中國民航大學
年學期研究生課程考核
（實驗報告、研究報告）
考核科目：粗糙集理論與機器學習
學生所在學院
學生所在學科
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格式要求：根據自己內容按照此文所示格式完成報告。字型大小、**標註、公式要求規範。
環境感知、行為決策和動作執行是智慧型機械人體系結構的主要內容。行為決策是實現機械人行為協調和控制的基礎，是機械人智慧型的決定因素。巡邏機械人是能夠完成巡邏監控任務的一種自主移動機械人，本文以巡邏機械人為背景進行行為決策研究。
**首先分析了巡邏機械人的國內外研究現狀，針對智慧型機械人行為決策研究的特點，提出了一種基於粗糙集和多重決策表的行為決策框架,其決策表分為高階行為實現決策表和導航行為決策表。
其次，分析了巡邏機械人的執行環境，建立了以拓撲地圖為基礎的三層環境模型：全域性模型、區域性模型和即時模型。在該模型中，道路檢測具有舉足輕重的作用，結合粗糙集理論在特徵學習方面的特點，提出了基於粗糙集理論的非結構化道路檢測演算法,並通過實驗驗證了其較強的適應性和可靠性。
再次，設計了一種基於行為的任務控制體系結構，建立了基於多重決策表的行為決策模型，重點研究了基於多重決策表的高階行為實現方法和導航行為決策方法。在行為實現方法中，以巡邏機械人定點察看任務中的目標監控行為為例，闡述了基於有限狀態粗糙集的決策知識獲取方法和基於知識庫的行為實現方法；在導航行為決策方法中，首先確定機械人在巡邏任務中的路段巡邏狀態、轉換關係，並依據領域知識和實驗資料建立機械人巡邏有限狀態機,然後提取有限狀態機的狀態轉換條件，形成粗糙集決策資訊系統的規則集，並通過屬性約簡和規則提取演算法，獲得簡化的行為決策規則，構成行為決策知識庫。
最後，進行了目標監控行為的模擬實驗和導航行為決策的實際實驗。資料分析表明這種目標監控行為的實現方法的有效性。在實際場景的導航實驗中，利用獲取的決策知識庫進行了導航，巡邏機械人具有很快的響應能力並能迅速有效的完成巡邏任務。
實驗驗證了該決策系統的有效性，在整個巡邏機械人系統中具有重要的作用。
關鍵詞： 粗糙集非結構化道路檢測任務控制體系機構知識獲取行為決策行為實現
目錄摘要 i
第1章機器學習研究綜述 1
1.1 引言 1
1.2 國內外現狀 4
1.2.1 **子目錄格式***** 4
1.2.24
1.3 主要研究內容 6
1.4 未來的研究方向 8
第2章粗糙集理論綜述 10
2.1 引言 10
2.2 國內外現狀 11
2.3 主要研究內容 12
2.4 未來研究方向 13
第3章某某理論***應用***演算法粗糙集理論 16
3.1 背景 16
3.2 演算法設計 16
3.3 實驗及資料處理 18
3.4 結論 18
第1章機器學習研究綜述
1.1 引言
隨著機械、電子、感測器、驅動與控制等多個領域的發展，機械人從第一代工業機械人、第二代帶有「感覺」的機械人發展到第三代智慧型機械人，特別是最近20年內自主移動機械人技術有了突飛猛進的發展，以至於目前每隔一段時間都會出現各種用於軍事、航天、醫療和家庭服務等領域的新型機械人。機械人的功能越來越強，其應用領域也越來越廣，正逐步被人們所接受，以至於比爾·蓋茨曾預言「未來家家都有機械人」。
自從機械人發展到第三代智慧型機械人，隨著計算機技術與機械人的緊密結合，人工智慧在機械人上的廣泛應用，機械人的智慧型程度越來越高，「機械人」幾乎成了「智慧型」的代名詞。環境感知、決策和行為執行，是智慧型機械人體系結構最主要的三部分內容，而其中「決策」是智慧型機械人智慧型性的決定因素。保安巡邏機械人是一種室外自主移動機械人，本文就是以「保安巡邏機械人的研製和開發」專案為背景，研究解決保安巡邏機械人在巡邏任務中的行為決策問題。
1.1.1 自主移動機械人概況
自主移動機械人作為機械人的乙個重要分支，已經不僅僅在工業製造領域，而且在軍事、民用、科學探索方面也得到了廣泛應用。其中尤其對地面為活動場所的自主移動機械人的研究最為廣泛和深入，例如：軍用方面可以用作敵方控制區偵察和對危險易**物的搜尋和拆除；科學探索方面已經被用於外星探索和採礦；民用方面的自主行駛車或者車輛的輔助駕駛系統、家庭服務機械人等特定功能機械人。
巡邏機械人就是能夠完成室內或室外巡邏等任務的一種自主移動機械人。
國外對於自主移動機械人的研究起步比較早，發展也比較快。自從2023年日本研製了世界上第一輛陸地自主車[1]後，美國也在自主移動機車領域投入了大量的資金和研發力量。特別是美國國防高階研究計畫局（darpa）制定了地面無人作戰平台的戰略計畫[2]，並投資6億美元用於地面自主車輛的研究。
在隨後的20年裡，美國、歐洲和日本都在移動機械人研究領域獲得了不同程度的進展。carnegie mellon university的n**lab11自主移動車[3]可以50-60km/h的速度在存在水漬和陰影的環境中自主行駛，並在2023年完成了從匹茲堡到加州的穿越美國大陸實驗。美國nasa移動機械人，火星探測機械人索傑那於2023年登上火星，隨後又有「勇氣」和「機遇」號成功登陸火星，並完成了對火星地表的科學探測任務。
