不確定性知識(shí)的灰色定性表達(dá)及其在機(jī)器人定位中的應(yīng)用研究.pdf

1、獲取環(huán)境信息，對(duì)信息的不確定性或不完備性進(jìn)行處理以形成系統(tǒng)的、能夠?qū)嶋H應(yīng)用的知識(shí)，并實(shí)現(xiàn)知識(shí)的存儲(chǔ)、表達(dá)是智能體產(chǎn)生高級(jí)智能行為的先決條件。通過學(xué)習(xí)和累積知識(shí)，人類能夠融合消除冗余信息、聯(lián)想補(bǔ)充匱乏信息以降低主觀原因（認(rèn)知能力或記憶能力受限制等）造成的信息的不確定性或不完備性，并基于獲得的知識(shí)產(chǎn)生目標(biāo)明確、規(guī)范可信的行為。移動(dòng)機(jī)器人作為典型的智能體，已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)及日常生活的各個(gè)方面。高度擬人化，具備情景感知、人機(jī)交互能力的移動(dòng)機(jī)

2、器人也逐步走出實(shí)驗(yàn)室，面向普羅大眾并服務(wù)日常生活。一般，由于所處環(huán)境的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性，特別受自身認(rèn)知能力（傳感器信息的精度低、信息處理能力差等等）的限制，移動(dòng)機(jī)器人感知獲取的外界環(huán)境信息存在不確定性或是不完備的，也稱為機(jī)器人視角的主觀不確定性信息。如何像人類那樣，抽象、加工不確定性或不完備性信息，實(shí)現(xiàn)主觀不確定性信息的形式化、規(guī)范化、擬人化表達(dá)，并基于處理后的結(jié)果完成移動(dòng)機(jī)器人定位等任務(wù)，對(duì)進(jìn)一步提升移動(dòng)機(jī)器人的智能度具有迫切而重要的意

3、義，是當(dāng)前人工智能學(xué)者們的重要研究任務(wù)。為處理主觀不確定性信息，必須建立其符號(hào)化表示體系，并給出該體系的度量標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步，為實(shí)現(xiàn)基于不確定性信息的擬人化推理、決策方式，還必須建立基于上述符號(hào)化表示及度量體系的定性推理規(guī)則。本研究借鑒灰色系統(tǒng)理論在主觀不確定性信息表示方面的優(yōu)勢(shì)并加以拓展，同時(shí)引入概率統(tǒng)計(jì)的相關(guān)理論知識(shí)，建立了以灰概率測(cè)度集為核心的主觀不確定性信息的符號(hào)化表示及度量體系。結(jié)合定性推理理論在模擬人類智能實(shí)現(xiàn)問題分析、決策方面

4、的優(yōu)勢(shì)，建立了主觀不確定性信息的灰色定性表達(dá)方法，并將其應(yīng)用于移動(dòng)機(jī)器人定位的相關(guān)應(yīng)用中。研究結(jié)果表明，基于該方法提出的不確定性信息處理算法在機(jī)器人全局定位及位姿跟蹤中具備魯棒性高、容錯(cuò)力強(qiáng)等比較優(yōu)勢(shì)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)傳統(tǒng)二維區(qū)間灰數(shù)在描述高維（三維或更高維）信息時(shí)存在不足的問題，結(jié)合定性理論采用路標(biāo)值（landmark values）實(shí)現(xiàn)定量信息定性描述的特點(diǎn)，建立了灰色定性量空間，實(shí)現(xiàn)任意維度主觀不確定性信息的

5、灰色定性表達(dá)，并定義了廣義白化函數(shù)實(shí)現(xiàn)不確定性信息的白化;進(jìn)一步，基于灰色定性量空間，定義了定性推理的規(guī)則，提出了一種不確定性信息的融合、推理及決策方法。⑵基于建立的灰色定性空間及定性推理規(guī)則，模擬人類智能處理不確定性信息的模式，建立了智能體在學(xué)習(xí)過程中處理主觀（智能體視角）不確定性信息的模型，強(qiáng)調(diào)處理過程的漸進(jìn)性，也即隨著主觀不確定性信息量的增加，通過融合和推理當(dāng)前已有的信息，降低信息的不確定性。⑶將灰色定性理論應(yīng)用到不確定性信息處理

6、過程中，實(shí)現(xiàn)特征位置信息的擴(kuò)展，建立了拓展灰色定性地圖。根據(jù)人類環(huán)境認(rèn)知過程的層次化特點(diǎn)，從機(jī)器人的視角，對(duì)環(huán)境進(jìn)行了多層次的劃分;數(shù)據(jù)處理過程中，不再僅僅追求傳感器數(shù)據(jù)的精確表達(dá)，而是尋求機(jī)器人對(duì)精度的需求與傳感器精度及算法處理能力之間的平衡。在移動(dòng)機(jī)器人全局定位中，該模型在魯棒性、方便人機(jī)交互方面具備一定的優(yōu)勢(shì)。⑷結(jié)合灰色定性理論與卡爾曼濾波技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)機(jī)器人狀態(tài)及觀測(cè)方程的動(dòng)態(tài)創(chuàng)建，并基于實(shí)時(shí)創(chuàng)建的狀態(tài)及觀測(cè)方程實(shí)現(xiàn)機(jī)器

7、人位姿及環(huán)境中特征位置的實(shí)時(shí)估計(jì)。通過引入灰色定性地圖中的局部地圖匹配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人朝向角的估計(jì)、校正。在移動(dòng)機(jī)器人位姿跟蹤的應(yīng)用中，該研究結(jié)果在跟蹤精度及容錯(cuò)性方面具有比較優(yōu)勢(shì)。⑸基于灰色定性理論，研究機(jī)器人傳感器獲取的環(huán)境信息的區(qū)間化表達(dá)及度量體系，形成了灰概率測(cè)度集。該體系主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:利用灰色定性理論在主觀不確定性信息表達(dá)方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了主觀不確定性信息的區(qū)間化表達(dá)，建立了區(qū)間的漸進(jìn)融合規(guī)則;結(jié)合概率統(tǒng)計(jì)中σ-代