立一个Service进程获得。综合使用WIFI、3G和4G等网络,基于HTTP通信协议,构建了C/S通信架构,为相关数据的采集、录入、传输与监控提供了桥梁。(3)以Struts结构在Eclipse平台搭建了服务器端整体框架。服务器端在接收到船主移动端的请求后,通过Struts框架的核心控制器ActionServlet进行操作处理,解析客户端请求的行为模式,执行注册、登录、GPS位置信息更新和垃圾处理信息保存等操作。Mysql数据库通过JDBC驱动与服务器端连接,服务器端根据客户端请求的行为模式,对数据库执行相对应的操作。(4)基于JSP动态WEB技术并结合船讯网的地图开发工具和相应的API库,设计了一个可以实时显示各船舶GPS地理位置的动态监管页面。通过对各船舶垃圾处理数据的分析,已处理垃圾船舶在该页面下显示为绿色,未处理垃圾船舶显示为红色,并且系统管理员可通过该系统很方便地给未处理垃圾船舶发送预警短消息,从而达到实时监管的目的。本文最终通过编码实现了船废监测平台的整体设计,并进行了软件的测试,总体上完成了船废监测平台的功能需求,达到了监测管理的目的。
基于Android APP的船废监测平台的研究与设计
这是一篇关于船舶垃圾,APP设计,实时定位,Struts框架,短信预警的论文, 主要内容为目前上海的一些内河水域的防污管理机构信息化管理方面设备不全,不能适应现代化防污管理发展的要求,并且在码头没有专业设备能够对往来船只的垃圾处理信息和GPS定位信息做记录并上传到专门的数据中心,以至于难以科学有效的监控内河水域内垃圾的实时处理情况。基于国内外船舶垃圾信息化监测系统空白的现状和智能手机蓬勃发展的背景,本文设计了基于Android APP的船废实时监测平台,实现对内河水域内各船舶生活垃圾处理情况进行实时监测的目的。本文所做的工作总结如下。(1)首先针对目前船舶垃圾处理的现状,对系统进行需求分析,得出该系统的总体设计。考虑到码头的实际环境,本文采取以船主的手机移动端为传输媒介,以到码头处理垃圾的船舶为对象,以本文设计的客户端APP和服务器端信息交互为通道,帮助船主自主进行船舶生活垃圾的处理和相关数据的采集。船主自主将垃圾处理信息和GPS定位信息通过客户端App上传到服务器,服务器端通过对后台数据处理,在监管中心通过网页进行垃圾处理信息的显示和船舶位置信息的地图显示,系统管理员可通过该平台给未处理垃圾船舶的船主发送预警的短消息,进而实现对船舶生活垃圾处理的监测管理。(2)在Android Studio开发平台上进行了基于java语言的Android APP开发。设计的界面设计美观大方、切合环保。功能设计上包含了用户注册与登录、照片拍摄、信息录入上传模块、GPS信息获取上传模块。GPS信息通过在Android后台建立一个Service进程获得。综合使用WIFI、3G和4G等网络,基于HTTP通信协议,构建了C/S通信架构,为相关数据的采集、录入、传输与监控提供了桥梁。(3)以Struts结构在Eclipse平台搭建了服务器端整体框架。服务器端在接收到船主移动端的请求后,通过Struts框架的核心控制器ActionServlet进行操作处理,解析客户端请求的行为模式,执行注册、登录、GPS位置信息更新和垃圾处理信息保存等操作。Mysql数据库通过JDBC驱动与服务器端连接,服务器端根据客户端请求的行为模式,对数据库执行相对应的操作。(4)基于JSP动态WEB技术并结合船讯网的地图开发工具和相应的API库,设计了一个可以实时显示各船舶GPS地理位置的动态监管页面。通过对各船舶垃圾处理数据的分析,已处理垃圾船舶在该页面下显示为绿色,未处理垃圾船舶显示为红色,并且系统管理员可通过该系统很方便地给未处理垃圾船舶发送预警短消息,从而达到实时监管的目的。本文最终通过编码实现了船废监测平台的整体设计,并进行了软件的测试,总体上完成了船废监测平台的功能需求,达到了监测管理的目的。
VR/AR场景下的环境感知系统应用研究
