约阿希姆·克莱门斯;托马斯·雷内金;托拜厄斯·克劳斯 SLAM、路径规划和主动探索的证据方法。 （英语） Zbl 1352.68257号 国际J近似推理 73，1-26（2016）. 概述：由于与感知和动作相关的固有不确定性，概率论已成为移动机器人领域的标准框架。在本文中，我们表明，在机器人领域，信念函数理论能够区分不同类型的不确定性，与概率方法相比，它能够提供显著的优势。为此，我们提出了基于信念函数的同步定位与映射（SLAM）和规划基本问题的解决方案。对于SLAM，我们展示了如何使用Rao-Blackwellized粒子滤波器对地图上的联合信念函数和机器人的姿态进行分解和有效近似，从而推广了流行的概率FastSLAM算法。我们的SLAM算法生成了占用网格图，其中信念函数明确表示了与概率网格图相比有关缺失和冲突测量的额外信息。该SLAM算法的基础是正向和反向传感器模型，我们为声纳和激光扫描仪等距离传感器提供了通用的证据模型。使用生成的证据网格图，我们展示了如何为路径规划和主动探索做出最佳决策。为了证明我们的证据方法的有效性，我们将其应用于两个真实世界的数据集，其中移动机器人必须探索未知环境并解决不同的规划问题。最后，我们提供了一个定量评估，并表明证据方法在地图质量和导航性能方面都优于概率方法。 引用于1文件 MSC公司： 68T40型 机器人人工智能 68层37 人工智能背景下的不确定性推理 关键词：信念函数;SLAM公司;路径规划;主动勘探 软件：快速SLAM PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{J.Clemens}等人，《国际近似推理》73，1--26（2016；Zbl 1352.68257） 全文： 内政部 参考文献： [1] 杜兰·怀特，H。；Bailey，T.，《同步定位和绘图：第一部分，IEEE机器人》。自动。Mag.，13，2，99-110（2006） [2] Thrun，S.，《机器人地图：一项调查》，1-35（2002），Morgan Kaufmann:Morgan Koufmann San Francisco，CA，Ch 1 [3] Elfes，A.，《使用占用网格进行移动机器人感知和导航》，计算机，22，6，46-57（1989） [4] Murphy，K.P.，动态环境中的贝叶斯地图学习，（NIPS（1999）），1015-1021 [5] 哈内尔，D。；伯加德，W。；福克斯，D。；Thrun，S.，《从原始激光测距测量生成大规模循环环境地图的高效FastSLAM算法》，（2003年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议论文集，2003年（IROS 2003），第1卷（2003），IEEE），第206-211页 [6] Eliazar，A。；Parr，R.，DP-SLAM：无预定地标的快速、稳健的同步定位和绘图，（国际人工智能联合会议，第18卷（2003）），1135-1142 [7] 格里塞蒂，G。；斯泰尼斯，C。；Burgard，W.，用Rao Blackwellized粒子滤波器改进网格映射技术，IEEE Trans。机器人。，23, 34-46 (2007) [8] Choi，Y.-H。；哦，S.-Y.，复杂环境中基于网格的可视SLAM，J.Intell。机器人。系统。，50, 3, 241-255 (2007) [9] 亚当斯，M。；Vo、B.-N。；马勒，R。；Mullane，J.，SLAM获得博士学位：地图估算新概念，IEEE Robot。自动。Mag.，21，2，26-37（2014） [10] 卡桑德拉，A.R。；Kaelbling，L.P。；Kurien，J.A.，《不确定性下的行动：移动机器人导航的离散贝叶斯模型》（IROS 96）。IROS 96，《1996年IEEE/RSJ智能机器人和系统国际会议论文集》96，第2卷（1996），963-972 [11] Meyer，J.-A。；Filliat，D.，移动机器人中基于地图的导航：II。地图学习和路径规划策略综述，Cogn。系统。第4、4、283-317号决议（2003年） [12] 伯加德，W。；摩尔，M。；福克斯，D。；西蒙斯，R。；Thrun，S.，《协作多机器人探索》（ICRA'00）。ICRA’00，IEEE机器人与自动化国际会议论文集，2000年，第1卷（2000），IEEE），476-481 [13] 斯泰尼斯，C。；格里塞蒂，G。；Burgard，W.