一种提高DBSCAN聚类算法质量的新方法

针对基于密度带有“噪声”的空间聚类应用(DBSCAN)聚类算法存在的3个主要问题: 输入参数敏感、对内存要求高、数据分布不均匀时影响聚类效果,提出了一种基于遗传方法的DBSCAN算法改进方案数据分区中使用遗传思想的DBSCAN算法(DPDGA)来提高聚类质量．利用遗传算法改进K-means算法来获取初始聚类中心;对数据进行划分,在此基础上对划分的每一部分使用DBSCAN算法进行聚类;合并聚类的结果．仿真实验表明,新方法较好解决了传统DBSCAN聚类算法存在的问题,在聚类效率和聚类效果方面均优于传统DBSCAN聚类算法．     

DBSCAN聚类算法的研究与改进

针对“基于密度的带有噪声的空间聚类”（DBSCAN）算法存在的不足,提出“分而治之”和高效的并行方法对DBSCAN算法进行改进．通过对数据进行划分,利用“分而治之”思想减少全局变量Eps值的影响;利用并行处理方法和降维技术提高聚类效率,降低DBSCAN算法对内存的较高要求;采用增量式处理方式解决数据对象的增加和删除对聚类的影响．结果表明：新方法有效地解决了DBSCAN算法存在的问题,其聚类效率和聚类效果明显优于传统DBSCAN聚类算法．     

一种基于网格查询的改进DBSCAN算法

针对DBSCAN算法聚类时时间复杂度较高、当边界点同时属于多个类时其聚类准确率较低的问题,在网格查询思想和OPTICS算法的基础上,提出一种改进的DBSCAN算法(GO-DBSCAN算法)。进行聚类操作前,为降低聚类的时间复杂度,先基于网格查询的思想将数据集划分成不同的网格,在进行项目邻域查询时,只须遍历项目附近网格数据而不必遍历整个数据集; 在进行项目聚类时,主要考虑该项目与其附近核心项目的最小可达距离,因此,将OPTICS算法中的最小可达距离引入到DBSCAN算法中,以提高算法对边界点处理的准确度。仿真实验结果表明,GO-DBSCAN在边界点处理的准确率和运行效率方面较DBSCAN都有所提高。     

改进密度峰值聚类算法的财务数据分析

为了提高财务数据分析的准确度。文中采用密度峰值聚类算法进行财务数据聚类分析,实现财务数据的深度分析。通过对财务数据样本进行特征提取,建立密度峰值聚类财务分析模型。根据密度峰值聚类的核函数计算密度值,对距离值和密度值按降序排序,选择较大值所对应的样本点作为若干聚类中心。通过计算各节点和各个聚类中心点的距离,根据设定的距离阈值来判定样本类别。为了防止距离阈值设置不合理而对聚类结果造成较大扰动,引入果蝇优化算法对距离阈值参数进行优化改进,通过果蝇群体对味道浓度的不断更新优化,获得最优适应度个体。采用经过果蝇优化算法优化后的密度峰值聚类算法完成聚类分析,获得财务数据聚类结果。实验结果表明：通过合理设置果蝇优化算法气味变化率范围等参数,对于6类行业样本的聚类准确率均超过了0.9。相比于常用财务数据分析聚类算法,经过果蝇优化算法改进的密度峰值聚类算法能够获得更高的聚类准确率和稳定性。     

一种多机器人编队协同定位的方法

针对多机器人编队导航,提出了一种协同定位的方法.一个主机器人带领其他成员机器人,主机器人配备视觉传感器及激光扫描仪,成员机器人通过融合内部传感器数据进行自身定位.主机器人利用双目视觉进行目标检测,确定目标方位及距离信息,并利用激光扫描仪结合视觉获取的方位信息得到成员机器人位置及航向.基于联邦滤波算法提出了一种联合滤波模型,融合多传感器信息得到精确定位.1个Pioneer 3-AT和3个AmigoBot机器人编队的协同定位实验表明:该方法可行,误差范围小,满足实际应用的精度要求.     

基于维度距离的混合属性密度聚类算法研究

DBSCAN算法是一种基于密度的聚类算法.针对该算法在处理混合属性数据上的不足,采用面向维度的距离的思想,对不同类型的数据定义不同的相似度度量方法和不同的相似度阈值,减少了对全局相似度阈值的依赖,提出了一种新的适合混合属性数据聚类的算法M-DBSCAN.仿真表明新算法有效解决了DBSCAN算法无法处理混合属性数据的缺点,对混合属性数据有较好的聚类效果.     

