WO2019066686A1 - Способ сбора данных и система для осуществления указанного способа - Google Patents
Способ сбора данных и система для осуществления указанного способа Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019066686A1 WO2019066686A1 PCT/RU2018/000621 RU2018000621W WO2019066686A1 WO 2019066686 A1 WO2019066686 A1 WO 2019066686A1 RU 2018000621 W RU2018000621 W RU 2018000621W WO 2019066686 A1 WO2019066686 A1 WO 2019066686A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- data
- coordinates
- space
- objects
- local coordinates
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000013480 data collection Methods 0.000 title claims abstract description 52
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 13
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 239000003550 marker Substances 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 19
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 15
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 11
- 235000019837 monoammonium phosphate Nutrition 0.000 description 11
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 9
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000011160 research Methods 0.000 description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 3
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 2
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 101100408383 Mus musculus Piwil1 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 230000010267 cellular communication Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
- G06F17/40—Data acquisition and logging
Definitions
- the present invention relates to methods and systems for collecting data, in particular, collecting data on a limited space of an arbitrary shape, for example, a room, and objects located in a specified space, as well as characteristics of said space and objects.
- ADF autonomous moving devices
- drone autonomous moving device
- Drones are widely used in agriculture to control crops, condition and soil parameters, etc., as disclosed, for example, in US patent application US20160216245.
- One or several drones are given a task to inspect a previously known territory and with the help of measuring devices they make a survey of the specified territory.
- Means of measurement include photo / video fixation tools in various wavelength ranges, temperature and humidity sensors in the atmosphere, etc., as well as sensors located in the surveyed area, for example, soil moisture sensors made with the possibility of transmitting measurement signals to drones.
- the drone determines its absolute, or global, coordinates over the territory, for example, using GPS sensors, cellular communication sensors or wireless data transmitters such as Wi-Fi, and simultaneously takes data with its own measuring devices and receives data from ground vehicles measurements. Further, the obtained absolute coordinates and data from measuring instruments, as well as data on the survey area, i.e. map of the known territory of the survey, combined into a single set of data.
- drones in surveying industrial areas such as deposits is well known (see, for example, US patent application US20150356482), or industrial facilities such as cell towers (see, for example, US Patent US9536149). It also uses various means of measuring the parameters of the studied objects and / or territory, and their plan or configuration is known in advance. Another important point that combines these known survey methods and the systems used for this purpose with the use of drones in agriculture described above is the need to determine the absolute coordinates of the drones.
- Individual drones or subgroups of drones in the group of drones can be given individual, personalized tasks for examination.
- each of the drones can conduct surveys of objects in its wavelength range, and then the data processing system obtained from a group of drones reduces all images to a data set with reference to the absolute (global) coordinates of the drones, as disclosed in the US patent application US20160378109.
- you can use one drone equipped with several cameras operating in different wavelength ranges see, for example, US patent application US20160148363
- ADU operator or the control system for these ADUs know in advance what the investigated area is and her objects, i.e. The plan of the surveyed area is available in advance.
- ADUs are equipped with means for determining absolute (global) coordinates, which are used to link the obtained data to a previously known plan of the surveyed territory.
- the plan of the surveyed area is determined in advance using well-known geodesic and measuring instruments, which requires the participation of at least one person, and more often an entire group of specialists.
- the need for this stage significantly affects the overall time frame for obtaining various data on the objects located in the territory, and their parameters, the cost of such work, as well as the requirements for executors and the availability of appropriate equipment.
- there are many objects where it is simply impossible to perform such works by known methods and systems since there is no initial plan of the territory, and access to it or the duration of a person’s stay on it is limited in time, for example, due to a negative impact on a person (radiation, chemical , thermal, electromagnetic, etc.).
- the use of means for determining absolute coordinates imposes its limitations on the possibility of studying a particular territory.
- the surveyed territory or its part due to its type (enclosed space), or geometry (complex geometry with many narrow passages of a tortuous shape), or equipment placed on it (a large amount of equipment of complex shape) may not allow receiving a signal from global positioning systems .
- SLAM simultaneous localization and mapping
- Maps obtained in the process of moving an ADC are used to estimate the actual location of an ADF by recording data received from sensors (for example, space perception sensors) at a given place in space, and comparing them with a set of data obtained at a previous location.
- SLAM technology connects two independent processes - the process of receiving data from sensors and the process of determining the current location - in a continuous cycle sequential calculations, and the results of the process of obtaining data from sensors are used in the calculations of the process of determining the current location.
- the data collection system does not need to determine the absolute coordinates of autonomous moving devices.
- the data collection system does not require the presence of a ready-made plan or map of the surveyed territory or premises.
- a system of data collection in the literal sense of the word can be considered autonomous, independent of external factors and the presence or absence of basic data about the surveyed territory or premises.
- SLAM has a significant drawback associated with the fact that the determination of the location of HELL, i.e. their coordinates, which in this case can be called relative coordinates, are directly related to the data obtained during the survey of the territory or premises.
- the accuracy of referencing relative coordinates to objects in the surveyed territory largely depends on the shape of the objects, their properties, in particular the reflective properties, the constancy of the properties when scanning the object from different sides and other factors. These factors may not be known in advance, and therefore, the accuracy of determining the relative coordinates is variable and unpredictable.
- the present invention is to develop a method of data collection, as well as an appropriate data collection system that can eliminate the disadvantages of the known technical solutions, including the above-mentioned disadvantages of the closest analogue.
- the proposed method and data acquisition system provide automated and autonomous acquisition of spatial and high-precision data on a limited space of arbitrary geometry, as well as on objects in the specified space and characteristics of the specified space and objects.
- the technical result of the present invention is to improve the accuracy of determining the geometric parameters of the investigated space and the objects placed in it while ensuring autonomy and full automation data acquisition process; improving the accuracy of determining the spatial distribution of the physical and chemical characteristics of the studied space and the objects in it; reduction of time and human costs for obtaining data on the studied space and the objects located in it, which, in particular, is important when examining emergency objects.
- These measurement tools are one or more devices selected from a device for obtaining geometric data about an object, a device for measuring at least one object parameter, a device for measuring at least one environmental parameter of the surveyed space.
- the limited space of arbitrary geometry in the framework of this application refers to the premises, buildings, structures, including the industrial type, limited by physical barriers or adjacent territories.
- the surveyed space can be premises of a complex shape; destroyed premises; rooms filled with a large amount of equipment; rooms characterized by high temperatures of air and / or surfaces, increased vibration, radiation, electromagnetic radiation, and other parameters that limit or even prevent human participation in the survey of such space
- Under the objects placed in the specified limited space, in the framework of this application refers to engineering structures, building structures, devices, equipment, objects, etc., that is, mainly industrial objects.
- ADF autonomous moving devices
- the local coordinates in this application are coordinates that are counted from an arbitrarily selected or given point of the surveyed space and are not attached to objects outside the surveyed space, as well as not attached to absolute coordinates determined, for example, using the global positioning system. Local coordinates are also not tied to any objects located in the surveyed space.
- the claimed data collection method differs from the known ones in that the local coordinates of the ADA are used to determine the position of the ADF, which can be devices moving over the surface (for example, self-propelled carts) or in space (for example, drones).
- the use of local coordinates allows placing an ADF at an arbitrary initial point of the limited space under investigation, and further ADUs change their position in the limited space by defining their coordinates relative to this initial point or relative to a given reference point of local coordinates.
- ADU performs autonomous, independent movement within the limited space under investigation using one of the selected movement algorithms without navigation and control by the operator, using means of preventing collisions with moving and / or fixed obstacles.
- the proposed method of obtaining data allows you to completely eliminate the need for a person to be in a limited space when building a three-dimensional model (map, scheme, plan) of this space and objects in it, as well as measuring the parameters of objects and the environment.
- the process of directly collecting data on a limited space and the objects located in it is completely autonomous.
- Obtaining local coordinates of the ADP and data from measuring instruments, in particular, from devices for obtaining geometric data about an object also allows determining coordinates of objects themselves, and / or coordinates of points on objects' surfaces, and / or characteristics of surfaces of objects with further high accuracy include coordinates accordingly objects, and / or coordinates of points on the surface of objects, and / or surface characteristics of objects in the generated three-dimensional data set.
- one or more reference marks of the local coordinates located in the limited space under investigation can be used. If several reference marks of local coordinates are used, one or several ADPs can determine their local coordinates by one or several reference marks of local coordinates.
- the measuring means which speeds up the process of collecting data about the studied space and the objects located in it when the data must include various parameters.
- one or more autonomous moving devices each of which is made with the possibility of changing the position in the specified space with the passage of many points and contains a device for determining local coordinates and measuring tools
- a data processing system configured to receive data from each of the autonomous moving devices, including data on local coordinates and data from measuring instruments for each point from a specified set of points, and forming a three-dimensional data set based on the data obtained.
- one or more devices selected from a device for obtaining geometric data about an object, a device for measuring at least one object parameter, a device for measuring at least one environment parameter are used.
- the claimed data collection system differs from the known systems in the same way and has advantages over the known systems, which are the same as the above-mentioned inventive method of data collection in comparison with the known methods.
- the stated data acquisition system due to the use of local coordinates of the ADP, allows to refuse from the use of global positioning devices.
- the claimed data collection system does not require the construction of the scheme of the limited space under study prior to the start of data collection, i.e. before moving the hell in a confined space.
- a limited space is first examined or refined by the ADA itself, which can simultaneously and with high spatial accuracy measure the parameters of objects in a limited space and environmental parameters of a limited space.
- the proposed system of data collection makes it possible to completely eliminate the need for human presence in a limited space to build a spatial-high-precision three-dimensional model (maps, schemes, plans) of this space and objects located in it, measure the parameters of objects and the environment, i.e. make the process of directly collecting data on a limited space and the objects located in it completely autonomous.
- the data processing system can be configured to determine (receive) the coordinates of objects and / or coordinates of points on the surface of objects based on data on local coordinates and data from measuring devices and subsequent inclusion of coordinates of objects and / or coordinates of points on the surface of objects into a three-dimensional set data.
- the data acquisition system additionally includes at least one label of the reference of local coordinates, and these labels can be both fixed and mobile.
- the device for determining the local coordinates of one or several ADUs is arranged to interact with the reference marks of the local coordinates.
- the device for determining the local coordinates of one or more ADUs can be made in the form of an inertial device for determining local coordinates.
- the data acquisition system includes two or more ADPs, various measurement tools can be installed on them, which speeds up the process of collecting data on the studied space and the objects located in it when the data must include various parameters. Further, the invention is described in detail with reference to the figures, which show private options for the implementation and operation of the data collection system used to survey a room with objects in it, for example, industrial equipment, and its components.
- FIG. 1 shows a general view of the data acquisition system.
