JP2008507049A - 複数の分散エレメントによる自動探索システム及び方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書において、本発明の特定用途のための例示的な実施形態に関して説明するが、本発明はそれらに限定されないことを理解すべきである。本明細書中に提示される教示を利用できる当業者は、本発明の範囲内のさらなる修正形態、応用形態、及び実施形態、並びに本発明が特に役立つであろうさらなる分野を認識するであろう。
粒子管理
本発明の教示によれば、チームメンバ間の通信の必要性が最小限にされ、通信が妨害されても探索性能の低下が目立たない。これは、各チームメンバが全ての他のチームメンバをモデル化し、ロケーションが視覚的に又は通信により確認される度にそのモデルを更新するという事実に起因する。一時的な通信途絶は、時間が経つにつれて、チームメイトモデルの予測がチームメイト機の実際の移動から逸れる可能性があることを意味する。この逸脱は、輸送手段(航空機)の速度及び操縦性、予期せぬ障害物に遭遇する尤度、及び所与の粒子クラスタをどのように探索するかという決定関数において使用されるランダム性の量の関数である。図3及び図4は、所与のクラスタの探索を編成するための1つの可能な方法を示す。
ステップ60において中間点を選択するステップは、現在のクラスタ内の粒子を重要度(重み)、距離、及び他の要因によりソートし、向かうべき最良の粒子を選択することによって達成され得る。他の要因は、その粒子に向かうために必要な最大旋回半径等の、ロボットの移動性に関する考慮事項を含み得る。
操作画像(operational picture)のコヒーレンス
本発明の教示によれば、各ロボットに物体のロケーションが伝えられると、ロボットは、独自の粒子分布を作り出す。ここでもまた、擬似ガウス分布の作成にはランダムな要素が伴う。各ロボットは、移動するにつれて、そのセンサ範囲の粒子を或る確率で消去する。同様に、各ロボットは、そのチームメイトの移動(例えば、最後に報告された位置、測度、及び方位のまっすぐな延長)をモデル化し、自身のメモリ内の、チームメイトのセンサ範囲にある粒子を消去する。これは、各ロボットのメモリ内の同一物体に関する同一仮説の粒子分布間のいくらかの変形であり得る。これは、各ロボットが、同一の決定メトリックを実行しているにもかかわらず、いくらか異なるクラスタリングを行い、わずかに異なる時期に再クラスタリングを決定し得ることを意味する。
探索効率
或るエリアを移動物体について効率良く探索するために必要な機数は、探索エリアの地理的範囲、探索ロボットの速度及び探索対象物の可能な最高速度、並びに探索ロボットがそのセンサ範囲で物体を検出する尤度の関数である。
アーキテクチャ
図5は、本発明の教示を実施するようになっている例示的なロボット制御アーキテクチャのブロック図を示す。図5では、ハードウェアが矩形の枠で表され、ソフトウェアプロセスが丸みを帯びた枠又は楕円で表される。各ロボットは、無線トランシーバ102と、例としてレーザレーダ(LADAR)105、赤外線(IR)106及びカメラ107を含む内蔵センサ104とを備えるシステム100を有する。さらに、システム100は、信号及びデータプロセッサ110(破線で示す)を、全地球測位センサ108、運動制御サブシステム112及び運動アクチュエータ122とともに備える。
動作
「電子インテリジェンス」データ(ELINT)は、現場の人員からの確認報告と、インテリジェンスアナリストの理論と、衛星、航空機、及び他の情報源からのセンサデータとの融合である。ELINTの更新は不確定情報を表し、何かが疑わしく見えたり振舞ったりしても、それが敵のタンクであるのか、民間車両であるのか、スクールバスであるのか等の詳細な確認を得る必要がある。本発明の教示によれば、このようなメッセージが受信されると、各ロボット又はUAVはそれを、状況マップと呼ばれるローカルな動的データ構造に、各仮説を表す粒子のクラスタの形態で記録する。異なるクラスの粒子は、物体のアイデンティティに関する異なる仮説を、関連する危険レベル又は優先順位とともに表す。
粒子のクラスタリング
各UAVは、密な粒子エリアに誘引される。これは探索挙動を駆動する。特定の探索エリア又はタスクの割り当てについてチームメイトとネゴシエーションを行う必要性を回避するために、各UAVは、同一のクラスタリングアルゴリズムを用いて粒子を分割し、最も近いものを選択する。これは、単純な分散型タスク割り当て技法を実施する。UAVは、それらの位置に関する時折(数秒毎)のメッセージによって更新される互いの挙動をモデル化することによって探索を協調させる。
クラスタ内の探索
本発明の教示によれば、UAVは、自身に割り当てられたクラスタの重心に達すると、クラスタ内で向かうべき確率粒子を選択する。これは、単純に最も近い確率粒子へ進むこととすることもできるが、本発明では、操縦性の制約に応じて粒子の優先順位又は緊急度も考慮する。したがって、UAVは、バスの仮説をチェックする前にタンクの仮説粒子をチェックしなければならない。これは、クラスタ内の粒子を優先順位、距離、及び現在の速度ベクトルからのヨー(yaw)角によりソートすることによって実施される。優先順位が高く、距離が短く、必要なヨーが小さいものが最良である。いくらかのランダム性を加えるために、次の中間点は、上位20%の最良粒子からのランダムな選択であってもよい。
情報のコヒーレンスの問題