，《使用Rao-Blackwellized粒子过滤器进行基于信息增益的探索》（Robotics:Science and Systems，vol.2（2005）），第65-72页 [14] Reineking，T。；Clemens，J.，证据网格图中的不确定性维度，（Freksa，C.；Nebel，B.；Hegarty，M.；Barkowsky，T.，《空间认知IX.空间认知IX》，《计算机科学讲义》，第8684卷（2014），斯普林格国际出版公司），283-298 [15] Shafer，G.，《证据的数学理论》（1976），普林斯顿大学出版社：普林斯顿大学出版，新泽西州普林斯顿·Zbl 0359.62002号 [16] Smets，P。；Kennes，R.，可转移信念模型，Artif。整数。，66, 191-234 (1994) ·Zbl 0807.68087号 [17] 帕加克，D。；Nebot，E.M。；Durrant Whyte，H.，《自动驾驶汽车地图构建的证据方法》，IEEE Trans。机器人。自动。，14623-629（1998年） [18] Yang，T。；艾特肯，V.，《带距离传感器的移动机器人的证据映射》，IEEE Trans。仪器。测量。，55, 4, 1422-1429 (2006) [19] 马兰，J。；医学博士亚当斯。；Wijesoma，W.S.，雷达地图构建的证据与贝叶斯估计，（第九届控制、自动化、机器人和视觉国际会议，第九届国际控制、自动化，机器人和视觉会议，ICARCV'06（2006），IEEE），1-8 [20] 莫拉斯，J。；Dezert，J。；Pannetier，B.，基于信念函数和PCR6的环境感知网格占用率估计，（信号处理、传感器/信息融合和目标识别XXIV.信号处理、传感/信息融合以及目标识别XXIV，SPIE程序，第9474卷（2015）），第94740P条，pp。 [21] 李，X。；黄，X。；Dezert，J。；段，L。；Wang，M.，DSmT在声纳栅格地图构建中的成功应用，以及与基于DST的方法的比较，Int.J.Innov。计算。信息控制，3，3，539-549（2007） [22] 里博，M。；Pinz，A.，《构建基于声纳的占用网格的三种不确定性计算的比较》，Robot。自动。系统。，35, 3-4, 201-209 (2001) ·Zbl 1014.68175号 [23] Kurdej，M。；莫拉斯，J。；谢尔法伊，V。；Bonnifait，P.，利用地理数据控制证据网格中的剩磁，用于动态场景感知，国际期刊近似原因。，55，1，第3部分，355-375（2014），信念函数的理论和应用-信念2012 [24] 莫拉斯，J。；谢尔法伊，V。；Bonnifait，P.，动态环境中车辆感知的信用占用网格，（机器人与自动化国际会议（ICRA）（2011）），84-89 [25] 艾克·T。；格拉布，B。；克尼格，F。；Hoetter，M.，基于证据的反向传感器模型内部冲突分析，（智能车辆研讨会。智能车辆研讨会，2009年（2009年），IEEE），1236-1240 [26] Lozano-Pérez，T。；Wesley，M.A.，规划多面体障碍物之间无碰撞路径的算法，Commun。美国医学会，22，10，560-570（1979） [27] Raja，P。；Pugazhenthi，S.，《移动机器人的最优路径规划：综述》，《国际物理杂志》。科学。，7, 9, 1314-1320 (2012) [28] Ferguson，D。；斯坦茨，A。；Thrun，S.，Pao，《带隐藏状态的规划》（IEEE机器人与自动化国际会议，2004年）。IEEE机器人与自动化国际会议，2004年，2004年。IEEE机器人与自动化国际会议，2004年。IEEE机器人技术和自动化国际会议，2004年，2004，ICRA会议记录，第3卷（2004），IEEE），2840-2847 [29] Salani，M。；Duyckaerts，G。；Swartz，P.G.，《车辆路线中避免有价值交付的埋伏》，J.Transp。安全。，3, 1, 41-55 (2010) [30] Myers，K.L.，《CPEF:持续规划和执行框架》，AI Mag.，20，4，63（1999） [31] 利哈切夫，M。；Stentz，A.，路径间隙，IEEE Robot。自动。Mag.，16，2，62-72（2009） [32] 博内，B。；Geffner，H.