一种发现多层次密度的聚类算法

目的提出一种可以发现不同密度层次分布的聚类算法，解决多层次不同密度数据集的聚类问题．方法采用对数据对象的k-邻居距离进行排序，利用线性回归分析方法发现密度区域变化的边界，对同一个密度区域中的点利用DBSCAN算法进行聚类，获得了多密度级别的类．结果使用真实数据集与人工数据集测试结果表明，此算法可以发现现有算法所不能发现的模式．结论算法在时间效率上与DBSCAN相同，空间效率上随着输入数据的数目增加而线性增长，同时此算法可适用于高维数据集．     

改进聚类算法在DRDoS攻击检测中的应用研究

针对DBSCAN及K-means聚类算法固有缺陷,提出基于信息熵的贪婪迭代增长式聚类算法(GIG-CA)。该算法将熵值理论引入聚类初始点的确立,以类内对象间欧几里德距离均值作为聚类的区域密度阈值,用贪婪法迭代增长生成聚类。将该算法应用于DRDoS攻击检测中,通过实验验证其正确性、鲁棒性及实用性。     

家庭陪护机器人自主充电系统研究与设计

针对家庭陪护机器人电池容量有限,工作环不连续的问题,设计一种基于机器人操作系统(robot operating system, ROS)的家庭陪护机器人自主充电分级对接系统。采用卡尔曼滤波算法将编码器数据和惯性测量单元(inertial measurement unit, IMU)数据进行融合,同时结合激光雷达数据并基于Rao-Blackwellized粒子滤波即时定位与构图(simultaneous localization and mapping, SLAM)算法构建环境二维栅格地图;采用A^*算法和动态窗口(dynamic window approach, DWA)算法进行全局路径规划和局部路径规划,使机器人行驶至充电站附近或所在房间;采用基于双重优先级的红外导航对接算法引导机器人驶向充电站,完成与充电站的精确对接。试验结果表明,该系统有效地解决了传统方法中充电距离有限的问题,并且具有较高的对接效率、成功率、准确度和环境普适性,完全满足家庭陪护机器人的充电需求,具有较好的应用价值。     

基于CBL的双目视觉自主机器人定位

在需要机器人做出快速反应的环境中,为了解决通过廉价传感器(彩色视觉)实现自主机器人的定位,提出了基于约束路标(CBL)的双目视觉自主机器人定位方法．在CBL的路标测量类型中增加了直线的斜率,同时双目视觉的协作为定位提供了更多信息,提高了机器人位姿估计的准确度．实验结果表明了该方法的可行性和有效性．     

基于直线特征提取匹配搜救机器人的同步定位与地图构建

针对搜救机器人在灾后特征环境下同步定位与地图构建问题,提出了改进动态阈值分裂合并算法,与固定阈值算法相比提高了直线拟合的准确性。推导出匹配条件参数,通过比较始末点距离解决了误匹配,提高了匹配精度。在此基础上,进行全局定位计算。利用最小二乘法进行滤波处理,提高了定位精度。通过仿真与模拟现场实验表明,本文方法能使提取的直线更准确地反映实际地形环境,完成二维栅格地图的实时创建任务。     

一种基于近似EMD的DBSCAN改进算法

DBSCAN(density based spatial clustering of applications with noise)算法是基于密度的经典聚类算法,但是该算法应用于高维数据时,常用距离函数不能很好地反映出数据点之间的关系, 从而可能导致聚类簇不够精确。如果能在高维空间中采用合适的距离度量,将会改善聚类结果。针对上述问题,提出利用近似EMD(earth mover’s distance,堆土机距离)作为距离测度,通过迭代搜索的方法找出所有直接密度可达对象实现聚类。实验结果表明:在高维文本数据的聚类中,和原来算法相比,改进算法的正确率提高了6％,两者在时间上相差不大;而对低维的Iris数据,改进算法通过EMD改善了实体间的相似性度量,减少了划分为噪声点的数据点个数,平均正确率提高了10％。实验结果表明了改进算法对高维数据的有效性,并可以改善聚类性能。     

Kalman滤波算法在自平衡机器人中的应用

针对两轮自平衡机器人系统的单一惯性传感器采集数据不够准确,且极易受到外界噪声信号的干扰的问题,提出了基于片上可编程系统的卡尔曼滤波算法来实现多惯性传感器的数据融合系统.介绍了卡尔曼滤波器的基本原理、特点和应用环境.利用FPGA控制器的硬件可重构特性,搭建了Nios软核处理器的SOPC系统硬件平台,在硬件平台上采用C语言实现多姿态传感器的卡尔曼滤波算法,为两轮自平衡机器人的多传感器姿态数据融合提供了有效工具,获得了自平衡机器人姿态数据的最优估计,解决了陀螺仪和加速度计惯性传感器的数据补偿问题.测试结果表明,采用FPGA硬件平台实现卡尔曼滤波算法效率高,姿态数据融合准确、可靠,能够满足自平衡机器人控制系统的姿态最优估计和倾角数据实时反馈要求,系统工作稳定.     