ELINTメッセージが新たな目標物を知らせると、各UAVは、メッセージ情報に基づいて独自の擬似ランダムな粒子分布を作り出す。以後のELINTメッセージは、目標物のロケーション及び/又はアイデンティティを更新しても、更新しなくてもよい。各UAVは、移動するにつれて、そのセンサフットプリント下の粒子を或る確率で消去する。同様に、各UAVは、そのチームメイトの移動(ここでは最後に報告された位置、速度、及び方位からの単純な線形補間)をモデル化し、各チームメイトのセンサ範囲の粒子を消去する。
Claims (81)
- 関心物体を検出する第1の手段と、
前記物体の挙動を予測する第2の手段と、
前記挙動を予測する手段に応答して前記第1の手段を前記物体へ導く第3の手段と、
を備える探索システム。 - 前記第1の手段、前記第2の手段及び前記第3の手段は移動プラットフォーム内に配設される、請求項1に記載の発明。
- 前記移動プラットフォームはロボットである、請求項2に記載の発明。
- 前記移動プラットフォームは無人機である、請求項3に記載の発明。
- 前記挙動を予測する手段は予測モデルを含む、請求項1に記載の発明。
- 前記モデルは一組の粒子の形態の確率分布を含む、請求項5に記載の発明。
- 前記第2の手段は、前記物体の前記挙動を反映するように前記粒子を移動させる手段を含む、請求項6に記載の発明。
- 前記第2の手段は、前記物体の各仮説アイデンティティ毎に1つずつの複数のモデルを含む、請求項7に記載の発明。
- 前記物体のロケーションに関する更新を受信する手段をさらに備える、請求項8に記載の発明。
- 前記物体のアイデンティティに関する更新を受信する手段をさらに備える、請求項9に記載の発明。
- 前記更新は前記物体に関する確率情報を含む、請求項10に記載の発明。
- 前記更新の頻度又は入手可能性は不確定である、請求項11に記載の発明。
- 前記第1の手段は探索エリア内で導かれる、請求項6に記載の発明。
- 前記第1の手段、前記第2の手段及び前記第3の手段は移動プラットフォーム内に配設される、請求項13に記載の発明。
- 前記移動プラットフォームはロボットである、請求項14に記載の発明。
- 前記システムは複数のロボットを含む、請求項15に記載の発明。
- 前記モデルは、各ロボットを前記探索空間の一意のエリアを探索するように導くようになっている、請求項16に記載の発明。
- 前記モデルは、粒子の形態の確率分布を用いて、各ロボットを前記探索空間の一意のエリアを探索するように導くようになっている、請求項17に記載の発明。
- 前記モデルは、前記粒子を各探索機につき1つの群に分けるクラスタリング技法を用いて、各ロボットを前記探索空間の一意のエリアを探索するように導くようになっている、請求項18に記載の発明。
- 前記モデルは、ロボットを粒子群に一意に割り当てるようになっている、請求項18に記載の発明。
- 前記モデルは、ロボットを粒子群に、該ロボットの所定の特性を用いて各ロボットによって計算される方法で割り当てるようになっている、請求項18に記載の発明。
- 前記クラスタリング技法はK平均である、請求項19に記載の発明。
- 前記粒子の前記確率分布はクラスタである、請求項19に記載の発明。
- 前記ロボットの各々は、前記モデルにより選択されたそれぞれのクラスタを探索するように導かれる、請求項23に記載の発明。
- 各ロボットの各第3の手段は、その前記第1の手段を前記粒子の確率分布の質量中心へ導くようになっている、請求項24に記載の発明。
- 前記モデルは、各ロボットの前記検出器を、該モデルにより選択された前記クラスタ内の前記粒子のうちの選択された1つへ導くようになっている、請求項24に記載の発明。
- 各ロボットは、そのセンサ及び他の探索機のセンサにより観測される前記探索空間の前記エリアを表す粒子を排除する、請求項26に記載の発明。
- 前記排除された粒子の各々は、所定時間後に再び現れる、請求項26に記載の発明。
- 前記モデルは、各ロボットが関心物体に関して追加情報を得ると、その関心物体に関連する粒子の分布又は密度が、該新たな情報をより正確に表すように変更されるようになっている、請求項26に記載の発明。
- 前記粒子を用いて前記物体を追跡する手段を備える、請求項18に記載の発明。
- 他のロボットに関する更新を受信する手段をさらに備える、請求項16に記載の発明。
- 他の探索機の活動に関する更新の時間間隔において該他の探索機の活動をモデル化する手段をさらに備える、請求項31に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機のロケーションに関する情報を含む、請求項32に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の現在の注視焦点に関する情報を含む、請求項32に記載の発明。
- 前記現在の注視焦点は、探索機の物理センサの対象領域である、請求項34に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の前の注視点に関する情報を含む、請求項32に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の速度に関する情報を含む、請求項32に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の将来の移動に関する情報を含む、請求項32に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機により確認された物体の特性に関する情報を含む、請求項32に記載の発明。
- 前記挙動は、3Dの物理的な空間における移動である、請求項1に記載の発明。