- FIG. 2 shows the modules that are part of an autonomous moving device.
- FIG. 3 schematically shows the starting plate.
- FIG. 4 schematically shows the pad.
- FIG. 5 shows the modules that are part of the control station.
- FIG. 6 illustrates the process of collecting data in a complex-shaped space.
- FIG. 7 shows the algorithm for the implementation of data collection.
- the data acquisition system (Fig. 1) can be implemented as a robotic automatic system for remote sensing of closed rooms without the presence of an operator in the surveyed room.
- the data acquisition system is a mobile and easily transportable engineering complex consisting of a control station (1), in a particular variant, a ground-based, scalable number of specialized small-sized mobile autonomous moving devices, such as drones (2) and / or self-propelled devices ( 2 ') for various purposes, capable in the required time to carry out a remote survey of the enclosed area of complex geometric configuration, and the launch pad, designed to record and selected for setting the ADP, the initial placement of the ADP, the start and landing of the ADP, the charging of the ADB, data reception from the ADA, etc., formed from the starting plates (3).
- HELL Under the autonomous moving devices, or HELL, in the framework of this application refers to moving devices, such as unmanned aerial vehicles (UAVs), or drones (2), self-propelled carts (2 '), robots and the like devices capable of a given time offline, i.e. without interference from the operator, to make movements in space and / or on the plane.
- UAVs unmanned aerial vehicles
- drones (2) self-propelled carts
- robots and the like devices capable of a given time offline, i.e. without interference from the operator, to make movements in space and / or on the plane.
- the ADP (2) performs two functions when performing a task: collecting data about the surveyed space and determining coordinates.
- FIG. 2 shows an example of the device HELL.
- Each ADR includes a life support module (4), which is responsible for the operation of ADR when performing the task.
- the life support module (4) may include a control and computing unit (processor) of the ADP; the communication unit ADU made with the possibility of communication (data transfer) between the ADA and the control station (1) and / or with other ADA; ADU data storage unit, power supply control unit, etc.
- the life support module (4) may include other units, the purpose and functionality of which are well understood by a person skilled in the art.
- Data collection is carried out through the data collection module (5), which may include means for measuring a particular parameter of an object or environment.
- the data collection module (5) may include means for measuring a particular parameter of an object or environment.
- the temperature measurement tool can be equipped with external antenna-barrels, i.e. contact device for determining the parameter of the object, or a pyrometer, i.e. non-contact device for determining the parameter of the object.
- the collected data in real time via known wireless data transmission technologies are sent to the control station (1) in particular, and if it is impossible to use wireless data transmission technologies, they are stored in the data storage unit of the life support module (4) ADA for subsequent delivery to the place of data reception, for example, to the data receiving unit of the starting plate (3).
- the ADP is equipped with a module (6) for determining local coordinates.
- the functional and composition of the module for determining local coordinates (6) ADU is determined by the selected method of determining local coordinates and may include, for example, an inertial device for determining local coordinates, and / or a sensor of a reference mark of local coordinates, etc.
- collision avoidance tools included in the collision avoidance module (7). This is especially true with a large number of used in the survey HELL, the expected complex geometry of the surveyed space, the expected large number of objects in the surveyed space, etc.
- One type of research may be the identification of objects inside the surveyed space.
- ADC image capture module
- a photo and / or video recording module (8).
- coordinate-attached photo and / or video fixation of inscriptions, schematic symbols, bar codes on key structural elements of the surveyed room and objects placed in it will significantly improve the quality of interpretation of objects located within the surveyed space (in In particular, the identification of complex engineering equipment for industrial premises will be facilitated).
- the ADPs can be equipped with “start-landing” indicators (9) located, for example, on the base frame, which signal the successful placement of the ADP on the launch pad (3) of the launch pad.
- start-landing indicators 9 located, for example, on the base frame, which signal the successful placement of the ADP on the launch pad (3) of the launch pad.
- miniature ADUs including those with dimensions of up to several centimeters.
- miniature ADFs capable of performing examinations in hard-to-reach places (narrow zones, ventilation ducts, piping systems of the appropriate diameter, etc.). Thanks to the modern development of MEMS technologies, it is possible to carry out these devices in a geometrically compact design, equipping them with miniature and high-precision MEMS sensors weighing several grams.
- the data acquisition system provides for the presence of several types of ADF, including a different form factor and a different carrying capacity.
- one or several ADPs can be equipped with both devices for obtaining geometric data (lidars, photo and / or video cameras, etc.), and devices for measuring one or another parameter of an object or environment.
- a part of the ADP can only be equipped with devices for obtaining geometric data, and some - additionally also with devices for measuring one or another parameter of an object or environment.
- each ADR can communicate with a control station (1) via wireless communication.
- the ADM performs the task offline.
- Data collection in this case is carried out in the data storage unit of the life support module (4).
- the ADU swarm is understood to be the set of ADA interacting with each other to form a decentralized self-organizing system, the effect of which does not reduce to the sum of the effects of each individual ADA.
- a necessary condition for the formation of a swarm of ADU is the interaction of ADU with each other.
- a swarm can include the whole set of ADUs performing the task, or only a subset of this set. For example, a subset of the entire set of ADUs can function as a swarm and perform a navigation function.
- the starting plate (Fig. 3) is designed to provide accounting, start, landing, reloading ADU, and in addition, optionally, to ensure the possibility of receiving data received by ADA in the process of completing the task.
- One autonomous moving device can be placed along the center of each starting plate (3).
- a specific HELL may be, but not necessarily, “tied” to a specific starting plate (3), performing launch, landing, recharging, and other actions exclusively with this particular starting plate.
- the binding data of autonomous moving devices to “their” starting plates is stored in the data acquisition system.
- Each starting plate is equipped with a start-landing marker (10).
- Start-landing markers (10) are necessary for sighting placement of the HELL on the starting plate (3) at the start and during landing. If the targeted placement is successfully placed on the starting plate, the “start-landing” indicator (9) of the ADF is triggered, after which the data acquisition system identifies the specific ADF as landing and can initiate, for example, charging the ADU and / or receiving the data collected by the ADA.
- the surface (11) of the starting plate (3) provides the possibility of contactless recharging of the ADU batteries. Charge time individually and depends on the state of the batteries and the weight and size characteristics of a particular HELL.
- the surface of the starting plate (3) is connected with a highly sensitive spatial sensor (12), which allows the control station to monitor the presence of HELL on the plate.
- Each starting plate (3) is equipped with a unique identification chip (13) and a control microprocessor (14), which allows the control station (1) to more efficiently manage the power supply of the starting plate (3).
- a unique identification chip (13) and a control microprocessor (14), which allows the control station (1) to more efficiently manage the power supply of the starting plate (3).
- the empty starting plate (3) operates in the energy saving mode, going to full power supply mode only for the time of landing, charging and starting the ARM assigned to this starting plate (3).
- each starting plate (3) is equipped with a data receiving unit (15), through which the ADP, for example, in case of impossibility to use wireless data transmission, transfers the collected data stored in the data storage unit of the life support module (4), to the data acquisition system, in private case - control station (1).
- the data receiving unit (15) interacts with the control station (1) to transmit the received data for the purpose of their analysis and processing.
- the pad (Fig. 4) is a scalable set of starting plates (3) placed on a dry, flat, horizontal surface.
- the pad (Fig. 4) is a scalable set of starting plates (3) placed on a dry, flat, horizontal surface.
- Adding backup starting plates (3 ') may be useful in case of emergency situations associated with the operation of the ADF and the main starting plates (3), as well as the simultaneous implementation of the landing procedures with a large number of ADA-
- each starting plate (3) allows the control station (1) to control the level of congestion of the ADP pad.
- the equipment of each starting plate (3) with a unique identification chip (13) and a controlling microprocessor (14) allows control station to more effectively manage the power supply of the entire launch pad.
- the decision to activate the reserve starting plates (3), the need to bind, bind, change the binding address of a specific ADP to a specific starting plate (3) is made and carried out by the management station (1) independently, depending on the initial conditions of the task and current circumstances.
- the minimum number of starting plates (3) for forming a launch pad is one. This configuration can be used, for example, for individual, one-time surveys.
- FIG. 5 shows the main modules of the control station (1).
- the control station (1) includes: a module for determining local coordinates (16), a long-term data storage device (17), an input terminal (18), a power supply module (19), a wireless communication station (20), and a computing module (21).
- the module for determining local coordinates (16) of the control station (1) is configured to determine the local coordinates of the ARU.
- the functional and composition of the module for determining local coordinates (16) of the control station (1) is determined by the chosen method of determining local coordinates and may include, for example, at least one, and preferably several reference marks of local coordinates, as well as the means necessary for local positioning by famous technologies such as UWB, Wi-Fi, WiMax, MiWi, ZigBee, NFER, etc.
- the long-term data storage device (17) is configured to store data obtained during the execution of the task by means of measuring the data acquisition module (5), and / or the local coordinate determination module (6), and / or the photo / video recording module (8) of each ADA , and / or data received by the data receiving unit (15) of each starting plate (3).
- the long-term data storage device (17) is essentially a known device such as flash memory, SSD, HDD, etc.
- the data input terminal (18) of the control station (1) allows the input of command data into the data acquisition system, in particular, into the control station (1).
- the control station (1) may not be equipped with its own physical data terminal (18), and any remote terminal (18 ') (see Fig. 6), for example, a tablet, laptop, computer, smartphone, etc., equipped with a specialized application, can be used to control it; or a program to manage the data collection system.
- the power supply module (19) of the control station (1) is designed to control and regulate the power supply directly to the control station (1) of the launch pad formed from the starting plates (3) and is indirectly responsible for the power supply of all ADPs selected for the assignment.
- the power supply to the control station (1) and the launch pad is provided either from the mains or from the battery pack.
- the wireless communication station (20) of the management station (1) enables wireless data transmission between all components of the data collection system using known wireless data transmission technologies, for example, Wi-Fi, Bluetooth, etc.
- the computational module (21) of the control station (1) is based on data obtained by the data acquisition module (5) ADU, module for determining local coordinates (6) ADU, photo / video fixation module (8) ADU performs the construction of the distribution of properties of the studied space in the volume.
- the computational module (21) of the control station (1) is equipped with an intelligent geometric interpreter, which allows, based on the cloud of survey points (that is, based on the data obtained by the data collection module (5) ADU, the module for determining local coordinates (6) ADU, module photo / video fixation (8). ADA) to form a complete geometric model of the surveyed space.
- the interpreter of the computing module (21) is equipped with a database of geometric images. Using geometric images stored in the database, the interpreter can recognize the main structural components of the investigated space and objects located in it, represented by data obtained from the corresponding ADU modules, i.e. for example, a wall, a pipe, a valve, a cabinet, etc.
- control station (1) In case of impossibility to interpret the data as an object, it is possible to refer to the operator of the data collection system.
