基于平行进化的机器人智能控制研究

为增强机器人的实用性,使机器人在一定环境内能够自主完成指定任务,具备良好的环境适应能力需要在机器人系统的设计与开发中引入进化的机制与思想,在机器人对环境的反射中,通过学习促进机器人行为与功能的进化.在机器人进化思想的基础上,提出了一种机器人和软件人之问的平行进化方法,建立了平行进化过程的多重广义模型,给出了平行进化的具体算法,并在实际的变电站巡检机器人系统中加以实现与验证.实际应用情况表明平行进化的方法可以提升机器人智能化水平、扩展机器人功能.     

平行区块链:概念、方法与内涵解析

本文提出了平行区块链的概念框架、基础理论和研究方法体系,并探讨了平行区块链的内涵.平行区块链技术是平行智能理论方法与区块链技术的有机结合,致力于通过实际区块链系统与人工区块链系统的平行互动与协同演化,为目前的区块链技术增加计算实验与平行决策功能,实现描述、预测、引导相结合的区块链系统管理与决策.平行区块链这一新型研究范式可望为下一步区块链研究和未来产业应用提供有益的启发与借鉴.     

基于平行控制的异构多Agent机器人系统控制方法

复杂系统控制过程往往需要人综合控制系统、仿真系统,以及人在回路综合实现。构建基于多agent机器人系统及其实现策略,是多机器人系统研究和解决现实问题的热点。本文基于多部件综合作业机器人项目,针对不同作业机器人,提出一种异构多Agent机器人系统控制方法,此方法引入ACP理论的思想,将平行控制方法应用于机器人综合作业平台,通过人工系统与实际系统的虚实互动,使电脑的计算能力与人脑的灵活能力有效结合,实现了一个复杂系统的合理管控,为多机器人协作完成实际复杂控制系统提供了一种保证系统可靠性基础上提高效率的可供借鉴的理论和实现方法。     

平行车联网:基于ACP的智能车辆网联管理与控制

本文将平行智能方法引入智能车辆的网联化管理与控制, 提出平行车联网的概念、框架、功能与流程.平行车联网致力于通过人工车联网与物理车联网的虚实互动、协同演化与闭环反馈, 为人-车-路-智能交通信息网一体化的智能交通系统增加计算实验与平行引导的功能, 实现描述、预测与引导相结合的车联网智能, 有效解决异构、移动、融合的交通网络环境下智能车辆的管理与控制问题.     

基于ROS的无人配送车导航系统的设计与实现

针对无人配送车在自主导航过程中存在的寻路效率低、避障能力弱、转折幅度过大等问题,该文采用搭载机器人操作系统(ROS)的Turtlebot3机器人作为无人配送车,设计并实现了高效稳定的无人配送车自主导航系统。ROS是专门用于编写机器人软件的灵活框架,对其集成的SLAM算法进行改进,以完成无人配送车在封闭园区环境中的即时定位与地图构建,同时对ROS导航功能包集成的路径规划算法进行改进,使无人配送车在已知环境地图中规划生成出适合无人配送车工作的路径和有效避开障碍物。最后在Gazebo仿真环境中对无人配送车自主导航系统进行测试与验证。仿真试验结果表明,设计实现的无人配送车导航系统能够很好地满足无人配送车在封闭园区中的自主导航功能。     

平行智能与CPSS:三十年发展的回顾与展望

社会物理信息系统(Cyber-physical-social systems, CPSS)在传统物理信息系统(Cyber-physical systems,CPS)的基础上纳入对社会信号及社会关系的考虑,利用网络世界近乎无限的人力、数据和信息资源,突破物理世界有限的资源约束以及时空的限制.然而, CPSS中人类和社会行为的复杂性加剧了实际系统和其模型之间的建模鸿沟,使得系统的形态演变为“默顿系统”.对此,以ACP方法为核心的平行智能(Parallel intelligence, PI)框架通过组合人工系统(Artificial systems, A)、计算实验(Computational experiments, C)、平行执行(Parallel execution, P)三个过程,为跨越这一鸿沟提供了可行的路径.具体而言, ACP将模型从系统解析器转变为数据生成器,使原本难以控制的“默顿系统”可测试、可计算、可验证,为复杂系统中“涌现”和“收敛”的对立统一确立了方法基础.本文从平行控制与智能控制、平行机器人与平行制造、平行管理与智能交通、平行医学与智慧健康、平行生态与平行社会、平行经...     

平行矿山: 从数字孪生到矿山智能

针对新时代下我国矿区智能化发展诉求与矿山无人化进程中遇到的复现难、协同难的技术问题, 本文融合智慧矿山理念、ACP (Artificial societies + computational experiments + parallel execution)平行智能理论和新一代智能技术, 设计并实现了智慧矿山操作系统 (Intelligent mine operation system, IMOS), 为平行矿山智能管理与控制一体化提出了解决方案. 本文首先分析露天煤矿产业发展趋势; 国内外露天矿山智能化发展情况; 面向露天矿山无人化与智能化需求, 深度融合数字四胞胎理论, 设计了虚实融合的IMOS架构; 详细阐述了IMOS子系统架构与功能, 包括: 单车作业系统、多车协同系统、车路协同系统、无人驾驶智能系统、调度管理系统、平行系统、监管系统、远程接管系统和通信系统; 并探讨了IMOS关键技术, 即平行矿山仿真建模技术、无人驾驶技术、矿区通信技术和协同作业技术. 该操作系统是国内首套露天矿山无人化与智能化的一体化解决方案, 并能够迁移到不同矿区不同作业场景, 推动矿区智能化无人化发展, 减少人工干预从而降低安全风险, 大幅度降低人工成本, 提高生产作业效率, 并可结合社会发展要素为实现绿色可持续发展矿区提供支撑.     

