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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)融合了飛行機(jī)器人和移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新概念，其基本節(jié)點(diǎn)是多個(gè)在空間分布的、可自主飛行的、具有很強(qiáng)計(jì)算和感知能力的微型飛行機(jī)器人。并利用地面移動(dòng)機(jī)器人作為飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站結(jié)合進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，融合并處理各種傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃。它可用于探知各種環(huán)境中的各種信息，應(yīng)用在救援、軍事、民用等多個(gè)領(lǐng)域。
- 詳細(xì)介紹：
- ? 移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Mobile Wireless Sensor Network, MWSN） 傳統(tǒng)的靜態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由大量部署在觀測環(huán)境中的微型廉價(jià)低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)通過多跳通信方式形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。傳感器節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)采集、處理、無線通信和自組織的能力，能協(xié)作地完成大規(guī)模復(fù)雜的監(jiān)測任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中通常只有少量的匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)發(fā)布命令和收集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的通信。 移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（MWSN）的概念最早出現(xiàn)在1991年，相對于已經(jīng)廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，MWSN近年來才引起人們的廣泛關(guān)注。MWSN由分散的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)除了具有傳統(tǒng)靜態(tài)節(jié)點(diǎn)的傳感、計(jì)算和通信能力外，還具有一定的機(jī)動(dòng)能力。對于一些危險(xiǎn)場合和動(dòng)態(tài)環(huán)境對象，如災(zāi)難現(xiàn)場緊急救援、建筑物內(nèi)危險(xiǎn)品泄漏等。傳統(tǒng)的WSN部署方法實(shí)現(xiàn)起來將十分困難甚至失效，而利用MWSN的機(jī)動(dòng)能力，問題將會(huì)迎刃而解。配備相關(guān)傳感器的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)地在現(xiàn)場部署開來，按預(yù)定的程序取得一個(gè)合適的分布密度和網(wǎng)絡(luò)覆蓋，及時(shí)傳回實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。 盡管節(jié)點(diǎn)移動(dòng)給MWSN的設(shè)計(jì)帶來諸多問題和挑戰(zhàn)，MWSN在使用方面具有傳統(tǒng)靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)所不具有的優(yōu)點(diǎn)： a) MWSN具有更有效的能量利用效率。 b) 相比靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，MWSN有更大的通道容量。 c) MWSN可以更好地觀察目標(biāo)，具有更好的視野或更近的觀察距離。 d) 可移動(dòng)性可以使傳感器節(jié)點(diǎn)之間擁有更好的通信質(zhì)量。 e) 數(shù)據(jù)保真度的增加。 ? 飛行機(jī)器人（Micro Flying Robot） 飛行機(jī)器人是一種小型的、無人駕駛的、并具有一定自主能力的飛行器，其設(shè)計(jì)的主要目的是作為獨(dú)立的觀察裝置。飛行機(jī)器人不是載人飛行器的一種替代品，它的特性令其能夠完全適應(yīng)更為復(fù)雜的環(huán)境，這使得飛行機(jī)器人成為一種新的概念。從小型飛機(jī)到氣動(dòng)力微型直升機(jī)，它們具有不同的形狀、大小和外觀設(shè)計(jì)，偶爾攜帶小型負(fù)載。 飛行機(jī)器人應(yīng)用廣泛，軍事用途是它發(fā)展的潛在推動(dòng)的主要因素，當(dāng)然飛行機(jī)器人也被用于商業(yè)和科學(xué)研究中。在執(zhí)行建筑物內(nèi)的偵察任務(wù)時(shí)，飛行機(jī)器人可以迅速執(zhí)行穿越走廊、爬行、或穿過建筑物的通風(fēng)系統(tǒng)等任務(wù)。在人類不能進(jìn)入或地面車輛無法進(jìn)入的危險(xiǎn)環(huán)境，飛行機(jī)器人也可以完成搜尋工作。飛行機(jī)器人的其它應(yīng)用也有很多，比如標(biāo)記、定位和通信等。 ? 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)（Flying Sensor Network）概念及意義 當(dāng)前，移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的子節(jié)點(diǎn)會(huì)遇到計(jì)算能力的瓶頸，這在很大程度上限制了它的應(yīng)用范圍。為此，我們提出了“飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)”概念，用具有很強(qiáng)計(jì)算和感知能力的飛行機(jī)器人作為移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的子節(jié)點(diǎn)，并配以一些地面移動(dòng)基站進(jìn)行輔助通訊和計(jì)算，并通過無線方式進(jìn)行信息傳輸。相對于獨(dú)立個(gè)體的飛行機(jī)器人，飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)在極端環(huán)境下具有更為強(qiáng)大的處理和活動(dòng)能力，特別是對于無法估計(jì)或具有不確定性的任務(wù)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)融合了飛行機(jī)器人和移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新概念，其基本節(jié)點(diǎn)是多個(gè)在空間分布的、可自主飛行的、具有很強(qiáng)計(jì)算和感知能力的微型飛行機(jī)器人。