- the result of manual identification will be stored in a database for use in the following data collection operations.
- the functionality of the control station (1) is as follows:
- the data acquisition system may include specialized transport containers, or cases, inside which ADPs are stored in individual cells.
- Each coffer can be equipped with its own rechargeable battery, providing a stationary power supply to the ADP during transport and storage.
- a control processor can be integrated into the transport container, controlling the charging process of the ADP and providing the necessary internal ventilation. Management and individual adjustment of the technical parameters of the transport container operation is carried out via wired and / or wireless communication channels.
- An important issue of the present invention is to determine the coordinates of each of the autonomous moving devices: the accuracy of the determination should be high enough to ensure the achievement of the stated technical result, to solve the tasks, to ensure the universality of the data collection system.
- the surveyed space can be closed, of complex shape, contain objects of complex shape
- known methods for determining absolute coordinates for example, using the global positioning system, are inapplicable due to the low level or the complete absence of the navigation signal.
- Using the same system of relative coordinates, as in the closest analogue of the present invention does not allow for a high spatial accuracy of measurements. Instead, in the present invention it is proposed to use the positioning of ADP in the local coordinate system.
- each of the ADPs contains a module for determining local coordinates (6).
- module for determining local coordinates (6) are possible for the purposes of the present invention. As examples, which, however, this invention is not limited to, you can use inertial devices for determining local coordinates or a local positioning system that includes labels (labels) of reference local coordinates.
- inertial navigation In the case of using an inertial device for determining local coordinates, which is part of the module for determining local coordinates (6) of the ADP, all movements are constantly monitored and recorded by the specified inertial device, implementing the so-called inertial navigation.
- the essence of inertial navigation consists in determining the acceleration of an autonomous moving device and its angular velocities with the help of specialized devices, and according to this data and in relation to the starting point - determining the location, i.e. local coordinates of the ADP, its course, speed, distance covered, etc., as well as, optionally, determining the parameters necessary for stabilizing the ADP and automatic control of its movement.
- These specialized devices are linear acceleration sensors (accelerometers), gyroscopic devices, reproducing a reference system on ADU (for example, using a gyro-stabilized platform) and allowing to determine angles of rotation and inclination of ADF used for its stabilization and motion control.
- the local coordinate determination module (16) of the control station (1) is supplemented with the local coordinate reference mark, placing it, for example, at the control station (1) or close to it, and the local coordinate definition module (6) of each ADP complement sensor count marks.
- the sensor of the reference mark is made with the ability to communicate with the reference mark.
- HELL gains the ability to determine its position relative to the reference mark of the local coordinates.
- the link between the reference mark and the reference mark sensor can be performed by any known method that provides the required accuracy of determining the position of an autonomous moving device in the surveyed space, such as radio communication in a given frequency range, optical communication in a given wavelength range, etc.
- reference mark In the data collection system can be used one reference mark or several reference marks. The latter may be preferable for the surveyed space of complex shape, including one filled with a variety of objects of different geometric shapes.
- a reference mark or some reference marks can be both fixed and moving.
- An embodiment of the data acquisition system is also possible, when at least some of the ADPs use one method of determining local coordinates, and the rest of the ADPs are another way of determining local coordinates.
- one or several ADPs can be equipped with devices for determining local coordinates based on different methods of determining local coordinates.
- the system operator (22) in the comfort and safe conditions for it, via the terminal (18) enters into the control base station (1) data on the task parameters to be achieved during the survey, and the possible boundary parameters that can affect the performance of the survey.
- the control station (1) after analyzing the parameters entered by the operator (22), proposes a configuration and a survey algorithm.
- the operator may, if necessary, make the necessary clarifications or limitations in the configuration and algorithm of the survey proposed by the data collection system.
- the configured data collection system After approval of the configuration of the upcoming work plan, the configured data collection system is ready for deployment in the surveyed space.
- the operator’s task (22) includes both the placement and launch of a pre-configured data collection system, and operational control and coordination of the data collection system in the surveyed room without the presence of the operator (22) in the surveyed room.
- the operator (22) of the data collection system should ensure that there are no factors that could prevent the survey from taking place, place the control station (1) on the site that meets the specified starting conditions, prepare the ADP for the launch by placing them on the launch pad formed from starting plates (3), and activate the data acquisition system.
- the operator (22) places the PAD on the center of the starting plates (3) according to the principle “one plate - one autonomous moving device” before the start-landing indicator “PAD” triggers after interacting with the start-landing marker (10) starting plate (3).
- the operator (22) can leave the launch area. Further control of the data collection system is carried out through a remote terminal (18 ') connected to the control station (1) via wired and / or wireless communication channels. To control the operation of the data collection system through a remote terminal (18 '), the latter uses a specialized application.
- the operator (22) After the approval of the initial configuration, the operator (22) gives the command to begin the study of the limited space and the collection of data on environmental parameters and characteristics of objects using ADA.
- the process of examining a particular room depends on the tasks set and known limitations. However, in the general case, the examination procedure is as follows.
- the task of one or several ADBs operating independently or, optionally, forming a swarm includes determining the geometry of the surveyed room and the objects located in it, as well as collecting environmental parameters and surface characteristics of the objects.
- the control station (1) selects one of the optimal space survey algorithms, for example, radial, contour, sequential, etc.
- the main task of each ADU is to move within the limited space surveyed to ensure its presence in every possible (in terms of the dimensions of the ADP, the configuration of the room and the objects placed in it) the point of the surveyed space in accordance with the algorithm of the survey, avoidance of collisions with Strong and fixed obstacles and collecting data on surrounding objects and environmental parameters at these points of the surveyed space.
- the obtained data on the space, characteristics of objects and environmental parameters are preferably transmitted in real time to the control station (1) to form a three-dimensional data set and a room model. If it is impossible to use wireless data transmission technologies, the obtained data on the space, characteristics of objects and environmental parameters are stored in the data storage module of the life support module (4) ADU, upon return of the ADR (2) to its starting plate (3) are transmitted through the data reception unit (15 a) starting plate (3) in the long-term data storage device (17) of the control station (1) for further analysis and processing by the computing module (21).
- the ADPs are returned for recharging to the launch pad (3), and after the full charge of their battery is returned to the point of forced interruption of the task to continue its execution.
- another ADA can continue the task, which either completed its task or is located on the launch pad (3) and has sufficient battery power.
- Scanning of the surveyed space is carried out in discrete or, for continuously changing indicators, in a continuous mode with a predetermined step or step, changing depending on the conditions of the survey, objects already found, their location and geometry.
- FIG. 6 shows the trajectory scan (23), taking into account the saturation of the examined limited space with obstacles (24).
- a three-dimensional model of the surveyed space is formed in the data collection system, consisting of a cloud (array) of survey points, including spatial (geometric) data of the configuration of the room and objects located in it, as well as their associated measured characteristics.
- Step 1 For examining a limited space in order to obtain a three-dimensional data set in the specified limited study space, an ADP is placed at point N 0 .
- Step 2 After receiving the command to start the mission, the HELL changes the position in the specified in the limited study space to the distance AS, moving to the point N x .
- Step 3 the ADB can simultaneously determine local spatial coordinates relative to the initial point 0 , obtain characteristics of environmental parameters from measurement instruments (sensors) placed on it, receive coordinates of points of surfaces of surrounding objects and / or characteristics of surfaces of surrounding objects.
- Step 4 the ADP transmits wirelessly to a base station and / or stores on a local carrier: coordinates of a point ⁇ ⁇ , characteristics of environmental parameters at a point ⁇ ⁇ , coordinates of points of surfaces of surrounding objects and / or characteristics of surfaces of surrounding objects obtained from a point ⁇ ⁇ , to form a three-dimensional dataset related to the ⁇ ⁇ point.
- HELL goes to step 2.
- the ADP If it is estimated that the battery charge is not enough to continue the task, the ADP returns to the initial point N 0 , where it recharges the battery on the starting plate, and then returns to the point N p to continue the task.
- the data obtained by the ADP are analyzed by the computing unit (21) of the control station (1) with the integration of local coordinates data with data from the measuring instruments received by the ADA at a set of points of the specified space into a three-dimensional data set and interpreted by the geometric interpreter of the computing unit (21) a three-dimensional model of the surveyed space consisting of a cloud (array) of survey points, including spatial (geometric) data of the configuration of the room and located in it about ects and associated measurable characteristics.
- the present invention allows for the autonomous collection of information about a limited space of arbitrary shape containing objects, including various types and complex shapes, which were previously performed with the mandatory participation of humans. At the same time to perform this task does not require the presence of a ready plan of limited space and the objects contained in it.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Data Mining & Analysis (AREA)
- Databases & Information Systems (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам и системам сбора данных об ограниченном пространстве произвольной формы и находящихся в указанном пространстве объектах, а также характеристиках указанных пространства и объектов. Способ сбора данных включает размещение в пространстве одного или более автономных движущихся устройств, каждое из которых содержит устройство определения локальных координат и средства измерения; изменение положения в пространстве автономных движущихся устройств с обеспечением для каждого из них прохождения множества точек указанного пространства и получения в каждой точке из указанного множества точек данных о локальных координатах и данных от средств измерения; и объединение данных о локальных координатах с данными от средств измерения, полученных автономными движущимися устройствами во множестве точек указанного пространства в трехмерный набор данных. Технический результат заключается в повышении точности определения геометрических параметров исследуемого пространства и размещенных в нем объектов при обеспечении автономности и полной автоматизации процесса получения данных; повышении точности определения пространственного распределения характеристик исследуемого пространства и объектов в нем.
Description
СПОСОБ СБОРА ДАННЫХ И СИСТЕМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ УКАЗАННОГО
СПОСОБА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способам и системам сбора данных, в частности, сбора данных об ограниченном пространстве произвольной формы, например, помещении, и находящихся в указанном пространстве объектах, а также характеристиках указанных пространства и объектов. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно использование автономных движущихся устройств (АДУ), таких как дроны, в различных областях техники для получения данных об исследуемых объектах и их параметрах (характеристиках). Далее для удобства будет использован термин «дрон» наравне с термином «автономное движущееся устройство» или аббревиатурой АДУ, если это не оговорено особо.
Дроны широко используются в сельском хозяйстве для контроля посевов, состояния и параметров почвы и др., как это раскрыто, например, в заявке на патент США US20160216245. Один или несколько дронов получают задание на обследование заранее известной территории и с помощью средств измерения производят обследование указанной территории. Средства измерения включают в себя средства фото/видеофиксации в различных диапазонах длин волн, датчики температуры и влажности атмосферы и т.п., а также датчики, размещенные на обследуемой территории, например, датчики влажности почвы, выполненные с возможностью передачи сигналов измерений на дроны. В процессе облета известной территории дрон определяет свои абсолютные, или глобальные, координаты над территорией, например, с помощью датчиков GPS, датчиков сотовой связи или датчиков беспроводной передачи данных типа Wi-Fi, и одновременно снимает данные собственными средствами измерения и получает данные от наземных средств измерения. Далее полученные абсолютные координаты и данные от средств измерения, а также данные о территории обследования, т.е. карта известной территории обследования, объединяются в единый набор данных.