空地协同机器人目标定位方法

针对空地协同机器人中无人机对地面无人车的实时精准定位问题,提出一种红色双圆型定位标记及标记识别与定位方法。引入颜色分割与轮廓提取相结合的方式,减少提取到的轮廓特征数量,排除背景信息干扰以减少误识别;提出一种圆形轮廓快速检测算法,快速识别目标轮廓并准确定位目标像素坐标和方向;基于针孔相机成像模型,根据目标像素坐标和方向,估计出目标在机体坐标系下三维坐标和偏航角。实验结果表明,无人机与地面无人车相对高度1.5 m时,该方法在[x]轴和[y]轴方向定位误差分别为3.9 mm和3.6 mm,每帧图像平均处理耗时为11.6 ms,优于基于核相关滤波的识别定位方法的13.3 mm、14.3 mm和56.3 ms。该方法与无人机控制相结合,可以实现无人机协同跟踪与自主降落功能,提升空地协同机器人作业效率,具有显著的工程意义。     

空地异构机器人系统协作巡逻路径规划方法EI北大核心CSCD

空地异构机器人系统由空中无人机和地面无人车组成,当两者协作执行持续巡逻任务时,使用无人车充当无人机的地面移动补给站能够解决无人机续航能力不足的问题.运动受限于路网中的无人车必须在适当地点为无人机补充能量,这使得两者的路径高度耦合,给空地协作路径规划带来了挑战.针对此问题,本文通过分析无人机能量、路网、空地汇合时间、巡逻任务全覆盖等多种约束,以无人机完成全部巡逻任务的总距离为代价,建立了空地协作巡逻路径规划模型.该模型可推广至多架无人机与多辆无人车协作的情形.然后,采用遗传算法与蚁群算法相融合的方法,对无人机巡逻路径和无人车能量补给路径进行优化求解.仿真实验表明,本文的方法不仅可以得到很好的路径规划结果,而且较其他算法具有更优的收敛性和执行速度.     

平行胃肠:基于ACP的智能胃肠疾病诊疗

胃肠道为人体重要消化器官,胃肠疾病常见且病因复杂.为了推动胃肠疾病诊疗的智能化、精准化发展,有效传承医生的经验丰富,文中提出基于ACP理论的平行胃肠诊疗系统框架.ACP理论为平行智能的核心,由人工社会(Artificial Societies)、计算实验(Computational Experiments)、平行执行(Parallel Execution)三部分构成.在平行胃肠诊疗系统中,构建人工胃肠道(A)模拟胃肠疾病实际诊疗情况,运用计算实验(C)在人工胃肠平台上进行各类胃肠疾病诊疗实验并评估最佳诊疗方案,最终借助平行执行(P)实时地对实际胃肠诊疗进行导引,持续更新人工胃肠系统并优化诊疗方案,实现虚拟诊疗和实际诊疗之间的虚实互动.整个系统框架的构建融合知识图谱、深度学习、虚拟现实/增强现实、知识自动化等多种前沿技术,致力于优化胃肠疾病诊疗,推进健康中国建设.     

Parallel Driving in CPSS:A Unified Approach for Transport Automation and Vehicle Intelligence

The emerging development of connected and automated vehicles imposes a significant challenge on current vehicle control and transportation systems. This paper proposes a novel unified approach, Parallel Driving, a cloud-based cyberphysical-social systems (CPSS) framework aiming at synergizing connected automated driving. This study first introduces the CPSS and ACP-based intelligent machine systems. Then the parallel driving is proposed in the cyber-physical-social space, considering interactions among vehicles, human drivers, and information. Within the framework, parallel testing, parallel learning and parallel reinforcement learning are developed and concisely reviewed. Development on intelligent horizon (iHorizon) and its applications are also presented towards parallel horizon. The proposed parallel driving offers an ample solution for achieving a smooth, safe and efficient cooperation among connected automated vehicles with different levels of automation in future road transportation systems.      

并行文件系统管理工具的设计与实现

通过对常用并行文件系统体系结构的分析，提出了一种适用于某一大类并行文件系统的管理框架。以该管理框架为基础，实现了PVFS并行文件系统的管理工具，并为用户提供了单一映像的管理控制台。功能测试结果表明，该管理工具的引入降低了并行文件系统管理的复杂性。     

Research Progress of Parallel Control and Management

Based on ACP (artificial systems, computational experiments, and parallel execution) methodology, parallel control and management has become a popularly systematic and complete solution for the control and management of complex systems. This paper focuses on summarizing comprehensive review of the research literature of parallel control and management achieved in the recent years including the theoretical framework, core technologies, and the application demonstration. The future research, application directions, and suggestions are also discussed.      

