地面無人平臺體系架構(gòu)研究綜述

余雪瑋， 趙熙俊， 蘇 波

(中國北方車輛研究所，北京 100072)

地面無人平臺在軍事、交通、物流等領域中應用前景廣闊，隨著無人平臺技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的直接設計方法在不斷涌現(xiàn)的新興異構(gòu)平臺中已經(jīng)不再適用，如何選擇一個恰當?shù)捏w系結(jié)構(gòu)在無人平臺系統(tǒng)設計與實現(xiàn)方面發(fā)揮著舉足輕重的作用，是無人平臺設計之初就應當考慮的關鍵問題[1-3].

1 體系架構(gòu)的概念

1.1 易混淆的概念辨析

人們對體系架構(gòu)的概念存在很多誤解，易將其與結(jié)構(gòu)、框架、控制結(jié)構(gòu)等概念混淆，因此對這些概念進行辨析十分必要.結(jié)構(gòu)(Structure)是通用詞匯，泛指一個東西、系統(tǒng)、概念的組成元素及其關系；架構(gòu)(Architecture)目前主要專用于計算機、軟件工程等行業(yè)，機器人行業(yè)的發(fā)展逐步為其添加新的內(nèi)涵，目前沒有文獻表明體系結(jié)構(gòu)與架構(gòu)的差別，只不過前者更強調(diào)方法論，后者更強調(diào)實踐，可以認為架構(gòu)與構(gòu)架、體系結(jié)構(gòu)、體系架構(gòu)、總體結(jié)構(gòu)等概念等價；框架(Framework)是基于架構(gòu)的可重用設計，解決某一個問題的處理流程，是提供諸多服務的半成品，供開發(fā)人員二次開發(fā)，例如Spring框架；控制結(jié)構(gòu)(Control Structure)指程序運行邏輯，C語言一共有順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)3種控制結(jié)構(gòu).

1.2 無人平臺體系架構(gòu)的內(nèi)涵

“架構(gòu)”一詞最早來源于建筑學，在IT行業(yè)對傳統(tǒng)行業(yè)的借鑒下，架構(gòu)逐漸專指軟件架構(gòu).隨著無人平臺技術(shù)的蓬勃發(fā)展，架構(gòu)的內(nèi)涵得到了新的拓展.由于軟件架構(gòu)的相關理論對于無人平臺體系架構(gòu)具有指導與借鑒意義，因此首先對軟件架構(gòu)的概念展開探討.關于軟件架構(gòu)的定義有很多，至今未形成公認的定義，表1列出了幾種典型的軟件架構(gòu)定義[4].

表1 幾個典型的軟件架構(gòu)定義

在理解無人平臺體系架構(gòu)的內(nèi)涵時，可以結(jié)合上述軟件架構(gòu)的定義，將無人平臺體系架構(gòu)看作軟件架構(gòu)在機器人領域的延伸，其不僅包含軟件架構(gòu)所涉及的內(nèi)涵，而且針對無人平臺的特性做了相對應的補充，將無人平臺體系架構(gòu)看作無人平臺軟硬件的組成部分的結(jié)構(gòu)、相互間的關系以及原則和規(guī)范的集合.

2 地面無人平臺體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀

常見的地面無人平臺體系架構(gòu)主要有分層遞階式、反應式、混合式3類，如圖1所示.

圖1 常見的3種地面無人平臺單體架構(gòu)

分層遞階式架構(gòu)是Saridis[9]于20 世紀 70年代末提出的，如圖1(a)所示，其按照感知、規(guī)劃、執(zhí)行的順序依次執(zhí)行.分層遞階式架構(gòu)具有規(guī)劃器與世界模型，因此該架構(gòu)具有人類的慎思、策略制定以及學習能力.此外該架構(gòu)層次分明，具有任務分解的能力.但規(guī)劃器與世界模型的存在使得預編程時任務量增大，系統(tǒng)的實時性差.S-P-A[10]是采用分層遞階式架構(gòu)的典型的代表.