Хорошо известно использование дронов при обследовании промышленных территорий, таких как месторождения (см., например, заявку на патент США
US20150356482), или промышленных объектов, таких как вышки сотовой связи (см., например, патент США US9536149). Здесь также используются различные средства измерения параметров исследуемых объектов и/или территории, причем их план или конфигурация заранее известны. Другим важным моментом, объединяющим указанные известные способы обследования и используемые для этих целей системы с описанным выше использованием дронов в сельском хозяйстве, является необходимость определения абсолютных координат дронов.
Отдельным дронам или подгруппам дронов в группе дронов могут быть даны индивидуальные, персональные задания на обследование. Например, каждый из дронов может проводить съемку объектов в своем диапазоне длин волн, а потом система обработки данных, полученных от группы дронов, сводит все изображения в набор данных с привязкой к абсолютным (глобальным) координатам дронов, как это раскрыто в заявке на патент США US20160378109. Для этих целей можно использовать и один дрон, оснащенный несколькими камерами, работающими в разных диапазонах длин волн (см., например, заявку на патент США US20160148363).
Общим для описанных выше, а также других известных из уровня техники систем и способов обследования объектов и территорий с применением АДУ является то, что, во-первых, оператору АДУ или системе управления этими АДУ заранее известно, что из себя представляет исследуемая территория и расположенные на ней объекты, т.е. заранее доступен план обследуемой территории. Во-вторых, АДУ, согласно известным из уровня техники решениям, снабжены средствами определения абсолютных (глобальных) координат, которые используются для привязки полученных данных к заранее известному плану обследуемой территории.
План обследуемой территории, особенно такой как площадка промышленного производства, определяется заранее, с использованием известных геодезических и измерительных приборов, что требует участия по меньшей мере одного человека, а чаще - целой группы специалистов. Необходимость этого этапа существенно влияет на общий срок проведения работ по получению различных данных об объектах, размещенных на территории, и их параметрах, на стоимость таких работ, а также на требования к исполнителям и наличию соответствующего оборудования.
Однако имеется множество объектов, где такие работы выполнить известными способами и системами просто невозможно, поскольку отсутствует первоначальный план территории, а доступ на нее или же длительность пребывания на ней человека ограничены по времени, например, из-за негативного воздействия на человека (радиационного, химического, теплового, электромагнитного и пр.).
Кроме того, использование средств определения абсолютных координат накладывает свои ограничения на возможность исследования той или иной территории. Например, обследуемая территория или ее часть в силу своего типа (закрытое помещение), или геометрии (сложная геометрия с множеством узких проходов извилистой формы), или размещенного на ней оборудования (большое количество оборудования сложной формы) может не позволять принять сигнал от глобальных систем позиционирования.
В частности, указанные выше сложности наиболее ярко проявляются при исследовании ограниченного пространства произвольной геометрии и размещенных в нем объектов, когда заранее не известен ни план пространства, ни расположение в нем объектов, ни даже наличие и назначение объектов. В этом случае требуется участие группы специалистов для предварительного обследования (сканирования) пространства и хотя бы примерного определения и идентификации в нем объектов, и только потом, после составления максимально подробного плана пространства и расположенных в нем объектов, становится возможным обследование с использованием автономных движущихся устройств (АДУ).
Известен способ одновременной локализации и построения карты (SLAM, от англ. Simultaneous Localization and Mapping), заключающийся в том, что автономные движущиеся устройства одновременно с построением карты (плана) заранее неизвестного пространства или же обновления такой карты осуществляют контроль своего текущего местоположения и пройденного пути.
Получаемые в процессе движения АДУ карты используются для оценки фактического местоположения АДУ путем записи данных, полученных от датчиков (например, сенсоров восприятия пространства) в данном месте пространства, и сравнения их с набором данных, полученных в предыдущем месте. Технология SLAM связывает два независимых процесса - процесс получения данных от датчиков и процесс определения текущего местоположения - в непрерывный цикл
последовательных вычислений, причем результаты процесса получения данных от датчиков используются в вычислениях процесса определения текущего местоположения.
Важным преимуществом технологии SLAM перед описанными ранее известными техническими решениями является то, что системе сбора данных не требуется определения абсолютных координат автономных движущихся устройств. Кроме того, системе сбора данных не требуется наличия уже готового плана или карты обследуемой территории или помещения. Таким образом, подобная система сбора данных в прямом смысле слова может считаться автономной, не зависящей от внешних факторов и наличия или отсутствия исходных данных об обследуемой территории или помещения.
Однако при всей привлекательности у технологии SLAM есть существенный недостаток, связанный с тем, что определение местоположения АДУ, т.е. их координат, которые в данном случае можно назвать относительными координатами, напрямую связано с данными, получаемыми в процессе обследования территории или помещения.
Во-первых, при использовании технологии SLAM на систему сбора данных ложится большая вычислительная нагрузка, обусловленная необходимостью не только собирать, хранить и обрабатывать данные о территории обследования и находящихся на ней объектах, но и использовать эти данные для определения относительных координат АДУ, причем указанное определение относительных координат должно осуществляться в режиме реального времени. В случае использования нескольких АДУ такая нагрузка на систему сбора данных многократно возрастает.
Во-вторых, точность привязки относительных координат к объектам на обследуемой территории в большой степени зависит от формы объектов, их свойств, в частности отражательных свойств, постоянства свойств при сканировании объекта с разных сторон и других факторов. Эти факторы заранее могут быть неизвестны, а значит, и точность определения относительных координат является величиной непостоянной и непредсказуемой.
В-третьих, что является наиболее существенным недостатком технологии SLAM, погрешность определения относительных координат, обусловленная
вышеуказанными недостатками, накапливается в процессе перемещения АДУ. По этой причине точность определения относительных координат, следовательно, и конечная карта или план обследуемой территории или помещения, являются приемлемыми лишь для больших, мало заполненных пространств, к которым не предъявляются высокие требования к пространственной точности определения положения объектов, их геометрической форме и характеристикам.
Таким образом, несмотря на всю привлекательность технологии SLAM, которую можно считать ближайшим аналогом настоящего изобретения, ее использование для получения высокоточных данных, например, о внутреннем пространстве и характеристиках промышленного помещения, заполненного оборудованием сложной формы, не представляется возможным. По этой причине, в случае необходимости получения геометрических данных о пространстве и размещенных в нем объектах с высокой пространственной точностью до сих пор применяется лазерное сканирование пространства оператором.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является разработка способа сбора данных, а также соответствующей системы сбора данных, которые позволяют устранить недостатки известных технических решений, включая упомянутые выше недостатки ближайшего аналога. В частности, предлагаемые способ и система сбора данных обеспечивают автоматизированное и автономное получение пространственно- высокоточных данных об ограниченном пространстве произвольной геометрии, а также о находящихся в указанном пространстве объектах и характеристиках указанных пространства и объектов. При этом отпадает необходимость использования предварительно созданного плана пространства и размещенных в нем объектов, а также необходимость использования систем определения абсолютных (глобальных) координат автономных движущихся устройств, которые могли бы помочь обеспечить высокую пространственную точность, недоступную в рамках технологии SLAM.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности определения геометрических параметров исследуемого пространства и размещенных в нем объектов при обеспечении автономности и полной автоматизации
процесса получения данных; повышение точности определения пространственного распределения физических и химических характеристик исследуемого пространства и объектов в нем; сокращение временных и человеко-затрат на получение данных об исследуемом пространстве и размещенных в нем объектах, что, в частности, важно при обследовании аварийных объектов.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается в заявленном способе сбора данных, характеризующих ограниченное пространство произвольной геометрии и размещенные в нем объекты, за счет того, что способ включает следующие стадии:
- размещение в указанном ограниченном пространстве произвольной геометрии одного или более автономных движущихся устройств, каждое из которых содержит устройство определения локальных координат и / или средства измерения;
- изменение положения в указанном пространстве указанных автономных движущихся устройств, при котором каждое из них проходит через множество точек указанного пространства и получает в каждой точке из указанного множества точек данные о своих локальных координатах и данные от своих средств измерения; и
- объединение данных о локальных координатах с данными от средств измерения, полученных автономными движущимися устройствами во множестве точек указанного пространства, в трехмерный набор данных.
Указанные средства измерения представляют собой одно или более устройств, выбранных из устройства получения геометрических данных об объекте, устройства измерения по меньшей мере одного параметра объекта, устройства измерения по меньшей мере одного параметра среды обследуемого пространства.
Преимущественно, под ограниченным пространством произвольной геометрии в рамках данной заявки понимаются помещения, здания, сооружения, в том числе промышленного типа, ограниченные физическими барьерами или прилегающими территориями. Обследуемым пространством могут выступать помещения сложной формы; разрушенные помещения; помещения, заполненные большим количеством оборудования; помещения, характеризующиеся высокой температурой воздуха и/или поверхностей, повышенной вибрацией, радиацией, электромагнитным излучением и другими параметрами, которые ограничивают или даже не допускают участие человека в проведении обследования такого пространства
Под объектами, размещенными в указанном ограниченном пространстве, в рамках данной заявки понимаются инженерные сооружения, строительные конструкции, устройства, оборудование, предметы и т.п., то есть преимущественно объекты промышленного назначения.
Под автономными движущимися устройствами (АДУ) в рамках данной заявки понимаются движущиеся устройства, такие как самоходные тележки, роботы, дроны и подобные им устройства, способные заданное время в автономном режиме, т.е. без вмешательства со стороны оператора, совершать перемещения на плоскости и/или в пространстве.
Под локальными координатами в рамках данной заявки понимаются координаты, отсчитываемые от произвольно выбранной или заданной точки обследуемого пространства и не привязанные к объектам вне обследуемого пространства, равно как не привязанные к абсолютным координатам, определяемым, например, с использованием системы глобального позиционирования. Локальные координаты также не привязаны к каким-либо объектам, расположенным в обследуемом пространстве.
