障碍物和视距限制下的多边形区域在线探索算法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61702242
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0201.计算机科学的基础理论
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Online exploration of a polygonal terrain is a hot research issue in computational geometry and robotics, which is widely applied to many fields such as exploration, search, and monitoring of robots. Methods of computational geometry and graph theory are based upon in this research, and the explored terrain is a general polygon or a rectilinear polygon. This research designs algorithms for a robot equipped with a vision system to explore the terrain. The robot has no knowledge of this terrain in advance. In view of the actual situation of exploration, constraints such as obstacles and visible range of a robot are added to study the polygonal terrain exploration via a robot in three different cases: obstacles in the area without range of visibility; no obstacles in the area with range of visibility; obstacles in the area with range of visibility. In the study of each case, modeling is made first by integrating the type of the polygon and the specific constraints to analyze the geometrical properties. And then, an exploration algorithm is designed according to the model properties, and competitive analysis is adopted to analyze the efficiency of the algorithm. Finally, a special submodel is designed to prove that no other algorithms can get a competitive ratio less than a certain fixed value with such model, and then the lower bound of the competitive ratio for such exploration model is given. This research program will provide new ideas and methods for exploration of polygonal terrains, and its achievements are of great significance and value for solving practical problems involving robotic exploration.
多边形区域的在线探索是计算几何学和机器人学中的一个热点研究问题,在机器人探索、搜索和监控等领域有着广泛的应用。本项目基于计算几何与图论的技术方法,将探索区域设定为一般多边形或直角多边形,研究在预先不知道探索区域几何信息的前提下,引导一个装备有视觉感知系统的机器人探索该区域的算法。考虑到探索中的实际情况,本项目先后引入障碍物和机器人视距的限制条件,研究有障碍物无视距、无障碍物有视距和有障碍物有视距三个场景下的多边形区域探索。在各场景的研究中,首先,结合多边形类型和限定条件建模并分析其几何特征,然后,根据模型特征设计探索算法,并使用竞争比来分析算法的效率,最后,通过设计一个特殊的子模型,证明任何算法在该模型下都得不到比某一固定值小的竞争比,给出该模型中探索算法的竞争比下界。本项目的研究将为多边形区域的探索提供新的思路和方法,其成果对于解决涉及机器人探索的诸多现实问题,具有重要的意义和价值。

结项摘要

本项目基于计算几何与图论的技术方法,在障碍物和视距限制的条件下,研究机器人在线探索未知多边形区域的高效算法。本项目的研究领域为计算几何,研究的问题为与机器人路径规划相关的基础理论问题,是对机器人搜索、探索、监控等领域中一些实际应用问题的抽象,不仅具有理论意义,还具有实际应用价值。本项目经过3年的实施,取得了如下重要成果。首先研究了街道弱感知模型的探索问题,给出了单机器人竞争比为9的在线算法,双机器人竞争比为3的在线算法,并通过给出相匹配的竞争比下界证明了算法的最优性;其次研究了网格多边形的探索问题,通过单元格分割,将探索整个区域等价地转换为访问到每个单元格,给出了竞争比为7/6的最优在线算法;最后研究了多边形外边界的探索问题,针对凸多边形,给出了竞争比为23.78的在线算法并证明下界为5,针对凹多边形,给出了竞争比为26.5的在线算法并证明下界为5.03。依托项目,经过项目组成员的共同努力,完成了15篇学术论文,其中SCI检索论文4篇,EI检索论文7篇,CSCD检索论文4篇;培养了5名硕士研究生,较好地完成了项目所赋予的研究任务。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(6)
专利数量(0)
单源点疏散问题的Online 探索算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    小型微型计算机系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡秀婷;谢玉莹;包敏泽;蒋波;杨玉晗
  • 通讯作者:
    杨玉晗
Walking an Unknown Street with Limited Sensing
行走在感知有限的未知街道上
  • DOI:
    10.1142/s0218001419590420
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    International Journal of Pattern Recognition and Artificial Intelligence
  • 影响因子:
    1.5
  • 作者:
    Qi Wei;Xuehou Tan;Yonggong Ren
  • 通讯作者:
    Yonggong Ren
基于多特征融合的云平台异常检测方法
  • DOI:
    10.16451/j.cnki.issn1003-6059.201811005
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    模式识别与人工智能
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张晶;任永功
  • 通讯作者:
    任永功
Marrying tracking with ELM: A Metric constraint guided multiple features fusion method
将跟踪与 ELM 结合起来:一种度量约束引导的多特征融合方法
  • DOI:
    10.1016/j.patrec.2019.01.011
  • 发表时间:
    2018-09
  • 期刊:
    Pattern Recognition Letters
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Zhang Jing;Ren Yonggong;Zhang Danyi
  • 通讯作者:
    Zhang Danyi
双弱感知能力机器人在线协作街道搜索算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    计算机科学与探索
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏琦;林韦达;吴彤;任永功
  • 通讯作者:
    任永功

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其他文献

从碳排放权交易角度谈治理兰州市大气污染的应用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
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    环境科学与管理
  • 影响因子:
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  • 作者:
    魏琦
  • 通讯作者:
    魏琦
甘肃省清洁发展机制项目的开发利用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    开放导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏琦;田漫漫
  • 通讯作者:
    田漫漫
轻集料吸水率对集料-水泥石界面区特性的影响
  • DOI:
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    张晓佳
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    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏琦;宋亚楠
  • 通讯作者:
    宋亚楠
城市街道犯罪行为的建成环境影响要素初探——以S市G城区为例
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    毛媛媛;顾佳丽;魏琦;殷玲
  • 通讯作者:
    殷玲

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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