毕业设计论文外文翻译一种无线通信系统架构灭火机器人.docx
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毕业设计论文外文翻译一种无线通信系统架构灭火机器人
第17届世界大会会议记录
国际自动控制联合会
韩国汉城，2008年7月6号至11号
一种无线通信系统架构灭火机器人
Jung-HyunPark，Byung-WookKim，Dong-JoPark，Moon-JuneKim
韩国科学技术院（KAIST）；335Gwahangno，儒城区，大田305-701，韩国
电话:
+82-42-869-8038;
邮箱:
junghyunpark@kaist.ac.kr,
byungwook.kim@kaist.ac.kr
djpark@ee.kaist.ac.kr
威亚公司
8楼，韩松号楼736-1，驿三1洞，江南区，汉城，
135-924，大韩民国
（电话:
+82-2-2033-8113;邮箱:
mjkim@wia.co.kr）
摘要：
灭火机器人和远程操作之间可靠的通信系统已被研究出来了。
该通信系统由两部分组成，一个数字分组数据通信系统和一个模拟图像通信系统。
作为一个可靠的数据包通信系统，我们通过商用CDMA（码分多址）网络架构。
使用CDMA模块，它可以传送串行数据后，连接过程是由网络服务供应商指定的。
数字分组数据通信系统的传输数据包来回传送，以控制灭火机器人，并监控其状态。
远程操作员可以通过模拟图像的通信系统查看机器人周围环境视频显示。
1.引言
在经济增长迅速的现代工业化社会已经造成工厂，复杂的办公室集结，密集的公寓聚集于都市区；加油站，油气藏，和液化天然气仓储设施，这些都是容易引起火灾的易燃材料也存在于这些区域。
当在这些地方发生火灾时，由于拥挤的建筑物，高温，烟雾，和爆炸的危险，救火将非常困难。
火灾能够造成巨大生命和财产损失。
在1925年四月的第一个消防局成立于韩国，如今类似的设施迅速的扩展，消防局已位于全国各地。
当前灭火系统是基于人们使用水枪和化学压制系统。
然而，人们不能有效地工作在所有的消防环境。
在这种情况下，最好迅速扑灭火灾方法是使用灭火机器人。
最近，为了应付特大火灾有关的事故，灭火机器人已在许多先进国家进行研究：
天野[2002]建[2007]，郭[2006]，丰[2002]，包[2004]，迪尔[2001]，尔格伦[2001]。
灭火机器人是运作在消防人员无法工作的地方。
因此，使用远程控制系统控制灭火机器人的位置最好位于远离火的地方。
为了控制灭火机器人在偏远的地方，强大的无线电通信系统是必要的。
本文认为，强大的讯系统是灭火机器人和远程控制器的无线通讯的基础。
这些通信系统由两部分组成，一个数字分组数据通信系统和一个模拟图像通信系统。
数字数据通信系统传输数据包以控制灭火机器人并监控其状态。
远程操作员可以通过模拟图像通信系统查看远程机器人周围的区域的视频。
本文编排如下：
在第2节，提出一个系统配置。
无线数据通信系统提出了在第3节，无线图像通信系统是在第4节所示。
第5节总结本文。
2.系统配置
灭火机器人系统是由一个远程操作和消防机器人本体组成的整体。
灭火机器人的本体是工作在危险区域，由一个远程操作使用数字数据通信系统控制，模拟图像的视频通信系统观测（图1）。
灭火机器人
消防员
数字数据通信系统
模拟图像通信系统
机器人周围的图像信息单向沟通
机器人状态和控制数据的双向通信
图1：
灭火机器人和远程操作人员的通信系统
灭火机器人的身体是描绘图如图2，远程操作如图3所示。
灭火机器人的设计是要在高温下环境下运行，该遥控器的设计是简便易移动的。
图2：
消防灭火机器人本体图3：
远程控制系统
机器人的车身尺寸是3400*1750*1800立方毫米，能够在建筑物之间狭窄的路径行进。
该身体的重量的稳定性允许使用水炮。
六个轮子均采用了在轮马达，可以实现速度高达20公里/小时。
为了承受高温度，机器人配备了自我喷水系统进行冷却。
该机器人的身体能承受持续温度高达100℃至1000℃。
详细规格如表1所示。
表1消防机器人主体的规格
项目
产品规格
尺寸
3400x1750x1800mm3
重量
1500kgf
最高速度
20km/h
驱动方式
x6在轮马达
运行时间
1小时
灭火仪器