Заявленный способ сбора данных отличается от известных тем, что для определения положения АДУ, в качестве которых могут выступать устройства, перемещающиеся по поверхности (например, самоходные тележки) или в пространстве (например, дроны), используют локальные координаты АДУ. Это позволяет отказаться от использования системы определения абсолютных координат, например системы глобального позиционирования и/или известных устройств позиционирования, которые могут либо не обеспечивать требуемую точность позиционирования в условиях ограниченного пространства, либо вообще не обеспечивать передачу сигналов для определения координат. Использование локальных координат позволяет размещать АДУ в произвольной начальной точке исследуемого ограниченного пространства, и далее АДУ изменяют свое положение в ограниченном пространстве, определяя свои координаты относительно этой начальной точки или относительно заданной точки отсчета локальных координат. При этом специалисту будет понятно, что при использовании двух и более АДУ их начальные точки не обязательно должны совпадать, в то время как точка отсчета локальных координат для указанных двух и более АДУ может быть одной и той же.
С указанным отличием настоящего изобретения, обусловленным использованием локальных координат для определения положения АДУ в исследуемом ограниченном пространстве, связано и другое существенное отличие заявляемого способа от известных способов сбора данных. Отличие заключается в том, что при изменении своего положения АДУ получают пространственно- высокоточные геометрические данные об ограниченном пространстве и размещенных в нем объектах, например, с использованием технологии лазерного сканирования. Это приводит к тому, что полностью отпадает необходимость построения схемы изучаемого ограниченного пространства до начала сбора данных, т.е. до начала перемещения АДУ в ограниченном пространстве. По сути, ограниченное пространство впервые обследуется или уточняется самими АДУ, которые, к тому же, могут одновременно и с высокой пространственной точностью измерять как параметры находящихся в ограниченном пространстве объектов, так и параметры среды ограниченного пространства.
Еще одно существенное отличие заявленного способа от известных заключается в том, что АДУ осуществляет автономное, самостоятельное движение внутри исследуемого ограниченного пространства по одному из выбранных алгоритмов перемещения без навигации и контроля со стороны оператора, с применением средств предотвращения столкновений с подвижными и/или неподвижными препятствиями.
Как следствие, предложенный способ получения данных позволяет полностью исключить необходимость присутствия человека в ограниченном пространстве при построении трехмерной модели (карты, схемы, плана) этого пространства и находящихся в нем объектов, а также измерения параметров объектов и среды. Таким образом, процесс непосредственно сбора данных об ограниченном пространстве и находящихся в нем объектах является полностью автономным.
Получение локальных координат АДУ и данных от средств измерения, в частности, от устройств получения геометрических данных об объекте, позволяет также с высокой пространственной точностью определять координаты самих объектов, и/или координаты точек на поверхности объектов, и/или характеристики поверхностей объектов и в дальнейшем включать соответственно координаты
объектов, и/или координаты точек на поверхности объектов, и/или характеристики поверхностей объектов в формируемый трехмерный набор данных.
Для пространственно-высокоточного определения локальных координат АДУ может быть использована одна или более меток отсчета локальных координат, размещаемых в исследуемом ограниченном пространстве. Если использовано несколько меток отсчета локальных координат, одно или несколько АДУ могут определять свои локальные координаты по одной или нескольким меткам отсчета локальных координат.
Предпочтительно, но не обязательно, если при использовании двух или более АДУ на них устанавливают различающиеся средства измерения, что ускоряет процесс сбора данных об исследуемом пространстве и размещенных в нем объектах, когда данные должны включать различные параметры.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается также в заявленной системе сбора данных, характеризующих ограниченное пространство произвольной геометрии и размещенные в нем объекты, за счет того, что система согласно изобретению включает:
- одно или более автономных движущихся устройств, каждое из которых выполнено с возможностью изменения положения в указанном пространстве с прохождением множества точек и содержит устройство определения локальных координат и средства измерения, и
- систему обработки данных, выполненную с возможностью получения от каждого из автономных движущихся устройств данных, включающих данные о локальных координатах и данные от средств измерения для каждой точки из указанного множества точек, и формирования трехмерного набора данных на основе полученных данных.
В качестве средств измерения используются одно или более устройств, выбранных из устройства получения геометрических данных об объекте, устройства измерения по меньшей мере одного параметра объекта, устройства измерения по меньшей мере одного параметра среды.
Заявленная система сбора данных отличается от известных систем тем же и имеет преимущества перед известными системами такие же, что и указанный выше заявляемый способ сбора данных по сравнению с известными способами. Аналогично
вышесказанному, заявленная система сбора данных, благодаря использованию локальных координат АДУ, позволяет отказаться от использования устройств глобального позиционирования. Кроме того, заявляемая система сбора данных не требует построения схемы изучаемого ограниченного пространства до начала сбора данных, т.е. до начала перемещения АДУ в ограниченном пространстве. Ограниченное пространство впервые обследуется или уточняется самими АДУ, которые могут одновременно и с высокой пространственной точностью измерять параметры находящихся в ограниченном пространстве объектов и параметры среды ограниченного пространства.
Как следствие, предложенная система сбора данных позволяет полностью исключить необходимость присутствия человека в ограниченном пространстве для построения пространственно-высокоточной трехмерной модели (карты, схемы, плана) этого пространства и находящихся в нем объектов, измерения параметров объектов и среды, т.е. сделать процесс непосредственно сбора данных об ограниченном пространстве и находящихся в нем объектах полностью автономным.
Система обработки данных может быть выполнена с возможностью определения (получения) координат объектов и/или координат точек на поверхности объектов на основе данных о локальных координатах и данных от средств измерения и последующего включения соответственно координат объектов и/или координат точек на поверхности объектов в трехмерный набор данных.
Предпочтительно, если система сбора данных дополнительно включает по меньшей мере одну метку отсчета локальных координат, причем указанные метки могут быть как неподвижными, так и подвижными. При этом устройство определения локальных координат одного или нескольких АДУ выполнено с возможностью взаимодействия с метками отсчета локальных координат. Альтернативно, или в дополнение к этому, устройство определения локальных координат одного или нескольких АДУ может быть выполнено в виде инерциального устройства определения локальных координат.
Если система сбора данных включает два или более АДУ, на них могут быть установлены различные средства измерения, что ускоряет процесс сбора данных об исследуемом пространстве и размещенных в нем объектах, когда данные должны включать различные параметры.
Далее изобретение подробно описывается со ссылками на фигуры, на которых представлены частные варианты реализации и функционирования системы сбора данных, используемой для обследования помещения с размещенными в нем объектами, например, промышленным оборудованием, и ее компоненты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
На фиг. 1 представлен общий вид системы сбора данных.
На фиг. 2 представлены модули, входящие в состав автономного движущегося устройства.
На фиг. 3 схематически показана стартовая пластина.
На фиг. 4 схематически показана пусковая площадка.
На фиг. 5 представлены модули, входящие в состав управляющей станции.
Фиг. 6 иллюстрирует процесс сбора данных в пространстве сложной формы.
На фиг. 7 представлен алгоритм осуществления сбора данных.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система сбора данных (фиг. 1) согласно изобретению может быть реализована в виде роботизированного автоматического комплекса для дистанционного зондирования закрытых помещений без присутствия оператора в обследуемом помещении. По существу, система сбора данных представляет собой мобильный и легко транспортируемый инженерный комплекс, состоящий из управляющей станции (1), в частном варианте - наземного базирования, масштабируемого количества специализированных малогабаритных мобильных автономных движущихся устройств, например дронов (2) и/или самоходных устройств (2') различного назначения, способных в требуемые сроки осуществить дистанционное обследование закрытого помещения сложной геометрической конфигурации, и пусковой площадки, предназначенной для учета выбранных для задания АДУ, первоначального размещения АДУ, старта и посадки АДУ, подзарядки АДУ, приема данных от АДУ и др., сформированной из стартовых пластин (3).
Под автономными движущимися устройствами, или АДУ, в рамках данной заявки понимаются движущиеся устройства, такие как беспилотные летательные аппараты (БПЛА), или дроны (2), самоходные тележки (2'), роботы и подобные им
устройства, способные заданное время в автономном режиме, т.е. без вмешательства со стороны оператора, совершать перемещения в пространстве и/или на плоскости.
АДУ (2) при выполнении задания выполняет две функции: сбор данных об обследуемом пространстве и определение координат.
На фиг. 2 представлен пример устройства АДУ. Каждое АДУ включает модуль жизнеобеспечения (4), отвечающий за функционирование АДУ при выполнении задания. Модуль жизнеобеспечения (4) может включать контрольно-вычислительный блок (процессор) АДУ; блок связи АДУ, выполненный с возможностью осуществления связи (передачи данных) между АДУ и управляющей станцией (1) и/или с другими АДУ; блок хранения данных АДУ, блок контроля энергообеспечения и др. Модуль жизнеобеспечения (4) может включать и другие блоки, назначение и функционал которых хорошо понятны специалисту в области техники.
Сбор данных осуществляется посредством модуля сбора данных (5), который может включать средства измерения того или иного параметра объекта или среды. Используя известные устройства измерения параметров объекта или среды, возможно обеспечить, в частности:
- определение температуры окружающей среды в точке замера;
- определение температуры сканируемой поверхности;
- определение атмосферного давления в точке замера;
- определение вибрационных характеристик исследуемой поверхности;
- определение влажности в точке замера;
- определение компонентного состава окружающей среды;
- определение электромагнитных характеристик исследуемой поверхности;
- определение альфа-, бета-, гамма-спектрометрических характеристик в точке замера;
- определение коэффициента светоотражения поверхности;
- определение шероховатости поверхности,
а также проведение других видов исследований.
В качестве средств измерения на одном или более АДУ могут использоваться как контактные, так и бесконтактные средства измерения, а также их комбинация. Например, для определения температуры сканируемой поверхности средство измерения температуры может быть снабжено внешними датчиками-усиками, т.е.
контактным устройством определения параметра объекта, или же пирометром, т.е. бесконтактным устройством определения параметра объекта.
Собранные данные в режиме реального времени посредством известных технологий беспроводной передачи данных отправляются в частном случае на управляющую станцию (1), а при невозможности использования беспроводных технологий передачи данных хранятся в блоке хранения данных модуля жизнеобеспечения (4) АДУ для последующей доставки к месту приема данных, например, к блоку приема данных стартовой пластины (3).
Для выполнения функции определения координат АДУ снабжено модулем (6) определения локальных координат. Функционал и состав модуля определения локальных координат (6) АДУ определяется выбранным способом определения локальных координат и может включать, например, инерциальное устройство определения локальных координат, и/или датчик метки отсчета локальных координат и др.
С целью предотвращения столкновений с подвижными или неподвижными объектами, а также между собой, автономные движущиеся устройства снабжаются средствами предотвращения столкновений, включенными в модуль предотвращения столкновений (7). Особенно это актуально при большом количестве используемых в обследовании АДУ, ожидаемой сложной геометрии обследуемого пространства, ожидаемом большом количестве объектов в обследуемом пространстве и т.п.