反應式架構(gòu)是Brooks[11]于20世紀80年代提出的，如圖1(b)所示，其基本特征是所有的動作都是通過行為來完成，行為是用來完成任務的一種從傳感器輸入到動作模式的直接映射[12]，反應式剔除了分層遞階式架構(gòu)的規(guī)劃單元，因此可以通過簡單的編程實現(xiàn)緊急復雜的行動，具有反應靈活迅速、編程規(guī)模小、實現(xiàn)成本低等優(yōu)點.但隨之而來的缺陷是其不具備學習、世界建模、計劃、慎思的能力，從而缺少全局指導和協(xié)調(diào).典型的反應式架構(gòu)有Rodney Brooks的包容結(jié)構(gòu)[13]、MIT subsumption architecture[14]等.

為了彌補以上兩種架構(gòu)的不足，20世紀90年代混合式架構(gòu)被提出，如圖1(c)所示，該架構(gòu)融合了分層遞階式與反應式架構(gòu)的優(yōu)點，層次分明、實時性好、具有規(guī)劃器和世界模型，因此其有慎思的能力，并且在合適的時候也會采取反應模型.較有代表性的混合式架構(gòu)有NIST制定的4D Real-time Control Systems(4D/RCS)、NASA使用的the 3T Architecture[15]、NASA應用在移動機器人上的Task Control Architecture(TCA)[16]、移動機器人上使用的the Saphira Architecture[17]等.

目前，國際上針對地面無人平臺應用較多的體系架構(gòu)有 ROS、JAUS、4D/RCS、云機器人系統(tǒng)架構(gòu)、無人地面車輛互操作性指導原則、自主協(xié)同和組隊架構(gòu)、具備指控以及與有人車輛互操作能力的架構(gòu)、基于SAE AS5684協(xié)議的模塊化架構(gòu)、用于導航的智能架構(gòu)等[18].本研究將對其中幾個典型架構(gòu)進行分析介紹，其中4D/RCS屬于混合式架構(gòu)，JAUS屬于分層遞階式架構(gòu)，在ROS架構(gòu)與云機器人系統(tǒng)架構(gòu)中單體平臺架構(gòu)的設計可以根據(jù)需求自行選擇.

2.1 ROS

機器人操作系統(tǒng)(Robot Operating System，ROS)是美國 Willow Garage 公司[19-20]于2010年發(fā)布的一種機器人次級操作系統(tǒng).ROS采用分布式處理架構(gòu)，提供一種點對點的通信機制，以節(jié)點為基本單元，每一個節(jié)點是一個可執(zhí)行文件，這些執(zhí)行文件可以在不同的計算機上單獨設計并在運行時松散耦合，節(jié)點之間通過傳送消息進行通信，消息以發(fā)布/訂閱的方式傳遞，從而實現(xiàn)基于ROS控制器調(diào)度的多進程或多機協(xié)作，該過程如圖2所示.在ROS的通信機制下，較易實現(xiàn)反應式任務，但是也可以借助ROS本身豐富的工具包(如ROS-Behavior-Tree)實現(xiàn)無人系統(tǒng)的分層設計，即在ROS中單體平臺可以根據(jù)需求采用分層遞階式、反應式、混合式等單體無人平臺架構(gòu).

圖2 ROS的點對點通信機制

2.2 JAUS

無人系統(tǒng)聯(lián)合架構(gòu)(Joint Architecture for Unmanned Systems，JAUS)是美國國防部于1998年提出的一種面向服務的開放式體系架構(gòu)，它基于分層遞階式體系架構(gòu)，提供了在無人系統(tǒng)間交換信息的標準，目的在于提高無人系統(tǒng)間的互操作能力.與ROS架構(gòu)相比，JAUS架構(gòu)更加強調(diào)了分層的概念，圖3為其典型的拓撲架構(gòu)，整個系統(tǒng)被劃分為子系統(tǒng)、節(jié)點、組件3層.JAUS能力的具體體現(xiàn)在服務，其具有核心服務集、機動服務集、環(huán)境服務集、擴展服務集等，其中屬于核心服務集的傳輸服務模型如圖4所示[21-22]，子系統(tǒng)中的組件通過注冊傳輸服務實現(xiàn)基于傳輸總線的消息共享.佛羅里達大學參考該架構(gòu)擴展出了NaviGATOR體系結(jié)構(gòu)[23].