这是一篇关于VR/AR,实时定位,3D重建,环境感知,可通过性分析的论文, 主要内容为环境感知系统一直以来都是智能化移动设备以及虚拟现实(Virtual Reality,VR)/增强现实(Augmented Reality,AR)领域的研究热点。其中包括高精度的地图重建、鲁棒的环境感知和精确的路径规划。随着三维重建和路径规划等相关技术的发展,无人车可以在未知且复杂的地形中探索,室内场景中可以依靠智能化移动设备的定位和导航,而VR/AR场景中的重建系统和环境感知系统的研究变得越来越重要。但目前,VR/AR应用场景中虚拟或真实场景的环境感知面临传感器成本高、生成复杂或未知地形需要耗费成本高等问题。本文以室内外真实与虚拟场景为基础,结合VR应用场景中无人驾驶车辆目标操作环境未知且复杂,以及AR场景中智能设备面对特征单一的环境时、需要与动态场景交互的特点。针对现有方法存在的问题,开展了以下工作:(1)VR场景中环境感知系统的构建与验证:无人车系统经常需要探索未知的环境,所以在VR场景中验证用于探索未知目标的系统是否具有鲁棒的环境感知能力是至关重要的。针对应用场景中无人驾驶车辆目标操作环境未知且复杂以及验证流程繁琐等问题,本文提出了一种VR场景中环境感知验证系统,可以验证(即使定位与建图Simultaneous Localization And Mapping,SLAM)系统在复杂场景中的环境感知能力。本文工作对机器人、智能驾驶等相关领域常用光学相机、深度相机进行了仿真,并保证了各种传感器在VR场景中的时间同步和空间同步。此外,还建立了无人车与场景的交互模型。最终,使用两种对比方法来验证本文系统的有效性。(2)AR环境感知系统构建机房运维平台:在机房运维等佩戴智能移动设备进行运维的场景中,移动设备往往需要面对联排机柜、大面积墙体等现实场景,这类场景具有特征单一,且难以提取有效特征等特点。移动设备很难携带复杂的传感器,且需要兼顾设备中运行的其他任务,因此很难保持长时间的准确定位;另外移动设备为了保持实时性,并不能输出高精度的地图,而高精度的地图又是精确导航以及设备定位的基础。高精度的地图和准确的实时定位决定了一个AR环境感知系统的体验感,为了解决这一问题,本文设计了一种可以安装在智能移动设备上的轻量级环境感知系统,其中应用了远程离线建图以及二维码重定位等方案,不仅可以保证在较大场景中稳定的定位和高精度的地图重建结果,还可以保证在该系统中执行其他日常运维任务,提高了用户的增强现实体验。此外,系统的日常运维任务模块还集成了基于场景定位和精确地图重构方法的专家远程标注、运维场景实时直播、运维场景模型管理、运维场景实时导航、电子围栏等功能模块。最终通过评估证实了,本系统集成的环境感知模块能够满足场景下一线人员与运维场景下远程专家的实时交互需求。(3)VR/AR场景多层次融合地图通过性分析:无论是在VR还是AR应用中,都需要在系统中对数字化3D场景进行处理,而数字化3D模型是复杂的、动态的。针对这一问题,本文将周围场景分为可通过地形、不可通过地形和具有检测价值的特定目标。根据环境地图和运动主体的运动能力,建立运动主体与环境的交互模型。最终在仿真环境中生成数万条随机路径并验证其可通过性,即运动主体在每次随机路径中能够完成双向通行,则认为该次寻径成功,统计所有结果后将成功次数所占的比例作为可通过性概率。另外在真实场景中完成对比验证。
煤矿动力灾害监测系统设计与实现
这是一篇关于微震监测,E-charts,B/S架构,三轴对齐,实时定位的论文, 主要内容为动力灾害是煤矿矿井中最严重的事故之一,由于近几年煤矿开采深度逐年增加,导致井下动力灾害的发生频率也随之增加。动力灾害发生时,煤矿井下的巷道和工作面可以被瞬间摧毁,弹射出的煤和岩石造成巷道堵塞,设备损坏甚至人员伤亡。由于井下动力灾害与天然地震特征不同,因此如何设计一种实时有效的煤矿动力灾害监测的方法,一直是煤矿灾害防治领域的热点问题。而随着近年来计算机领域的高速发展,先进的感知技术和计算机处理技术为动力灾害监测提供了可能性和技术基础,利用信息化手段实现对煤矿井下动力灾害进行监测的方法也越来越受到相关领域专家的关注。