Одним из видов исследований может являться идентификация объектов внутри обследуемого пространства. Для этого возможно оснастить АДУ модулем фото- и/или видеофиксации (8). В случае одновременного исследования геометрии пространства и идентификации объектов координатно-привязанная фото- и/или видеофиксация надписей, схематических обозначений, штрих-кодов на ключевых конструктивных элементах обследуемого помещения и размещенных в нем объектов значительно повысит качество интерпретации объектов, расположенных в пределах обследуемого пространства (в частности, облегчится идентификация сложного инженерного оборудования помещений промышленного назначения).
Опционально АДУ могут быть оснащены индикаторами «старт-посадка» (9), расположенными, например, на несущей раме, которые сигнализируют об успешном размещении АДУ на стартовых пластинах (3) пусковой площадки.
Для обеспечения присутствия АДУ в каждой возможной точке ограниченного пространства, насыщенного объектами сложной геометрии, предпочтительно использовать миниатюрные АДУ, в том числе с габаритами до нескольких сантиметров. Например, в помещении, насыщенном сложным инженерным оборудованием, трубопроводными системами и другими препятствиями, может возникнуть потребность в использовании миниатюрных АДУ, способных выполнить обследование в труднодоступных местах (узкие зоны, вентиляционные каналы, трубопроводные системы соответствующего диаметра и пр.). Благодаря современному развитию MEMS-технологий возможно выполнять данные устройства в геометрически компактном исполнении, оснащая их миниатюрными и высокоточными MEMS-датчиками весом в несколько граммов.
В то же время для выполнения отдельных видов исследований может возникнуть необходимость в АДУ с грузоподъёмностью, обеспечить которую миниатюрные АДУ не смогут. Поэтому в общем система сбора данных предусматривает наличие нескольких типов АДУ, в том числе разного форм-фактора и разной грузоподъемности.
Предпочтительно, специализированные виды исследований выполняются одновременно с получением данных о геометрических параметрах обследуемого пространства и расположенных в нем объектах. В этом случае одно или несколько АДУ могут быть снабжены как устройствами получения геометрических данных (лидарами, фото- и/или видеокамерами и др.), так и устройствами измерения того или иного параметра объекта или среды.
Альтернативно, часть АДУ может быть снабжена только устройствами получения геометрических данных, а часть - дополнительно еще и устройствами измерения того или иного параметра объекта или среды.
В общем случае каждое АДУ может осуществлять взаимосвязь с управляющей станцией (1) посредством беспроводной связи.
В особых случаях, когда осуществление беспроводной связи по тем или иным причинам исключается, АДУ выполняет задание в автономном режиме.
Сбор данных в этом случае осуществляется в блок хранения данных модуля жизнеобеспечения (4).
В отдельных случаях для оптимального решения задачи может оказаться целесообразным применение не разрозненного набора АДУ, а роя АДУ. Под роем АДУ в данном случае понимается множество АДУ, взаимодействующих между собой с образованием децентрализованной самоорганизующейся системы, эффект от работы которой не сводится к сумме эффектов от работы каждого отдельного АДУ. Необходимым условием формирования роя АДУ является взаимодействие АДУ между собой. В этом случае предполагается информационный обмен по беспроводной связи в режиме АДУ-АДУ с целью получения управляющего воздействия, либо уточнения локальных координат местонахождения АДУ, либо получения дополнительной информации об ограниченном исследуемом пространстве (препятствия, недоступные зоны, не осмотренные зоны и т.п.). В рой может входить все множество АДУ, выполняющих задание, или только подмножество этого множества. Например, подмножество всего множества АДУ может функционировать как рой и осуществлять навигационную функцию.
Стартовая пластина (фиг. 3) предназначена для обеспечения учета, старта, посадки, подзарядки АДУ, а кроме того, опционально, для обеспечения возможности приема данных, полученных АДУ в процессе выполнения задания.
По центру каждой стартовой пластины (3) может быть размещено одно автономное движущееся устройство. При этом конкретное АДУ может быть, но не обязательно, «привязано» к конкретной стартовой пластине (3), осуществляя старт, посадку, подзарядку и другие действия исключительно с данной конкретной стартовой пластиной. Данные о привязке автономных движущихся устройств к «своим» стартовым пластинам хранятся в системе сбора данных.
Каждая стартовая пластина оснащена старт-посадочным маркером (10). Старт- посадочные маркеры (10) необходимы для прицельного размещения АДУ на стартовой пластине (3) на старте и при посадке. При успешном прицельном размещении АДУ на стартовой пластине срабатывает индикатор «старт-посадка» (9) АДУ, после чего система сбора данных идентифицирует конкретное АДУ как совершившее посадку и может инициировать, например, подзарядку АДУ и/или прием данных, собранных АДУ.
Поверхность (11) стартовой пластины (3) обеспечивает возможность бесконтактной подзарядки аккумуляторных батарей АДУ. Время заряда
индивидуально и зависит от состояния аккумуляторов и массогабаритных характеристик конкретного АДУ.
Кроме того, поверхность стартовой пластины (3) связана с высокочувствительным пространственным тензо датчиком (12), который позволяет управляющей станции контролировать наличие АДУ на пластине.
Каждая стартовая пластина (3) оснащена уникальным идентификационным чипом (13) и управляющим микропроцессором (14), что позволяет управляющей станции (1) более эффективно управлять энергоснабжением стартовой пластины (3). Предпочтительно, если пустая стартовая пластина (3) функционирует в режиме сохранения энергии, выходя на полный режим энергоснабжения только на время посадки, зарядки и старта АДУ, приписанного к данной стартовой пластине (3).
Опционально каждая стартовая пластина (3) оснащена блоком приемки данных (15), посредством которого АДУ, например, в случае невозможности использования беспроводной передачи данных, передает собранные данные, сохраненные в блоке хранения данных модуля жизнеобеспечения (4), системе сбора данных, в частном случае - управляющей станции (1). Блок приема данных (15) взаимодействует с управляющей станцией (1) для передачи принятых данных с целью их анализа и обработки.
Пусковая площадка (фиг. 4) представляет собой масштабируемый набор стартовых пластин (3), размещаемых на сухой, ровной, горизонтальной поверхности. При формировании геометрии пусковой площадки рекомендуется использовать количество стартовых пластин, превышающее количество автономных движущихся устройств, используемых для выполнения задания. Добавление резервных стартовых пластин (3') может оказаться полезным в случае возникновения нештатных ситуаций, связанных с функционированием АДУ и основных стартовых пластин (3), а также при одновременном осуществлении посадочных процедур большим количеством АДУ-
Наличие у каждой стартовой пластины (3) тензо датчика (12) позволяет управляющей станции (1) контролировать степень загруженности пусковой площадки АДУ. Оснащенность каждой стартовой пластины (3) уникальным идентификационным чипом (13) и управляющим микропроцессором (14) позволяет
управляющей станции более эффективно управлять энергоснабжением всей пусковой площадки.
Решение об активации резервных стартовых пластин (3), о необходимости привязки, привязке, смене адреса привязки конкретного АДУ к конкретной стартовой пластине (3) принимается и осуществляется управляющей станцией (1) самостоятельно в зависимости от исходных условий задачи и текущих обстоятельств.
Минимальное количество стартовых пластин (3) для формирования пусковой площадки - одна. Такая конфигурация может использоваться, например, для проведения индивидуальных, разовых обследований.
На фиг. 5 показаны основные модули управляющей станции (1). Управляющая станция (1) включает: модуль определения локальных координат (16), устройство долговременного хранения данных (17), терминал ввода данных (18), модуль электроснабжения (19), станцию беспроводной связи (20) и вычислительный модуль (21).
Модуль определения локальных координат (16) управляющей станции (1) выполнен с возможностью обеспечения определения локальных координат АДУ. Функционал и состав модуля определения локальных координат (16) управляющей станции (1) определяется выбранным способом определения локальных координат и может включать, например, по меньшей мере одну, а предпочтительно несколько меток отсчета локальных координат, а также средства, необходимые для осуществления локального позиционирования по известным технологиям, таким как UWB, Wi-Fi, WiMax, MiWi, ZigBee, NFER и т.п.
Устройство долговременного хранения данных (17) выполнено с возможностью хранения данных, полученных в ходе выполнения задания средствами измерения модуля сбора данных (5), и/или модулем определения локальных координат (6), и/или модулем фото/видеофиксации (8) каждого АДУ, и/или данных, полученных блоком приема данных (15) каждой стартовой пластины (3). Устройство долговременного хранения данных (17) по существу представляет собой известные устройства типа Flash-память, SSD, HDD и т.п.
Терминал ввода данных (18) управляющей станции (1) обеспечивает возможность ввода командных данных в систему сбора данных, в частности, в управляющую станцию (1). Опционально, управляющая станция (1) может не
оснащаться собственным физическим терминалом ввода данных (18), а для управления ею может использоваться любой удаленный терминал (18') (см. фиг. 6), например, планшет, ноутбук, компьютер, смартфон и т.п., снабженный специализированным приложением, или программой, для управления системой сбора данных.
Модуль электроснабжения (19) управляющей станции (1) выполнен с возможностью контролировать и регулировать электроснабжение непосредственно управляющей станции (1), пусковой площадки, сформированной из стартовых пластин (3) и опосредованно отвечает за энергоснабжение всех АДУ, выбранных для выполнения задания. Энергоснабжение управляющей станции (1) и пусковой площадки осуществляется либо от электрической сети, либо от комплекта аккумуляторных батарей.
Станция беспроводной связи (20) управляющей станции (1) обеспечивает возможность беспроводной передачи данных между всеми компонентами системы сбора данных по известным технологиям беспроводной передачи данных, например, Wi-Fi, Bluetooth и др.
Вычислительный модуль (21) управляющей станции (1) на основе данных, полученных модулем сбора данных (5) АДУ, модулем определения локальных координат (6) АДУ, модулем фото/видеофиксации (8) АДУ выполняет построение распределения свойств исследуемого пространства в объеме.
Кроме того, вычислительный модуль (21) управляющей станции (1) оснащен интеллектуальным геометрическим интерпретатором, позволяющим на основе облака точек обследования (то есть, на основе данных, полученных модулем сбора данных (5) АДУ, модулем определения локальных координат (6) АДУ, модулем фото/видеофиксации (8). АДУ) сформировать полную геометрическую модель обследуемого пространства. Для этого интерпретатор вычислительного модуля (21) оснащен базой данных геометрических образов. Используя геометрические образы, сохраненные в базе данных, интерпретатор может распознать основные конструктивные составляющие исследуемого пространства и расположенных в нем объектов, представленные данными, полученными от соответствующих модулей АДУ, т.е. например стену, трубу, задвижку, шкаф и пр. В случае невозможности интерпретации данных как объекта предусмотрена возможность обращения к
оператору системы сбора данных. Результат ручной идентификации будет занесен в базу данных для использования при следующих операциях сбора данных. В целом функционал управляющей станции (1) следующий:
- выбор конфигурации набора автономно движущихся устройств для каждого задания с учетом оснащенности АДУ средствами измерения, средствами локального позиционирования, средствами фото-видеофиксации, средствами получения геометрических данных, грузоподъемности АДУ, геометрических характеристик
АДУ;
- принятие решения о необходимости формирования роя АДУ, назначение части или всех АДУ из набора АДУ в рой АДУ;
- выбор алгоритма обследования ограниченного пространства;
- контроль старта, посадки, энергоснабжения АДУ посредством контроля пусковой площадки;
- контроль приема данных, собранных АДУ ;
- построение объемного распределения свойств исследуемого пространства на основе полученных от АДУ данных;
- интерпретация полученного распределения свойств исследуемого пространства и формирование полноценной информационной модели обследуемого пространства, содержащей информацию о геометрии обследуемого пространства, расположенных в нем объектах и первичном функциональном назначении объектов.