在其它方面，美國remotec公司的andros系列排爆機械人受到各**警部門的歡迎，它可用於小型隨機**物的處理，它是美國空軍客機及客車上使用的唯一機械人。美國空軍也派出5臺andros機械人前往科索沃，用於**物及炮彈的清理。
歐洲方面，自主移動車輛研究則主要集中在結構化道路上的alv應用。德國國防軍大學研製的高速公路自主駕駛車vamors [4]最快達到了在高速公路上150km/h的速度。另外，德國還研製了一種輪椅機械人，在2023年漢諾瓦工業商品博覽會的展覽大廳中進行了實地現場表演。
國內的自主移動機械人發展起步比較晚。不過，經過近幾十年的發展也取得了很大進步，國家「863」智慧型機械人組把智慧型移動機械人的研究作為今後發展的重點。以中科院瀋陽自動化研究所、清華大學、北京航空航天大學、東北大學、哈爾濱工業大學、上海交通大學為代表的我國機械人研究基地，已經取得了令人矚目的成果。
由浙江大學、清華大學、國防科技大學和南京理工大學等學校聯合研製的alvlab[5]能夠在道路環境下達到最高時速74km/h。
在智慧型移動機械人研究方向，也取得了很大進展。dy-i型導遊服務機械人[6]是海爾--哈爾濱工業大學機械人技術公司推出的新一代智慧型導遊機械人。此機械人由伺服驅動系統、多感測器資訊避障及路徑規劃系統、語言識別及語言合成系統組成。
可自主行走，避障及人機互動。中科院自動化所研製的自主移動機械人casia-i，可廣泛應用於醫院、辦公室、圖書館、展覽館等公共場合的服務、作業、展示與娛樂以及個人家庭服務等諸多方面。
此外，哈爾濱工業大學、上海交通大學、國防科技大學等國內知名高校都自主研發了具有自主產權的足球機械人，並在「robocup」等機械人足球比賽中都取得了優異的成績。
2023年11月，由中國民航大學特種裝置研究基地機械人研究所研發成功中國國內首颱保安巡邏機械人，可以輔助或代替保安進行正常巡邏，移動監控並自主充電。
1.1.2 巡邏機械人概況
社會資訊化數位化程序日益發展，人們生活、辦公社群應經逐步改造成現代化的新型數字社群，小區的智慧型監控也上了新台階，數位化、網路化、資訊化、智慧型化是小區監控今後的發展方向。巡邏機械人就是可用於軍事基地、核**設施、洲際飛彈發射井、軍需倉庫、軍火庫、機場、鐵路樞紐、港口、儲油區，及其它重要設施的智慧型監控的一種特種機械人。目前，國內外各大著名研究機構和公司都在開展這方面的研究。
2023年，cybermotion公司與陸軍簽訂了一項為期7年的合同，生產mdars-i機械人，每個系統單價約10萬美元。預計陸軍一共將採購25個系統100臺機械人，用於美國18個不同的軍用倉庫中，2023年正式生產。mdars－i的最低速度為3公里/時，一次充電可連續工作8小時，它可在360度範圍內發現10公尺遠的物體。
機械人裝有入侵者探測用的微波雷達、熱成像儀、音響感測器、一台ccd攝像機、紅外照明器和旋轉及傾斜平台，還有超聲波感測器及導航感測器等。乙個無線區域網路轉接器方便了機械人與控制站的通訊。下班後機械人在倉庫內巡邏，可發現煙、火及入侵者。
此外，它還可確定所存物品的狀況及位置，發現問題及時發出警報。
cybermotion公司為滿足美國三軍後勤部門的迫切需求研製了一台sr2室內保安機械人，它能在公司大樓狹窄的過道中巡邏，只要發現有煙霧或距其30公尺以內有行人，它就會向指揮中心的值班人員發出警報。
圖 1-1 sr2室內保安機械人圖 1-2 secom機械人-x
2023年，日本secom公司研製開發了「secom機械人-x」保安巡邏機械人，機械人搭載有紅外線感知器等，夜間解析度為10公尺以內。搭載的照相機拍攝的畫面通過無線方式傳給監控室的保安人員，保安人員可依靠畫面監視室外情況。機械人如果發現可疑人進入，除了通過聲音和強光威懾之外，還能向可疑者施放煙霧。
如果發生火災，機械人會用搭載的滅火裝置及時滅火。
研究報告格式
結題報告是課題研究人員撰寫的，旨在反映課題研究過程和結果的書面材料。研究人員通過撰寫結題報告向上級匯報開展研究工作的情況和成果，取得上級的承認 支援和理解 通過結題報告在同行或同學之間進行交流 在學術刊物上發表自己的研究成果以擴大影響。此外，中學生撰寫結題報告可以培養自己歸納 總結 概括 推理和論述...
研究報告的基本格式
教育科研課題研究報告的基本格式及要求 一 課題的提出 實踐依據 同類研究概況等 二 課題的理論依據 理論基礎 核心概念界定 研究假設等 三 研究目的 與方案達成對比 四 研究內容 是否與方案一樣，如有調整以調整後的為準 五 研究物件 範圍與週期 一 研究物件與範圍 二 研究週期 六 課題研究遵循的原...
課題研究報告格式說明
一 標題 二 摘要。要求準確 精練 簡練地概括全文內容。三 引言 或前言 問題的提出 引言不是研究報告的主體部分，因此要簡明扼要。內容包括 1 提出研究的問題 2 介紹研究的背景 3 指出研究的目的 4 闡明研究的假設 5 說明研究的意義。四 研究方法。不同的課題，有不同的研究方法。這是研究報告的重...