水枪自喷水
耐用温度
100℃至1000℃
灭火机器人的总体结构描述如图4。
主要控制操作通过基于Linux的实时应用程序接口（RTAI）。
该其他部分包括传动系统，转向机构，遥感设备，灭火系统及通讯系统。
详细说明如下：
功率：
灭火机器人需要动力做有效运作。
液体汽油或柴油燃料可因火灾或高温爆炸，因此，电动马达和电池得到了使用。
高功率电池用于6x6在轮马达。
为控制电脑使用了一个单独电池。
由于在轮马达需要很大的电流一个电池会引起控制计算机操作作为不稳定。
传动：
消防机器人具有整体物理小型车的外观。
对于这种设计，控制和转向都很重要。
控制的部件包括非本地驱动，在轮马达，轮子与不可燃轮胎。
6个轮子可以独立运行，使用刹车的方法可以用来回头。
遥感：
远程操作者必须能够接收来自灭火机器人四周的信息，从而保持稳定，避免特殊条件下损伤机器人。
周围的温度，剩余电池电量，GPS（全球定位系统）的信息，速度和机器人面前的视频图像都被检测并报告给主控制计算机。
灭火系统：
该机器人的目的是为了扑灭火灾。
次要目的是抢救受伤人员。
定向水枪的使用使机器人位置的可自动确定。
通讯：
强大的无线通信系统是必需的。
数字数据包通信系统和模拟图像通信系统都得到了使用。
图4：
消防机器人系统的结构总体
在接下来的两节，对无线数据包通信系统和无线图像通信系统进行了讨论。
3.无线数据包通信系统
为控制灭火机器人的本体一个可靠的数字包通信是必要的。
机器人周围的环境信息都被机器人传送到了远程操作员处，通过检查这些信息，操作人员可以了解机器人的状态和相应的控制数据传输相应的状态。
3.1系统要求数字数据通信
一个可靠的数据包通信系统要求如下：
•实时处理
•正确接收的数据包检查
•防止故障
•灵活的协议
•可调节的包传输速率
•收到的数据包正确检查率
•多址
3.2系统配置数字数据通信
图5显示了分组数据结构。
一系列数据包被发送，一个数据包是由一个标头和有效载荷组成。
标头由同步，发送指数，接收指数，分组指数和保留部分组成。
同步是用来检测的一系列数据包的个别包。
发送和接收指标指数表明了发射器和接收器的指数。
这些信息是用于多址访问。
具有不同指数的多功能遥控器可以同时控制多个具有不同指数的灭火机器人。
有时接收的数据包在一个不正确的顺序，或多个副本或由于多径效应和信道衰落造成的损失。
分组指数可以帮助纠正数据包顺序并进行多分检测，是为未来的使用分配。
有效载荷有两种部分：
数据码流和校验。
使用校验，位数据流的正确性时被确定的。
对于这些系统，32位CRC（循环冗余校验），16位CRC，8位的校验是可选的信道条件。
图5：
数字分组数据包结构通信
如图6所示。
一旦数据包产生，它们是堆放在一个FIFO（先入先出）的类型内存的队列缓冲区，。
每隔一段时间，在队列缓冲区移动到一个串口类，这是正确的作业系统（OS）所设计的数据包。
最后，发射类是用来传输数据，通过通信模块。
接收过程是相反的方式运作。
图6：
一类图表的数字数据通信
作为可靠的数据包通信，我们采用了商用CDMA（码分多址）网络。
使用CDMA模块，它可以传送一个连接程序后，由网络提供商指定的串行数据。
该过程如图7所示。
首先，通讯程序启动和初始化通讯模块。
为链接设置过程中，远程操作员调用灭火机器人，等待来电。
如果灭火机器人能捕获呼叫，连接载波传输到远程用户。
否则，远程操作员应再次调用灭火机器人。
一旦两个CDMA模块连接到网络，它们连接在旁路模式，即这两个系统相互连接似乎没有任何通讯模块。
这直接模拟连接有线频道。
图7：
国家用于CDMA为基础的通信流程图
4.一个无线图像通信系统
为了使传输图像，同时支持数字和模拟传输技术。
数字信号的压缩传输技术要求，如抽样和MPEG（运动图像专家组），从而提高了计算复杂性和额外的硬件成本。
在某些情况下，当杂讯变得很大或由于阈值效应传输距离超出范围，数字图像接收是不可能的。
另一方面，模拟传输技术的展示与显著杂讯和大距离的图像轮廓恶劣环境的能力。
因此，模拟传输技术被用于这项工作。
4.1系统模拟图像传输的要求
作为远程通信运营商使用的灭火机器人模拟图像传输系统，有两个主要的考虑因素，具体如下：
低复杂性：
当一个图像处理程序需要大量的计算复杂程度高，数据包的过程中程序的运行性能下降。