本文设计并实现了一种煤矿动力灾害监测系统,并在平顶山平煤集团11矿区等全国多个煤矿集团进行实地应用。本文结合矿区的实际需求,在已部署架构的煤矿动力灾害监测系统硬件基础上,进行了软件的设计与研发。系统硬件部分由负责采集感知数据的监测台站、负责数据传输的无线网桥和负责计算和显示的中心机构成,可实现台站到中心机的数据传输。系统软件部分由一级实时监测模块和二级数据分析模块组成。其中,一级实时监测模块由数据流转换处理模块、核心震级定位计算模块和实时监测可视化模块三部分构成,数据流转换处理模块采用多线程将数据时间对齐后统一读取感知数据;核心震级定位计算模块得到感知数据后采用煤矿领域专家提供的算法进行计算,得出微震的位置、时间和震级;实时监测可视化模块采用B/S架构设计,通过浏览器显示相关检测数据,并采用波形图和矿区地图图纸辅助监测人员。二级数据分析模块由历史数据分析模块和数据分析可视化模块两部分构成,历史数据分析模块将各矿区的微震数据存入数据库,数据分析可视化模块负责将数据直观展示给分析人员。本文按照软件工程开发流程,从需求分析、总体设计、详细设计、实现、测试等五个阶段对该系统进行详细介绍。
基于Android APP的船废监测平台的研究与设计
这是一篇关于船舶垃圾,APP设计,实时定位,Struts框架,短信预警的论文, 主要内容为目前上海的一些内河水域的防污管理机构信息化管理方面设备不全,不能适应现代化防污管理发展的要求,并且在码头没有专业设备能够对往来船只的垃圾处理信息和GPS定位信息做记录并上传到专门的数据中心,以至于难以科学有效的监控内河水域内垃圾的实时处理情况。基于国内外船舶垃圾信息化监测系统空白的现状和智能手机蓬勃发展的背景,本文设计了基于Android APP的船废实时监测平台,实现对内河水域内各船舶生活垃圾处理情况进行实时监测的目的。本文所做的工作总结如下。(1)首先针对目前船舶垃圾处理的现状,对系统进行需求分析,得出该系统的总体设计。考虑到码头的实际环境,本文采取以船主的手机移动端为传输媒介,以到码头处理垃圾的船舶为对象,以本文设计的客户端APP和服务器端信息交互为通道,帮助船主自主进行船舶生活垃圾的处理和相关数据的采集。船主自主将垃圾处理信息和GPS定位信息通过客户端App上传到服务器,服务器端通过对后台数据处理,在监管中心通过网页进行垃圾处理信息的显示和船舶位置信息的地图显示,系统管理员可通过该平台给未处理垃圾船舶的船主发送预警的短消息,进而实现对船舶生活垃圾处理的监测管理。(2)在Android Studio开发平台上进行了基于java语言的Android APP开发。设计的界面设计美观大方、切合环保。功能设计上包含了用户注册与登录、照片拍摄、信息录入上传模块、GPS信息获取上传模块。GPS信息通过在Android后台建立一个Service进程获得。综合使用WIFI、3G和4G等网络,基于HTTP通信协议,构建了C/S通信架构,为相关数据的采集、录入、传输与监控提供了桥梁。(3)以Struts结构在Eclipse平台搭建了服务器端整体框架。服务器端在接收到船主移动端的请求后,通过Struts框架的核心控制器ActionServlet进行操作处理,解析客户端请求的行为模式,执行注册、登录、GPS位置信息更新和垃圾处理信息保存等操作。Mysql数据库通过JDBC驱动与服务器端连接,服务器端根据客户端请求的行为模式,对数据库执行相对应的操作。(4)基于JSP动态WEB技术并结合船讯网的地图开发工具和相应的API库,设计了一个可以实时显示各船舶GPS地理位置的动态监管页面。通过对各船舶垃圾处理数据的分析,已处理垃圾船舶在该页面下显示为绿色,未处理垃圾船舶显示为红色,并且系统管理员可通过该系统很方便地给未处理垃圾船舶发送预警短消息,从而达到实时监管的目的。本文最终通过编码实现了船废监测平台的整体设计,并进行了软件的测试,总体上完成了船废监测平台的功能需求,达到了监测管理的目的。
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