Self-Recovery of Localization Loss for Indoor Mobile Robot

室内移动机器人在定位丢失时的自恢复研究

蒋林¹,王翰¹, 雷斌^1*, 朱建阳¹, 刘怀广¹, 赵慧²

（1.武汉科技大学 冶金装备及控制教育部重点实验室,武汉,430081;

2.武汉科技大学 机器人与智能系统研究院,武汉 430081）

创新点说明：

针对机器人“绑架”问题,本文具体分析机器人离实际位置点较近和较远的“绑架”类型,以及不同绑架类型所对应机器人的状态和造成这种状态的原因。为判断机器人是否处于“绑架”状态,本文提出改进蒙特卡洛定位算法(IMCL),该算法通过检测粒子均权重的突变进行判断,并针对机器人处于不同的状态采用不同的重采样策略来改进粒子集,进而帮助机器人重新找到自己的真实位置。

关键词：室内移动机器人;自恢复;定位丢失;改进蒙特卡洛定位算法

     

基于改进APIT的移动机器人动态定位

针对室内无线传感器网络通信传输不稳定和定位精度较差的情况,提出了一种移动机器人自主动态定位系统,通过实时选择邻近信标节点,确定节点坐标构成的边界,绘制局部网格空间,实现机器人动态定位.利用接收信号强度指标实现测距,然后采用基于测距的改进近似三角形内点测试（APIT）算法完成定位,再使用卡尔曼算法修正定位误差.该方法适用于室内网络传输不稳定的实际情况,采用卡尔曼滤波器获得最优数据.实验结果表明,该移动机器人自主动态定位方法比基于网格的极大似然方法具有更好的精度和适应性.     

微型无人机视觉定位与环境建模研究

同步定位与环境建模（SLAM）是实现无人机自主飞行和智能导航的关键技术。该文提出了适用于微型无人机的视觉定位与环境建模方法,针对RGB-D传感器使用point-plane ICP点云匹配算法实现视觉自主定位,利用并行计算加速以满足无人机控制的实时性要求;采用TSDF算法融合多帧观测的点云数据,实现了无人机对未知目标环境区域的模型重建;将视觉SLAM系统与无人机载IMU传感器融合,进一步提升了自主定位和建模精度。实际搭建了微型无人机视觉与环境建模验证系统,室内环境下可以达到0.092 m的定位偏差和60 Hz的更新速率,满足了无人机控制的精度和实时性要求,验证了该方法的有效性。     

基于RTM的自主服务机器人智能化分散控制

为提高智能服务机器人的服务质量及智能化水平,基于机器人技术中间件(robot technology middleware,RTM),对室内环境下的机器人定点物体传送任务及其相关技术进行了深入研究.首先,为了提高系统的稳定性及开发效率,建立功能模块集,并结合模糊树图与DS(Dempster-Shafer)证据理论实现模块的粒度划分;对于机器人定点物体传送过程中所面临的即时定位与地图创建问题,采用Rao-Blackwellized粒子滤波算法完成底层栅格地图的创建,进而构造动态精简式混合地图,并利用记忆循迹规则实现机器人定点导航;通过改进的显著性区域提取算法实现对空间物体坐标的提取,并利用智能机械臂平台完成对物体的抓取及传送任务.以机器人移动平台和UR5机械臂为基础对设计系统进行实际测试,结果验证了所提分散控制方法的有效性和可行性.     

高适应性激光雷达SLAM

时定位与地图构建(SLAM),或同步建图与定位,目前主要应用于自动驾驶及机器人自主导航领域.由于激光雷达SLAM系统具有较高的测量准确性、对光照变化不敏感的特点,其在工业界获得了广泛的应用.但是基于激光雷达的SLAM算法有几个难以处理的问题:1)在结构化信息较少或在变化场景下的定位的不准确性;2)对于运动畸变的矫正能力...