Для удобства транспортировки система сбора данных может включать специализированные транспортные контейнеры, или кофры, внутри которых в индивидуальных ячейках хранятся АДУ. Каждый кофр может быть оснащен собственной аккумуляторной батареей, обеспечивающей стационарное энергоснабжение АДУ в процессе транспортировки и хранения. В транспортный контейнер может быть интегрирован управляющий процессор, контролирующий процесс зарядки АДУ и обеспечивающий необходимую внутреннюю вентиляцию. Управление и индивидуальная настройка технических параметров функционирования транспортного контейнера осуществляется по проводным и/или беспроводным каналам связи.
Важным вопросом настоящего изобретения является определение координат каждого из автономных движущихся устройств: точность определения должна быть
достаточно высокой, чтобы обеспечить достижение заявленного технического результата, решить поставленные задачи, обеспечить универсальность системы сбора данных. Учитывая тот факт, что обследуемое пространство может быть замкнутым, сложной формы, содержать объекты сложной формы, известные способы определения абсолютных координат, например, с помощью системы глобального позиционирования, оказываются неприменимы из-за низкого уровня или полного отсутствия навигационного сигнала. Использование же системы относительных координат, как в ближайшем аналоге настоящего изобретения, не позволяет обеспечить высокую пространственную точность измерений. Вместо них в настоящем изобретении предложено использовать позиционирование АДУ в локальной системе координат. Согласно изобретению, каждое из АДУ содержит модуль определения локальных координат (6).
Возможны различные варианты реализации модуля определения локальных координат (6) для целей настоящего изобретения. В качестве примеров, которыми, однако, данное изобретение не ограничивается, можно использовать инерциальные устройства определения локальных координат или систему локального позиционирования, включающую метку (метки) отсчета локальных координат.
В случае использования инерциального устройства определения локальных координат, входящего в состав модуля определения локальных координат (6) АДУ, все перемещения постоянно отслеживаются и фиксируются указанным инерциальным устройством, реализуя так называемую инерциальную навигацию. Суть инерциальной навигации состоит в определении ускорения автономного движущегося устройства и его угловых скоростей с помощью специализированных приборов, а по этим данным и в привязке к стартовой точке - определении местоположения, т.е. локальных координат АДУ, его курса, скорости, пройденного пути и др., а также, опционально, определении параметров, необходимых для стабилизации АДУ и автоматического управления его движением. Указанными специализированными приборами являются датчики линейного ускорения (акселерометры), гироскопические устройства, воспроизводящие на АДУ систему отсчета (например, с помощью гиростабилизированной платформы) и позволяющие определять углы поворота и наклона АДУ, используемые для его стабилизации и управления движением.
В случае использования системы локального позиционирования модуль определения локальных координат (16) управляющей станции (1) дополняют меткой отсчета локальных координат, размещая ее, например, на управляющей станции (1) или поблизости от нее, а модуль определения локальных координат (6) каждого АДУ дополняют датчиком метки отсчета. Датчик метки отсчета выполнен с возможностью связываться с меткой отсчета. Таким образом, АДУ получает возможность определять свое положение относительно метки отсчета локальных координат.
Связь метки отсчета и датчика метки отсчета может выполняться любым известным способом, обеспечивающим требуемую точность определения положения автономного движущегося устройства в обследуемом пространстве, таким как радиосвязь в заданном частотном диапазоне, оптическая связь в заданном диапазоне длин волн и т.п.
В системе сбора данных может использоваться одна метка отсчета или несколько меток отсчета. Последнее может оказаться предпочтительным для обследуемого пространства сложной формы, в том числе заполненного множеством объектов разной геометрической формы.
Кроме того, метка отсчета или некоторые метки отсчета могут быть как неподвижными, так и подвижными.
Возможен также вариант реализации системы сбора данных, когда по меньшей мере некоторые из АДУ используют один способ определения локальных координат, а остальные АДУ - другой способ определения локальных координат. Для повышения надежности одно или несколько АДУ могут быть снабжены устройствами определения локальных координат, основанных на разных способах определения локальных координат.
В общем случае исследование ограниченного пространства посредством системы сбора данных в соответствии с настоящим изобретением происходит следующим образом (фиг. 6).
Получив задание на обследование (также «сканирование», «исследовательская миссия») помещения, оператор (22) системы в комфортных и безопасных для него условиях посредством терминала (18) вводит в управляющую базовую станцию (1) данных о параметрах задачи, которые требуется достичь в процессе обследования, и возможные граничные параметры, способные повлиять на выполнение обследования.
Управляющая станция (1), проанализировав введенные оператором (22) параметры, предлагает конфигурацию и алгоритм обследования.
Оператор может при необходимости внести необходимые уточнения или ограничения в предложенные системой сбора данных конфигурацию и алгоритм обследования.
После утверждения конфигурации предстоящего плана работ настроенная система сбора данных готова к развертыванию в обследуемом пространстве.
При выполнении обследования в задачу оператора (22) входит как размещение и запуск заранее настроенной системы сбора данных, так и оперативный контроль и координация деятельности системы сбора данных в обследуемом помещении без присутствия оператора (22) в обследуемом помещении.
Получив доступ к помещению, оператор (22) системы сбора данных должен убедиться в отсутствии факторов, способных помешать проведению обследования, разместить управляющую станцию (1) на площадке, удовлетворяющей заданным пусковым условиям, подготовить АДУ к старту, разместив их на пусковой площадке, сформированной из стартовых пластин (3), и активировать систему сбора данных.
В соответствии с ранее утвержденной конфигурацией обследования оператор (22) размещает АДУ по центру стартовых пластин (3) по принципу «одна пластина - одно автономное движущееся устройство» до срабатывания индикатора «старт- посадка» АДУ после взаимодействия со старт-посадочным маркером (10) стартовой пластины (3).
После размещения управляющей станции (1), развертывания пусковой площадки и позиционирования на ней АДУ оператор (22) может покинуть стартовую зону. Дальнейшее управление работой системы сбора данных осуществляется через удаленный терминал (18'), подключаемый к управляющей станции (1) по проводным и/или беспроводным каналам связи. Для управления работой системы сбора данных посредством удаленного терминала (18') на последнем используют специализированное приложение.
После утверждения стартовой конфигурации оператор (22) отдает команду на начало исследования ограниченного пространства и сбора данных о параметрах среды и характеристиках объектов с помощью АДУ.
Процесс обследования конкретного помещения зависит от поставленных задач и известных ограничений. Тем не менее, в общем случае процедура обследования выглядит следующим образом.
В задачу одного или нескольких АДУ, функционирующих независимо или, опционально, формирующих рой, входит определение геометрии обследуемого помещения и размещенных в нем объектов, а также сбор параметров среды и характеристик поверхностей объектов. В зависимости от количества и конфигурации АДУ, управляющая станция (1) выбирает один из алгоритмов оптимального обследования пространства, например, радиальный, по контуру, последовательный и пр. Основной задачей каждого АДУ является перемещение внутри обследуемого ограниченного пространства с целью обеспечения своего присутствия в каждой возможной (с точки зрения габаритов АДУ, конфигурации помещения и размещенных в нем объектов) точке обследуемого пространства в соответствии с алгоритмом обследования, избегания столкновений с подвижными и неподвижными препятствиями и сбор в этих точках обследуемого пространства данных об окружающих объектах и параметрах среды. Получаемые данные о пространстве, характеристиках объектов и параметрах среды предпочтительно в режиме реального времени передаются на управляющую станцию (1) для формирования трехмерного набора данных и модели помещения. В случае невозможности использования беспроводных технологий передачи данных получаемые данные о пространстве, характеристиках объектов и параметрах среды сохраняются в блок хранения данных модуля жизнеобеспечения (4) АДУ, по возвращению АДУ (2) к своей стартовой пластине (3) передаются посредством блока приема данных (15) стартовой пластины (3) в устройство долговременного хранения данных (17) управляющей станции (1) для последующего анализа и обработки вычислительным модулем (21). В случае принудительного прерывания задания, например в случае разряда батареи, АДУ возвращаются для подзарядки на стартовую площадку (3), а после осуществления полного заряда своей аккумуляторной батареи возвращаются в точку принудительного прерывания задания для продолжения его выполнения. Опционально, продолжить выполнение задания может другое АДУ, которое либо завершило свое задание, либо находится на стартовой площадке (3) и имеет достаточный заряд аккумуляторных батарей.
Сканирование обследуемого пространства осуществляется в дискретном или, для непрерывно меняющихся показателей, в непрерывном режиме с заранее заданным шагом или шагом, меняющимся в зависимости от условий обследования, уже обнаруженных объектов, их расположения и геометрии. Для примера на фиг. 6 показано сканирование по траектории (23) с учетом насыщенности обследуемого ограниченного пространства препятствиями (24).
По результатам обследования в системе сбора данных формируется трехмерная модель обследуемого пространства, состоящая из облака (массива) точек обследования, включающая пространственные (геометрические) данные конфигурации помещения и расположенных в нем объектов, а также связанные с ними измеряемые характеристики.
В общем виде алгоритм сбора данных представлен на фиг. 7.
Шаг 1. Для обследования ограниченного пространства с целью получения трехмерного набора данных в указанном ограниченном исследуемом пространстве размещают АДУ в точке N0.
Шаг 2. Получив команду на старт миссии, АДУ изменяет положение в указанном в ограниченном исследуемом пространстве на расстояние AS, перемещаясь в точку Nx.
Шаг 3. Оказавшись в точке Νχ, АДУ одновременно может определять локальные пространственные координаты относительно первоначальной точки Ν0, получать характеристики параметров среды с размещенных на нем средств измерения (датчиков), получать координаты точек поверхностей окружающих объектов и/или характеристики поверхностей окружающих объектов.