- 前記挙動は、変化する観測可能な特性を伴う、請求項1に記載の発明。
- 前記挙動は、非物理的なデータ空間における移動である、請求項1に記載の発明。
- 複数の移動プラットフォームと、
各プラットフォームに搭載されて関心物体を検出する検出器と、
各プラットフォームに搭載されて前記物体の挙動を予測するとともに、予測された挙動に応答してそれぞれのプラットフォームを前記物体へ導くプロセッサと、
を備える探索システム。 - 前記プロセッサは、予測モデルを含むソフトウェアを実行する、請求項43に記載の発明。
- 前記モデルは一組の粒子の形態の確率分布を含む、請求項44に記載の発明。
- 前記モデルは、前記物体の前記挙動を反映するように前記粒子を移動させる、請求項45に記載の発明。
- 前記モデルは、複数のモデルを前記物体の各仮説アイデンティティ毎に1つずつ含む、請求項46に記載の発明。
- 前記モデルは、前記物体のロケーションに関する更新を受信するようになっている、請求項47に記載の発明。
- 前記モデルは、前記物体のアイデンティティに関する更新を受信するようになっている、請求項48に記載の発明。
- 前記更新は前記物体に関する確率情報を含む、請求項49に記載の発明。
- 前記更新の頻度又は入手可能性は不確定である、請求項50に記載の発明。
- 前記検出器は探索エリア内で導かれる、請求項43に記載の発明。
- 前記移動プラットフォームはロボットである、請求項52に記載の発明。
- 前記システムは複数のロボットを含む、請求項53に記載の発明。
- 前記モデルは、各ロボットを前記探索空間の一意のエリアを探索するように導くようになっている、請求項54に記載の発明。
- 前記モデルは、粒子の形態の確率分布を用いて、各ロボットを前記探索空間の一意のエリアを探索するように導くようになっている、請求項55に記載の発明。
- 前記モデルは、前記粒子を各探索機につき1つの群に分けるクラスタリング技法を用いて、各ロボットを前記探索空間の一意のエリアを探索するように導くようになっている、請求項56に記載の発明。
- 前記クラスタリング技法はK平均である、請求項57に記載の発明。
- 前記モデルは、ロボットを粒子群に一意に割り当てるようになっている、請求項57に記載の発明。
- 前記モデルは、ロボットを粒子群に、該ロボットの所定の特性を用いて各ロボットによって計算される方法で割り当てるようになっている、請求項57に記載の発明。
- 前記粒子の前記確率分布はクラスタである、請求項60に記載の発明。
- 前記ロボットの各々は、前記モデルにより選択されたそれぞれのクラスタを探索するように導かれる、請求項61に記載の発明。
- 各ロボットの各第3の手段は、その前記第1の手段を前記粒子の確率分布の質量中心へ導くようになっている、請求項62に記載の発明。
- 前記モデルは、各ロボットの前記検出器を、該モデルにより選択された前記クラスタ内の前記粒子のうちの選択された1つへ導くようになっている、請求項62に記載の発明。
- 各ロボットは、そのセンサ及び他の探索機のセンサにより観測される前記探索空間の前記エリアを表す粒子を除去する、請求項64に記載の発明。
- 前記除去された粒子の各々は、所定時間後に再び現れる、請求項64に記載の発明。
- 前記モデルは、各ロボットが関心物体に関して追加情報を得ると、その関心物体に関連する粒子の分布又は密度が、該新たな情報をより正確に表すように変更されるようになっている、請求項64に記載の発明。
- 前記粒子を用いて前記物体を追跡する手段を備える、請求項43に記載の発明。
- 他のロボットに関する更新を受信する手段をさらに備える、請求項53に記載の発明。
- 他の探索機の活動に関する更新の時間間隔において該他の探索機の活動をモデル化する手段をさらに備える、請求項69に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機のロケーションに関する情報を含む、請求項70に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の現在の注視焦点に関する情報を含む、請求項70に記載の発明。
- 前記現在の注視点は、探索機の物理センサの対象領域である、請求項72に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の前の注視点に関する情報を含む、請求項70に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の速度に関する情報を含む、請求項74に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機の将来の移動に関する情報を含む、請求項75に記載の発明。
- 前記更新は、他の探索機により確認された物体の特性に関する情報を含む、請求項76に記載の発明。
- 前記挙動は、3Dの物理的な空間における移動である、請求項43に記載の発明。
- 前記挙動は、変化する観測可能な特性を伴う、請求項43に記載の発明。
- 前記挙動は、非物理的なデータ空間における移動である、請求項43に記載の発明。
- 関心物体を検出する検出器を設けるステップと、
前記検出器からのデータを、前記物体の挙動を予測するためのモデルを用いて処理するステップと、
前記モデルにより出力されるデータに応答して前記検出器を前記物体へ導くステップと、
を含む探索方法。
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