，《在信念空间中用不完全信息作为启发式搜索的规划》，（第六届规划系统人工智能国际会议论文集（2000年），AAAI出版社），52-61 [33] 柯尼格，S。；Simmons，R.G.，使用实时启发式搜索解决具有初始姿态不确定性的机器人导航问题，（AIPS，Citeser（1998）），145-153 [34] 柯尼希，S。；利哈切夫，M。；Furcy，D.，终身计划\（a\ast\），人工制品。整数。，155, 1, 93-146 (2004) ·Zbl 1085.68674号 [35] 姚南，W。；Yimin，Y。；Y.Xiaofang。；Yi，Z。；Z.Yuanli。；Feng，Y。；Lei，T.，基于可转移信念模型在动态环境中设计的自主移动机器人导航系统，Meas.：《国际计量杂志》。承认。，44, 8, 1389-1405 (2011) [36] Reineking，T。；Clemens，J.，网格映射的证据快速SLAM，（第16届信息融合国际会议（Fusion））。第十六届信息融合国际会议（Fusion），2013（2013），789-796 [37] 蒙特默罗，M。；特隆，S。；Koller博士。；Wegbreit，B.，《FastSLAM：同时定位和绘图问题的分解解决方案》，（《国家人工智能会议论文集》（2002）），593-598 [38] Reineking，T.，《信念函数：理论和算法》（2014年2月），不来梅大学：不来梅分校，URL [39] 特隆，S。；福克斯，D。；伯加德，W。；Dellaert，F.，移动机器人的鲁棒蒙特卡罗定位，Artif。整数。，128, 1-2, 99-141 (2001) ·Zbl 0971.68162号 [40] Smets，P.，《信念函数：组合的析取规则和广义贝叶斯定理》，Int.J.近似推理。，9, 1-35 (1993) ·Zbl 0796.68177号 [41] Dubois，D。；Prade，H.，《关于Dempster组合规则的唯一性》，《Int.J.Intell》。系统。，1, 2, 133-142 (1986) ·Zbl 0641.68159号 [42] Kurdej，M。；莫拉斯，J。；谢尔法伊，V。；Bonnifait，P.，驾驶场景理解的地图辅助证据网格，Intell。运输。系统。IEEE杂志，7，1，30-41（2015） [43] Smets，P.，《信念函数》（Smet，P.；Mamdani，E.H.；Dubois，D.；Prade，H.，《自动推理的非标准逻辑》（1988），学术出版社：伦敦学术出版社），253-286·Zbl 0669.03002号 [44] Doucet，A。；De Freitas，N。；墨菲，K。；Russell，S.，Rao-Blackwellied粒子滤波在动态贝叶斯网络中的应用（第十六届人工智能不确定性会议论文集（2000）），176-183 [45] Doucet，A。；德弗里塔斯，N。；Gordon，N.，《序贯蒙特卡罗方法在实践中的应用》（2001），《斯普林格科学与商业：斯普林格科技与商业媒体》·Zbl 0967.00022号 [46] Puterman，M.L.，《马尔可夫决策过程：离散随机动态规划》（1994），威利出版社·Zbl 0829.90134号 [47] Howard，R.A.，《动态规划和马尔可夫过程》（1960），麻省理工出版社·Zbl 0091.16001号 [48] Ertin，E。；费希尔，J.W。；Potter，L.C.，动态传感器查询问题的最大互信息原理，（Zhao，F.；Guibas，L.，传感器网络中的信息处理。传感器网络中的信息处理，计算机科学讲义，第2634卷（2003），施普林格：施普林格-柏林，海德堡），405-416·Zbl 1027.68797号 [49] 伯加德，W。；摩尔，M。；斯泰尼斯，C。；Schneider，F.E.，协调多机器人探索，IEEE Trans。机器人。，21, 3, 376-386 (2005) [50] 罗素，S。；Norvig，P.，《人工智能：现代方法》（2003），普伦蒂斯·霍尔 [51] 特隆，S。；伯加德，W。；Fox，D.，《概率机器人学》（2005年），麻省理工学院出版社：麻省理学院出版社，剑桥·Zbl 1081.68703号 [52] Kaelbling，L.P。；利特曼，M.L。；Cassandra，A.R.，《部分可观测随机域中的规划和行动》，Artif。整数。