Шаг 4. Далее АДУ осуществляет передачу по беспроводной связи на базовую станцию и/или сохраняет на локальном носителе: координаты точки Νχ, характеристики параметров среды в точке Νχ, координаты точек поверхностей окружающих объектов и/или характеристики поверхностей окружающих объектов, полученных из точки Νχ, для формирования трехмерного набора данных, относящихся к точке Νχ.
Шаг 5. После этого значение текущей координаты Νχ = Νρ сохраняется в памяти АДУ.
Шаг 6. Если задание завершено, АДУ возвращается в исходную точку No. Если задание не завершено, выполняется проверка уровня заряда аккумуляторной батареи.
В случае, если оценивается, что заряда аккумуляторной батареи достаточно для продолжения задания, АДУ переходит на шаг 2.
Если оценивается, что заряда аккумуляторной батареи недостаточно для продолжения задания, АДУ возвращается в исходную точку N0, где осуществляет подзарядку аккумуляторной батареи на стартовой пластине, а затем возвращается в точку Np для продолжения выполнения задания.
Далее полученные АДУ данные анализируются вычислительным блоком (21) управляющей станции (1) с объединением данных о локальных координатах с данными от средств измерения, полученных АДУ во множестве точек указанного пространства, в трехмерный набор данных и интерпретируются геометрическим интерпретатором вычислительного блока (21) с получением трехмерной модели обследуемого пространства, состоящей из облака (массива) точек обследования, включающей пространственные (геометрические) данные конфигурации помещения и расположенных в нем объектов, а также связанные с ними измеряемые характеристики .
Таким образом, настоящее изобретение позволяет осуществлять автономный сбор информации об ограниченном пространстве произвольной формы, содержащем объекты, в том числе разнообразного типа и сложной формы, которые ранее выполнялись с обязательным участием человека. При этом для выполнения данной задачи не требуется наличие уже готового плана ограниченного пространства и содержащихся в нем объектов.
Claims
1. Способ сбора данных, характеризующих ограниченное пространство произвольной геометрии и размещенные в нем объекты, включающий стадии:
a) размещение в указанном пространстве одного или более автономных движущихся устройств, каждое из которых содержит:
устройство определения локальных координат и
средства измерения, включающие одно или более устройств, выбранных из: устройства получения геометрических данных об объекте, устройства измерения по меньшей мере одного параметра объекта и устройства измерения по меньшей мере одного параметра среды;
b) изменение положения в указанном пространстве автономных движущихся устройств с обеспечением для каждого из них:
прохождения множества точек указанного пространства и
получения в каждой точке из указанного множества точек:
данных о локальных координатах и
данных от средств измерения; и
c) объединение данных о локальных координатах с данными от средств измерения, полученных автономными движущимися устройствами во множестве точек указанного пространства в трехмерный набор данных.
2. Способ сбора данных по п.1, в котором:
получают координаты объектов на основе данных о локальных координатах и данных от средств измерения и
включают координаты объектов в трехмерный набор данных.
3. Способ сбора данных по п.1, в котором:
получают координаты точек на поверхности объектов на основе данных о локальных координатах и данных от средств измерения и
включают координаты точек на поверхности объектов в трехмерный набор данных.
4. Способ сбора данных по п.1, в котором:
размещают по меньшей мере одну метку отсчета локальных координат в указанном пространстве и
данные о локальных координатах автономных движущихся устройств получают с использованием метки отсчета локальных координат.
5. Способ сбора данных по п.1, в котором:
данные о локальных координатах автономных движущихся устройств получают с методом инерциальной навигации.
6. Система сбора данных, характеризующих объекты и/или параметры среды внутри ограниченного пространства произвольной геометрии, включающая:
одно или более автономных движущихся устройств, каждое из которых выполнено с возможностью перемещения по множеству точек указанного пространства и содержит:
устройство определения локальных координат и
средства измерения, включающие одно или более устройств, выбранных из: устройства получения геометрических данных об объекте, устройства измерения по меньшей мере одного параметра объекта и устройства измерения по меньшей мере одного параметра среды; и систему обработки данных, выполненную с возможностью:
получения данных от каждого из автономных движущихся устройств, включающих данные о локальных координатах и данные от средств измерения для каждой точки из указанного множества точек, и
формирования трехмерного набора данных на основе полученных данных.
7. Система сбора данных по п.6, в которой:
система обработки данных дополнительно выполнена с возможностью:
определения координат объектов на основе данных о локальных координатах и данных от средств измерения и
включения координат объектов в трехмерный набор данных.
8. Система сбора данных по п.6, в которой:
система обработки данных дополнительно выполнена с возможностью:
определения координат точек на поверхности объектов на основе данных о локальных координатах и данных от средств измерения и включения координат точек на поверхности объектов в трехмерный набор данных.
9. Система сбора данных по любому из п.п.6-8, в которой:
средства измерения являются бесконтактными средствами измерения.
10. Система сбора данных по п.6, которая:
дополнительно включает метку отсчета локальных координат, размещаемую в указанном пространстве, при этом устройство определения локальных координат по меньшей мере некоторых из автономных движущихся устройств снабжено датчиком метки координат, выполненным с возможностью взаимодействия с меткой отсчета локальных координат.
11. Система сбора данных по п.10, в которой:
метка отсчета локальных координат является неподвижной.
12. Система сбора данных по п.10, в которой:
метка отсчета локальных координат является подвижной.
13. Система сбора данных по п.6, в которой:
устройство определения локальных координат выполнено в виде
инерциального устройства определения локальных координат.
14. Система сбора данных по п.6, в которой:
по меньшей мере некоторые из одного или более автономных движущихся устройств дополнительно снабжены устройством предотвращения
столкновений.
15. Система сбора данных по п.6, в которой:
по меньшей мере два автономных движущихся устройства содержат разные средства измерения.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017133806 | 2017-09-28 | ||
RU2017133806A RU2017133806A (ru) | 2017-09-28 | 2017-09-28 | Способ сбора данных и система для осуществления указанного способа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2019066686A1 true WO2019066686A1 (ru) | 2019-04-04 |
Family
ID=65903339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2018/000621 WO2019066686A1 (ru) | 2017-09-28 | 2018-09-20 | Способ сбора данных и система для осуществления указанного способа |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2017133806A (ru) |
WO (1) | WO2019066686A1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116600308A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-15 | 北京理工大学 | 一种应用于地下空间的无线通信传输与空间建图方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4244215A (en) * | 1979-09-24 | 1981-01-13 | Nasa | Autonomous navigation system |
RU2326434C2 (ru) * | 2002-01-25 | 2008-06-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Способ и система для хранения и быстрого извлечения высотных отметок цифровых моделей местности для использования в системах определения местоположения |
US20130060382A1 (en) * | 2009-04-24 | 2013-03-07 | Robert Bosch Gmbh | Method of accurate mapping with mobile robots |
US20130222115A1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | California Institute Of Technology | Autonomous and controllable systems of sensors and methods of using such systems |
EP3062066A1 (en) * | 2015-02-26 | 2016-08-31 | Hexagon Technology Center GmbH | Determination of object data by template-based UAV control |
US20160327395A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-11-10 | Regents Of The University Of Minnesota | Inverse sliding-window filters for vision-aided inertial navigation systems |
-
2017
- 2017-09-28 RU RU2017133806A patent/RU2017133806A/ru unknown
-
2018
- 2018-09-20 WO PCT/RU2018/000621 patent/WO2019066686A1/ru active Application Filing
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4244215A (en) * | 1979-09-24 | 1981-01-13 | Nasa | Autonomous navigation system |
RU2326434C2 (ru) * | 2002-01-25 | 2008-06-10 | Квэлкомм Инкорпорейтед | Способ и система для хранения и быстрого извлечения высотных отметок цифровых моделей местности для использования в системах определения местоположения |
US20130060382A1 (en) * | 2009-04-24 | 2013-03-07 | Robert Bosch Gmbh | Method of accurate mapping with mobile robots |
US20130222115A1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | California Institute Of Technology | Autonomous and controllable systems of sensors and methods of using such systems |
US20160327395A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-11-10 | Regents Of The University Of Minnesota | Inverse sliding-window filters for vision-aided inertial navigation systems |
EP3062066A1 (en) * | 2015-02-26 | 2016-08-31 | Hexagon Technology Center GmbH | Determination of object data by template-based UAV control |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116600308A (zh) * | 2023-07-13 | 2023-08-15 | 北京理工大学 | 一种应用于地下空间的无线通信传输与空间建图方法 |
CN116600308B (zh) * | 2023-07-13 | 2023-10-03 | 北京理工大学 | 一种应用于地下空间的无线通信传输与空间建图方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017133806A3 (ru) | 2019-03-28 |
RU2017133806A (ru) | 2019-03-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6408226B1 (en) | Cooperative system and method using mobile robots for testing a cooperative search controller | |
US6687571B1 (en) | Cooperating mobile robots | |
US11656624B2 (en) | Horticulture aided by autonomous systems | |
CN109074082A (zh) | 用于交通工具的传感器轨迹规划 | |
US11730089B2 (en) | Horticulture aided by autonomous systems | |
Hell et al. | Drone systems for factory security and surveillance | |
JPWO2018078859A1 (ja) | 飛行制御プログラム、飛行制御方法、および情報処理装置 | |
CN114625121A (zh) | 基于多传感器融合的自主巡检探索小车系统及导航方法 | |
Akai et al. | 3D magnetic field mapping in large-scale indoor environment using measurement robot and Gaussian processes | |
WO2019066686A1 (ru) | Способ сбора данных и система для осуществления указанного способа | |
Fusic et al. | A review of perception-based navigation system for autonomous mobile robots | |
US20240051750A1 (en) | Mobile storage system handling storage devices on a floor area | |
Nagai et al. | Indoor self-localization using multiple magnetic sensors | |
Nastac et al. | Automatic data acquisition with robots for indoor fingerprinting | |
CN111947603B (zh) | 一种基于openmv的无人机阳台危险物鉴定系统和方法 | |
Bayer et al. | Handheld localization device for indoor environments | |
RU2683993C1 (ru) | Способ определения локальных координат и система для осуществления указанного способа | |
Lazna et al. | Multi-robotic area exploration for environmental protection | |
GB2592894A (en) | Method and system for geotracking objects | |
RU2604892C1 (ru) | Способ контроля передвижения космонавта относительно космического аппарата и система для его осуществления | |
Chang et al. | Advanced Ubiquitous Positioning for a Poultry Robot: Integrating INS/GNSS/UWB with SLAM Approach | |
Peleato et al. | Smart Global positioning system for autonomous delivery robots in Hospitals | |
Hafner et al. | Indoor positioning based on bayes filtering using map information | |
KR102674135B1 (ko) | 와이파이 단말기의 최적위치 예측시스템 및 예측방법 | |
Lee et al. | Applications of robot navigation based on artificial landmark in large scale public space |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 18862752 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 18862752 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |