Помощь студентам в учебе
USAR симулятор: тематические карты ROS
|
ВЕДЕНИЕ 4
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 6
1.1 Используемые инструменты разработки 6
1.1.1. ROS 6
1.1.2. Gazebo 7
1.2. Описание поставленной задачи 7
2. ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕСТНОСТИ В ТИПОВЫХ USAR СЦЕНАРИЯХ 9
2.1. Описание USAR фреймворка и типовых USAR сценариев 9
2.2. Типовые загрязнения местности в USAR сценариях и их влияние на
людей и роботов 10
2.2.1. Природные чрезвычайные ситуации 10
2.2.2. Техногенные чрезвычайные ситуации 11
2.2.3. Пагубное влияние среды в загрязненной местности на людей и
роботов 12
2.3. Требования к моделированию различных типов и уровней загрязнения
местности 14
3. СОЗДАНИЕ КАРТ, СИМУЛИРУЮЩИХ МЕСТНОСТЬ USAR
СЦЕНАРИЕВ 20
3.1. Обзор готовых решений 20
3.1.1. ПО ЛИРС для генерации ландшафта 20
3.2. Моделирование построек городской застройки 23
3.2.1. Обзор готовых решений 23
3.2.1.1. Модели Gazebo 23
3.2.1.2. Миры Gazebo 24
3.2.2. Создание собственных моделей 25
3.2.2.1. Мотивация 25
3.2.2.2. Создание моделей городской застройки 26
3.2.2.3. Создание плагинов для размещения собственных моделей в
симуляторе Gazebo 27
4. СОЗДАНИЕ УРОВНЕЙ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ 30
4.1. Радиационное загрязнение местности 30
4.1.1. Описание поведения радиационного излучения 30
4.1.1.1. Единовременный показатель 30
4.1.1.2. Накапливаемый показатель 31
4.1.2. Реализация радиационного излучения в ROS 31
4.2. Источники открытого возгорания 32
4.2.1. Описание поведения 32
4.2.2. Реализация в ROS 32
5. ВЕРИФИКАЦИЯ РАБОТЫ БОРТОВЫХ ДАТЧИКОВ НА СТАТИЧЕСКОЙ КАРТЕ 34
5.1. Робот Husky 34
5.2. Планирование маршрута по карте 35
5.2.1. Выбор локальных целей при исследовании местности 36
5.2.2. Сбор информации о локальном температурном и радиационном фоне 38
5.3. Верификация в симуляционной среде ROS Gazebo 38
5.3.1. Параметры симулятора 38
5.3.2. Отработка алгоритмов маневрирования и сбора данных об
окружающей среде 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
ГЛОССАРИЙ 49
Список литературы 50
ПРИЛОЖЕНИЕ
1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 6
1.1 Используемые инструменты разработки 6
1.1.1. ROS 6
1.1.2. Gazebo 7
1.2. Описание поставленной задачи 7
2. ТИПЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕСТНОСТИ В ТИПОВЫХ USAR СЦЕНАРИЯХ 9
2.1. Описание USAR фреймворка и типовых USAR сценариев 9
2.2. Типовые загрязнения местности в USAR сценариях и их влияние на
людей и роботов 10
2.2.1. Природные чрезвычайные ситуации 10
2.2.2. Техногенные чрезвычайные ситуации 11
2.2.3. Пагубное влияние среды в загрязненной местности на людей и
роботов 12
2.3. Требования к моделированию различных типов и уровней загрязнения
местности 14
3. СОЗДАНИЕ КАРТ, СИМУЛИРУЮЩИХ МЕСТНОСТЬ USAR
СЦЕНАРИЕВ 20
3.1. Обзор готовых решений 20
3.1.1. ПО ЛИРС для генерации ландшафта 20
3.2. Моделирование построек городской застройки 23
3.2.1. Обзор готовых решений 23
3.2.1.1. Модели Gazebo 23
3.2.1.2. Миры Gazebo 24
3.2.2. Создание собственных моделей 25
3.2.2.1. Мотивация 25
3.2.2.2. Создание моделей городской застройки 26
3.2.2.3. Создание плагинов для размещения собственных моделей в
симуляторе Gazebo 27
4. СОЗДАНИЕ УРОВНЕЙ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ 30
4.1. Радиационное загрязнение местности 30
4.1.1. Описание поведения радиационного излучения 30
4.1.1.1. Единовременный показатель 30
4.1.1.2. Накапливаемый показатель 31
4.1.2. Реализация радиационного излучения в ROS 31
4.2. Источники открытого возгорания 32
4.2.1. Описание поведения 32
4.2.2. Реализация в ROS 32
5. ВЕРИФИКАЦИЯ РАБОТЫ БОРТОВЫХ ДАТЧИКОВ НА СТАТИЧЕСКОЙ КАРТЕ 34
5.1. Робот Husky 34
5.2. Планирование маршрута по карте 35
5.2.1. Выбор локальных целей при исследовании местности 36
5.2.2. Сбор информации о локальном температурном и радиационном фоне 38
5.3. Верификация в симуляционной среде ROS Gazebo 38
5.3.1. Параметры симулятора 38
5.3.2. Отработка алгоритмов маневрирования и сбора данных об
окружающей среде 43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 48
ГЛОССАРИЙ 49
Список литературы 50
ПРИЛОЖЕНИЕ
Во всем мире существует проблема возникновения чрезвычайных ситуаций (ЧС). Причинами возникновения чрезвычайных ситуаций могут являться различные факторы, и на сегодняшний день не существует таких технологий, которые могли бы с максимальной долей вероятностью определить их появление, и тем самым минимизировать причиняемый ими ущерб. Часто причиной таких ЧС становятся природные катаклизмы, которыми невозможно управлять, и человек вынужден решать проблемы уже после случившегося инцидента. Данная ситуация осложняется еще и тем, что на территории, пораженной стихийным бедствием, находятся жилые районы населенных пунктов. Они, как правило, густонаселены, и первостепенной задачей спасателей становится уже не регулирование процессов на пораженной местности, а спасение, в первую очередь, жизни людей. Поэтому в таких ситуациях необходимо как можно быстрее вывести население пострадавшего района и оказать первую медицинскую помощь.
В отдельных случаях ситуации бывают опасны не только для пострадавшего населения, но и для спасательных групп. Это может быть связанно с токсичностью окружающей среды, возможностью обрушений зданий и отсутствием доступа для человеческого ресурса в разрушенные здания, где люди ждут помощи. В данной ситуации используются роботы, которые способны добраться в труднодоступные места и передать информацию о местонахождении людей [1].
В настоящее время существует большое количество информации о проводимых спасательных операциях после катастроф, исходя из которых, можно установить основные задачи и план действий при ЧС. Основываясь на информации из сводок, можно смоделировать угрозы различной силы, что позволит спасательным группам быть более подготовленными в реальных условиях.
Для предотвращения поломки оборудования рекомендуется использовать симуляции, в которых можно не только моделировать ситуации спасения и поиска, но и прорабатывать случаи, когда роботы попадают в критические ситуации, например, в открытый огонь.
Следовательно, актуальностью квалификационной работы является создание микросимулятора для моделирования различных карт, которые облегчают проведение тестовых запусков роботов-спасателей в зонах чрезвычайных происшествий. Так как в данных зонах существует множество факторов, влияющих на работоспособность робота, теоретическая часть заключается в сборе и изучении информации о данных факторах.
Целю выпускной квалификационной работы является создание статической карты, которая будет симулировать небольшой участок горячей зоны поисков спасательной операции с уровнями, имитирующими поведение окружающей среды при возможных чрезвычайных ситуациях. Для достижения поставленной целей необходимо выполнить задачи:
1. Собрать и структурировать информацию о возможных проблемах, с которыми сталкиваются поисковые группы в процессе проведения поисково-спасательных операций;
2. Создать статическую карту с жилой застройкой, имитирующую последствия землетрясения с всевозможными препятствиями;
3. Разработать программу симуляции различных уровней загрязнения окружающей среды;
4. Протестировать полученную карту с моделью реального робота, на предмет прохождения данной карты по построенному маршруту и успешного сбора информации о показателях окружающей среды.
В отдельных случаях ситуации бывают опасны не только для пострадавшего населения, но и для спасательных групп. Это может быть связанно с токсичностью окружающей среды, возможностью обрушений зданий и отсутствием доступа для человеческого ресурса в разрушенные здания, где люди ждут помощи. В данной ситуации используются роботы, которые способны добраться в труднодоступные места и передать информацию о местонахождении людей [1].
В настоящее время существует большое количество информации о проводимых спасательных операциях после катастроф, исходя из которых, можно установить основные задачи и план действий при ЧС. Основываясь на информации из сводок, можно смоделировать угрозы различной силы, что позволит спасательным группам быть более подготовленными в реальных условиях.
Для предотвращения поломки оборудования рекомендуется использовать симуляции, в которых можно не только моделировать ситуации спасения и поиска, но и прорабатывать случаи, когда роботы попадают в критические ситуации, например, в открытый огонь.
Следовательно, актуальностью квалификационной работы является создание микросимулятора для моделирования различных карт, которые облегчают проведение тестовых запусков роботов-спасателей в зонах чрезвычайных происшествий. Так как в данных зонах существует множество факторов, влияющих на работоспособность робота, теоретическая часть заключается в сборе и изучении информации о данных факторах.
Целю выпускной квалификационной работы является создание статической карты, которая будет симулировать небольшой участок горячей зоны поисков спасательной операции с уровнями, имитирующими поведение окружающей среды при возможных чрезвычайных ситуациях. Для достижения поставленной целей необходимо выполнить задачи:
1. Собрать и структурировать информацию о возможных проблемах, с которыми сталкиваются поисковые группы в процессе проведения поисково-спасательных операций;
2. Создать статическую карту с жилой застройкой, имитирующую последствия землетрясения с всевозможными препятствиями;
3. Разработать программу симуляции различных уровней загрязнения окружающей среды;
4. Протестировать полученную карту с моделью реального робота, на предмет прохождения данной карты по построенному маршруту и успешного сбора информации о показателях окружающей среды.
В теоретической части дипломной работы была собрана информация о возможных чрезвычайных происшествиях на территории Российской федерации, что они представляют, какие причины могут привести к данным опасным ситуациям. Были разобраны проблемы и источники опасности в горячих зонах USAR. На основе полученных данных был создан список с слоями загрязнения и подробная таблица с описанием уровней опасности горячей зоны. Были написаны требования к реализации факторов загрязнения в фреймворке ROS. Были рассмотрены архитектурные особенности жилых зданий, которые являются самыми распространенными в России и ближнем зарубежье.
В практической реализации были созданы модели по данным планов панельных домов серии 1-464. Был создан плагин мира для симуляционной среды Gazebo, позволяющий конструировать сцены последствий различных катастроф. По требованиям к реализации опасных уровней среды, созданы 2 узла, генерирующих данные поведения уровня радиации и температуры. Разработан узел управления роботом для движения по заданному маршруту со списком позиций, необходимых посетить во время перемещения, и сбора информации о показателях среды, сгенерированных в симуляции.
В практической реализации были созданы модели по данным планов панельных домов серии 1-464. Был создан плагин мира для симуляционной среды Gazebo, позволяющий конструировать сцены последствий различных катастроф. По требованиям к реализации опасных уровней среды, созданы 2 узла, генерирующих данные поведения уровня радиации и температуры. Разработан узел управления роботом для движения по заданному маршруту со списком позиций, необходимых посетить во время перемещения, и сбора информации о показателях среды, сгенерированных в симуляции.