，101，1，99-134（1998年）·Zbl 0908.68165号 [53] Smets，P.，《TBM中的决策：pignistic转变的必要性》，《国际期刊近似理由》。，38, 133-147 (2005) ·Zbl 1065.68098号 [54] Shannon，C.E.，《通信数学理论》，贝尔系统。《技术期刊》，27，379-423（1948）·Zbl 1154.94303号 [55] Klir，G。；Yuan，B.，《模糊集与模糊逻辑：理论与应用》（1995），普伦蒂斯·霍尔：新泽西普伦蒂斯霍尔出版社·Zbl 0915.03001号 [56] Klir，G.J.，《不确定性与信息：广义信息理论基础》（2005），威利出版社 [57] Yager，R.R.，《证据数学理论中的熵和特异性》，《国际遗传系统杂志》。，9, 4, 249-260 (1983) ·Zbl 0521.94008号 [58] Klir，G。；Smith，R.，《基于测量不确定性和不确定性的信息：最新发展》，《数学年鉴》。Artif公司。整数。，32, 1-4, 5-33 (2001) ·Zbl 1314.68311号 [59] Jousselme，A.-L。；刘，C。；格雷尼尔，D。；Bossé，E.，《衡量证据理论中的模糊性》，IEEE Trans。系统。人类网络。，A部分，系统。Hum.，36，5，890-903（2006） [60] Hartley，R.V.L.，信息传输，贝尔系统。《技术期刊》，7，3，535-563（1928） [61] W.F.Caselton。；Luo，W.，《概率不精确的决策：Dempster-Shafer理论与应用》，《水资源》。研究，28，12，3071-3083（1992） [62] Denœux，T.，基于Dempster-Shafer理论的k近邻分类规则，IEEE Trans。系统。人类网络。，25, 5, 804-813 (1995) [63] 卢·F。；Milios，E.，用于环境映射的全球一致范围扫描对准，Auton。机器人，4，4，333-349（1997） [64] 甘比诺，F。；Ulivi，G。；Vendittelli，M.，《超声波地图构建中的可转移信念模型》，（第六届IEEE模糊系统国际会议论文集，第1卷（1997），IEEE），601-608 [65] Smets，P.，实数上的信念函数，Int.J.近似推理。，40, 3, 181-223 (2005) ·Zbl 1110.68149号 [66] Yager，R.R.，《Dempster-Shafer不确定性下的决策》，《国际遗传系统杂志》。，20233-245（1992年）·Zbl 0756.90005号 [67] 蒙特默罗，M。；特隆，S。；科勒，D。；Wegbreit，B.，FastSLAM 2.0：一种改进的粒子滤波算法，用于可证明收敛的同时定位和映射，（《国际人工智能联合会议论文集》，第18卷（2003）），1151-1156 [68] Thrun，S.，Learning occurrent grid maps with forward sensor models，汽车公司。机器人，15，2，111-127（2003） [69] 费尔菲尔德，N。；坎特，G。；Wettergreen，D.，《水下隧道勘探用八叉树证据网格实时SLAM》，J.Field Robot。，24, 1, 3-22 (2007) [70] 尼德迈尔，H。；克莱门斯，J。；Kowalski，J。；马赫特，S。；海宁，D。；霍夫曼，R。；Linder，P.，南极冰川研究冰探测器的导航系统，（位置、位置和导航研讨会。位置、位置与导航研讨会，PLANS 2014（2014），IEEE/ION，IEEE），959-975 [71] 克莱门斯，J。；Reineking，T.，《利用证据SLAM进行多传感器融合，以引导探测器穿过深冰》，（Cuzzolin，F.，《信念函数：理论与应用》，《信念功能：理论与运用》，计算机科学讲稿，第8764卷（2014），斯普林格国际出版公司），339-347 [72] Kowalski，J。；Linder，P。；齐尔克，S。；冯·沃尔芬，B。；克莱门斯，J。；Konstantinidis，K。；艾默雷斯，G。；Hoffmann，R.，《使用可操纵的融化探针探测冰川冰的导航技术》，《冷规科学》。技术。，123, 53-70 (2016) 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。