为了防止这个问题，计算复杂度低是必需的模拟图像传输技术。
实时过程：
从灭火机器人拍摄到的图象传送到远端应运营商没有任何时间延迟。
灭火机器人将被损坏的，额外的财产损失将可能发生，如果机器人反应的情况是由于时间的延迟。
为了满足上述两个要求，我们设计了一个简单的图像传输，图像接收和图像处理系统。
如图8所示，灭火机器人的图像数据发送到远程操作。
图像数据是由两个彩色图像和红外光（IR）的图像数据。
从多个摄像机图像组合使用多路复用器。
因此，灭火机器人周围的图像传输和团结的形象收发模块接收。
灭火后，审查在火灾现场的情况将有助于找到起火原因，或评估情况。
为此，图像通信系统配备了实时图像记录系统。
从多个摄像机获得的统一图像数据转换后保存到硬盘（HDD）。
图8灭火机器人和远程通信系统运营之间的模拟图像
4.2模拟图像噪声和抑制技术
在我们的工作中，我们使用的NTSC（国家电视系统委员会）的模拟图像传输方案。
这种方法是受各种杂讯的影响。
四种影响NTSC图像传输的杂讯，尤其占主导地位（图9）。
为了解决这个问题，我们远程使用杂讯对消算法，提高了传输图像的质量。
B.具有脉冲杂讯污染图像
c.高斯杂讯污染的图像
A.原始图像
D.高斯杂讯和电影梯度损坏的图像
E.线路杂讯损坏的图像
图9：
杂讯和失真的图像的各种NTSC图像传输方案
如图9所示（B），脉冲杂讯，如图像中的像素值分布的一些不正确的数据存在。
例如，每一个错误像素列出的8位每像素的图像0或255的值。
这种类型的杂讯也被称为椒盐噪声。
高斯杂讯，如图9（C）所示，是最常见的杂讯类型之一。
这种杂讯实物分配遵循高斯分布。
这通常是由布朗运动引起的空气分子中的电子电路和布朗运动。
图9（D）显示薄膜颗粒杂讯，可以在NTSC制式的图像或电影拍摄的影像中。
在图像的像素中，一些大强度像素是被这种杂讯所歪曲的。
特别是高强度如云像素，包含他的电影颗粒杂讯。
最后线路杂讯，如图9所示（E）项，删除一些以NTSC图像水平线。
这是由于NTSC的传输技术，图像发送一行行。
为了弥补这些NTSC制式隔音效果，图像处理方案是用来提高图像质量，内容如下：
冲动和胶片颗粒噪声对消技术：
由于冲动和电影颗粒杂讯的特点，有一种无声的像素周围的像素扭曲的概率很高。
因此，我们可以使用中值滤波消除为0或255峰值像素。
我们设计了一个3*3中值滤波噪声取消。
然而，过滤器的运算速度减慢时，在9像素值的中间值确定。
为了提高速度，我们修改了算法计算了9个像素的平均值，并确定最接近的像素值的平均值。
高斯杂讯对消技术：
一个低通滤波器是用来有效地消除这种杂讯类型。
这是由于每个像素的高斯杂讯具有独立且有零的意思。
在我们的系统中，一个3*3低通滤波器是用来计算平均像素值。
该方案执行几乎是实时的。
线路杂讯对消技术：
有两种类型的计划，以解决线路杂讯失真的问题。
当一个图像中的线条的大量消失，以前记录的形象可以取代扭曲的形象。
另一方面，当几行消失，失去线条简单地从以前的形象提供。
一个实时过程是观察使用这两种线路杂讯对消技术。
上我们弥补了NTSC制式使用上述杂讯消除技术，此图像杂讯对消系统不会影响包括数据包传输系统的其他系统。
3.结论
火灾引起了巨大人员伤亡和财产损失。
最近，为了应付这种灾难性事故，在已进行了许多国家的灭火机器人研究。
有时是不可能实现让灭火人员进入了一个由爆炸物，烟雾和高温充斥的火灾现场。
在这样的环境下，使用灭火机器人扑灭火灾显得非常有用。
这些机器人应受那些位于远离火灾现场使用远程通信系统的消防员远程操作。
为了在危险的地方控制灭火机器人，强大的无线电通信系统是机器人的重要组成部分之一。
我们曾考虑灭火机器人和远程运营商之间的通信系统。
该通信系统由两部分组成；数字分组数据通信系统和模拟图像通信系统。
数字分组数据通信系统采用可靠的商用CDMA网络通信。
数字分组数据通信系统的传输数据包，以控制灭火机器人以及检查机器人的状态。
对于无线图像通信系统，模拟通信系统的NTSC标准的使用，使远程操作员可以通过模拟图像通信系统查看消防机器人周围的视频。
使用这些通讯系统，灭火机器人和远程操作员之间强大的无线通信是可行的。
4.参考文献
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