為了擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，地面移動(dòng)機(jī)器人作為飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)中的基站，融合并處理各種傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃。多個(gè)飛行機(jī)器人與多個(gè)地面移動(dòng)機(jī)器人協(xié)同合作，探知環(huán)境中的各種信息。飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)具有重要的理論研究價(jià)值，可應(yīng)用于救援、軍事、民用等多個(gè)領(lǐng)域。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)融合了飛行機(jī)器人和移動(dòng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(MWSN)的技術(shù)。較傳統(tǒng)的靜態(tài)傳感器網(wǎng)絡(luò)，MWSN具有更有效的能量利用效率，更大的通道容量，可以更好地觀察目標(biāo)，具有更好的視野或更近的觀察距離，其可移動(dòng)性可以使傳感器節(jié)點(diǎn)之間擁有更好的通信質(zhì)量，增加了數(shù)據(jù)保真度。飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)用具有很強(qiáng)計(jì)算和感知能力的飛行機(jī)器人作為MWSN的子節(jié)點(diǎn)，并配以一些地面移動(dòng)基站進(jìn)行輔助通訊和計(jì)算，并通過無線方式進(jìn)行信息傳輸。相對于獨(dú)立個(gè)體的飛行機(jī)器人，飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)在極端環(huán)境下具有更為強(qiáng)大的處理和活動(dòng)能力，特別是對于無法估計(jì)或具有不確定性的任務(wù)。比如，地震后的搜索和救援工作。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 作為中國高校的代表，參加了2010年10月在上海召開的微軟亞太區(qū)技術(shù)節(jié)。
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 擬申請2～3項(xiàng)專利，其中包括“嵌入式多傳感器融合技術(shù)”等，并以普通許可的方式與企業(yè)進(jìn)行合作。
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)可將傳感器網(wǎng)絡(luò)立體化、集成化，可以綜合多個(gè)飛行器得到的數(shù)據(jù)，更加全面可靠的反映偵測目標(biāo)的相對狀態(tài)，是集合多領(lǐng)域技術(shù)的綜合系統(tǒng)；利用了WiFi與ZigBee的優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)各類型數(shù)據(jù)的傳輸。飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)包括若干采集數(shù)據(jù)的飛行機(jī)器人和用于處理通訊中轉(zhuǎn)的地面移動(dòng)基站，具有極強(qiáng)的展示效果，在許多領(lǐng)域?qū)?huì)得到廣泛的應(yīng)用，如勘探、救援、軍事等領(lǐng)域。
同類課題研究水平概述
- 飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)，在國內(nèi)迄今為止還無法查詢到相關(guān)的研究成果。在國外，尤其在美國，最近幾年已經(jīng)有一些研究者開始關(guān)注類似的領(lǐng)域，美國空軍學(xué)院的研究小組提出了多個(gè)無人機(jī)的合作搜索算法，其中提出了針對多個(gè)無人機(jī)的基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的Sigma-Point Kalman濾波，這種濾波方法是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的，相對于傳統(tǒng)的Kalman濾波和Extended Kalman濾波具有更優(yōu)的效果。由電氣與計(jì)算機(jī)工程系美空軍學(xué)院的Pedro DeLima等人使用Kalman濾波技術(shù)來減少多個(gè)無人機(jī)傳感器目標(biāo)定位誤差和定位時(shí)間的方法。英國劍橋大學(xué)的C. Kemp和T. Drummond提出了通過最優(yōu)分割方法來動(dòng)態(tài)地聚類測量數(shù)據(jù)以助于多個(gè)飛行機(jī)器人實(shí)時(shí)跟蹤的方法。德雷克塞爾大學(xué)的Flow William E等人曾介紹了一種原型為CQAR的飛行機(jī)器人，這種飛行機(jī)器人有在建筑物周邊和內(nèi)部飛行的能力，且設(shè)計(jì)其有一種深度“知覺”，讓多個(gè)飛行機(jī)器人合作，自動(dòng)躲避障礙和在照明條件不好的情況下飛行。日本東京大學(xué)的HOSOI KAZUHIRO等人利用了多個(gè)飛行機(jī)器人進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境下合作定位的算法，讓每個(gè)飛行機(jī)器人都計(jì)算各自的相對位置，然后利用蒙特卡洛定位方法減少不確定因素。美國MIT的Mac Schwager等人利用了多個(gè)飛行機(jī)器人朝向地面的攝像頭，進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的算法，是利用飛行機(jī)器人作為研究載體，進(jìn)行多視角下圖像拼接的研究，屬于視覺領(lǐng)域的研究工作。西班牙塞維利亞大學(xué)的Juan Jos′e Rebollo等人進(jìn)行了多個(gè)非合作的飛行機(jī)器人避障算法的研究，其研究默認(rèn)地圖已知，在各個(gè)飛行機(jī)器人路徑規(guī)劃的結(jié)果中，利用搜索樹的方法尋找一條最安全的通路，其成果無法應(yīng)用于未知空間的探索中。 綜上所述，當(dāng)前國內(nèi)外的研究，大都停留在單個(gè)飛行機(jī)器人的控制算法研究上，對多個(gè)飛行機(jī)器人的配合工作的問題上還缺乏深入有效的研究，大都用仿真的手段驗(yàn)證其算法的效能，還未見到有成熟的實(shí)際系統(tǒng)支持相關(guān)的理論，同時(shí)這些研究工作都未將飛行機(jī)器人的協(xié)調(diào)工作上升到網(wǎng)絡(luò)的高度。而本作品的飛行傳感器網(wǎng)絡(luò)，將地面移動(dòng)機(jī)器人與飛行機(jī)器人結(jié)合，是一個(gè)更為龐大和復(fù)雜的系統(tǒng)，是一個(gè)分層控制的體系結(jié)構(gòu)。本作品結(jié)合了當(dāng)前國內(nèi)外的研究成果，并且提出了更多新的研究方向。