IoT-Enabled Autonomous System Collaboration for Disaster-Area Management

Timely investigating post-disaster situations to locate survivors and secure hazardous sources is critical, but also very challenging and risky. Despite first responders putting their lives at risk in saving others, human-physical limits cause delays in response time, resulting in fatality and property damage. In this paper, we proposed and implemented a framework intended for creating collaboration between heterogeneous unmanned vehicles and first responders to make search and rescue operations safer and faster. The framework consists of unmanned aerial vehicles (UAVs), unmanned ground vehicles (UGVs), a cloud-based remote control station (RCS). A light-weight message queuing telemetry transport (MQTT) based communication is adopted for facilitating collaboration between autonomous systems. To effectively work under unfavorable disaster conditions, antenna tracker is developed as a tool to extend network coverage to distant areas, and mobile charging points for the UAVs are also implemented. The proposed framework’s performance is evaluated in terms of end-to-end delay and analyzed using architectural analysis and design language (AADL). Experimental measurements and simulation results show that the adopted communication protocol performs more efficiently than other conventional communication protocols, and the implemented UAV control mechanisms are functioning properly. Several scenarios are implemented to validate the overall effectiveness of the proposed framework and demonstrate possible use cases.      

并行网络文件系统PNFS性能评测与分析

传统的网络文件系统难以满足高性能计算系统的I/O需求,并行网络文件系统——PNFS可以有效地解决传统网络文件系统在可扩展性、可用性和性能上存在的问题。首先对PNFS的体系结构进行了设计,实现了元数据服务器与存储服务器的分离,消除了由于集中服务器结构引发的I/O瓶颈问题。然后,对PNFS的原型系统进行了性能测试,并与相同环境下NFS的测试结果进行比较与分析,结果表明PNFS能够为客户端提供并行访问文件数据的能力,有着较高的I/O读写带宽和较低的访问延迟,同时实现了客户端I/O带宽与存储服务器规模之间的线性可扩展关系,能较好地满足高性能计算中的I/O需求。     

Parallel Distance: A New Paradigm of Measurement for Parallel Driving

In this paper, a new paradigm named parallel dis-tance is presented to measure the data information in parallel driving system. As an example, the core variables in the parallel driving system are measured and evaluated in the parallel distance framework. First, the parallel driving 3.0 system included control and management platform, intelligent vehicle platform and remote-control platform is introduced. Then, Markov chain (MC) is utilized to model the transition probability matrix of control commands in these systems. Furthermore, to distinguish the control variables in artificial and physical driving conditions, different distance calculation methods are enumerated to specify the differences between the virtual and real signals. By doing this, the real system can be guided and the virtual system can be im-proved. Finally, simulation results exhibit the merits and multiple applications of the proposed parallel distance framework.      

下一代海洋机器人——写在人类创造下潜深度世界记录10912 米50 周年之际

人类探索、认识和利用海洋的活动历史很漫长，最近50 年，各种海洋机器人及相关装备的助推，使这 种活动达到了前所未有的高峰阶段，未来社会进步的需求和科学技术发展的牵引将会使这种活动达到新的高度．本 文简要回顾了世界和我国海洋机器人的发展历史，分析了各种类型海洋机器人的现状，并对其未来作了展望．     

基于构件的并行测试系统TPS设计与实现

并行测试系统的测试程序集（TPS）目前尚无成熟实用的开发方法。分析了多线程并行测试系统的体系结构，给出了其TPS的用例模型。在此基础上，按分层设计的原则，建立了基于构件的层次式框架。最后设计实现了基于COM接口的支持并发操作的功能构件。该开发方法为并行测试系统TPS的快速开发打下了良好的应用基础。     

一种分布对象的并行程序设计框架

计算性能和合成性能对于基于工作站网的软件十分重要,但由于缺乏相应的开发环境,现在这类软件在这两方面还做得很不够,尤其是合成性能十分薄弱.该文提出并实现了一种基于分布对象的并行程序设计框架,力图使分布对象能提供高性能的并行计算服务,同时也使并行算法获得一种良好的封装和复用机制.经过一些并行算法的测试,表明该框架具有实用价值.     

多核环境下面向仿真组件的HLA 成员并行框架

提出了一种面向仿真组件的并行联邦成员框架,以解决基于HLA(high level architecture)复杂仿真系统联邦成员开发的问题,并提升多核处理器环境下联邦成员的运行性能.并行联邦成员框架通过仿真组件的组合、装配来构建联邦成员.通过仿真引擎管理、数据分发管理、对象管理、组件管理服务和负载平衡功能,并行联邦成员框架为仿真模型构建了一个多核的并行执行环境,并确保并行成员能与RTI正确交互.通过实验来研究并行成员框架引入的额外开销,并比较并行成员和普通成员的性能.实验结果表明,并行框架能够充分利用多核处理器的计算能力来减少仿真系统运行时间,提高系统性能.