圖3 JAUS典型拓撲結(jié)構(gòu)

圖4 JAUS傳輸模型

2.3 4D/RCS

4維實時控制系統(tǒng)(4D Real-time Control Systems，4D/RCS)是由美國國家標準與技術(shù)研究院(NIST)以DemoIII無人車輛計劃為基礎發(fā)展而來的[24].該架構(gòu)提供了無人車輛系統(tǒng)軟件定義與組織的參考模型，定義了無人車輛系統(tǒng)多任務分析、規(guī)劃、執(zhí)行與協(xié)調(diào)的方法，并逐漸成為無人車輛系統(tǒng)軟件工程標準[25].4D/RCS參考架構(gòu)是混合式體系架構(gòu)，在較低層次生成面向目標搜索的反應式行為，即具有對緊急事件快速反應的能力，時間空間跨度小但分辨率高；在較高層次生成面向目標定義的遞階慎思式行為，即具有推理和規(guī)劃等慎思能力，時間空間跨度大，但分辨率低[26].如果將JAUS架構(gòu)對于系統(tǒng)、子系統(tǒng)、節(jié)點、組件、服務的劃分認為是“弱分層”，RCS架構(gòu)對分層概念的強調(diào)則更為突出，其不僅對系統(tǒng)的設計邏輯進行了分層，并且針對整個地面無人系統(tǒng)作戰(zhàn)體系都做了層次上的劃分與界定.

4D/RCS體系架構(gòu)由若干個計算節(jié)點組成，每個節(jié)點相當于一個控制器，操作者可以進入各級節(jié)點的任意模塊.這些節(jié)點構(gòu)成了分層遞階結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)在各個層次間傳輸，在每一層上提供反饋.每一個節(jié)點由感知處理(Sensory Processing，SP)、環(huán)境建模(World Modeling，WM)、價值評判(Value Judgment，VJ)、行為生成(Behavior Generation，BG)4個模塊與知識庫(Knowledge Database，KD)、操控接口(Operator Interface，OI)等模塊構(gòu)成，它們的關系如圖5所示[27].雖然4D/RCS架構(gòu)在學術(shù)界應用普遍，但不是公認標準，且沒有提供性能評估方法[28].

圖5 RCS節(jié)點構(gòu)造

2.4 云機器人系統(tǒng)架構(gòu)

隨著單體無人平臺向集群無人平臺發(fā)展，多機器人協(xié)作時服務器存儲空間不足和計算速度不夠的問題日益凸顯，云計算的出現(xiàn)解決了這些問題.“云機器人(Cloud Robotics)”的概念是卡耐基梅隆大學KUFFNER J博士在Humanoids 2010 國際會議上提出的[29]，它是云計算技術(shù)與機器人學的結(jié)合，即將機器人存儲與計算的任務卸載到云端，并實現(xiàn)機器人單體間的學習與共享.

基于 M2M/M2C 模型的系統(tǒng)架構(gòu)是目前比較主流的云機器人系統(tǒng)架構(gòu)之一，該模型由Guoqiang Hu 等人提出[30]，其整體系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示，其包括基礎云和ad-hoc云兩個互補的云結(jié)構(gòu)，由M2M /M2C通信架構(gòu)和彈性云計算架構(gòu)兩個子系統(tǒng)組成.其中M2M/M2C通信架構(gòu)分為M2M與M2C兩層，M2M層是在無線網(wǎng)絡中的機器人群組成的協(xié)同計算群，M2C層是云端和機器人直接相連形成的計算群.ad-hoc云功能是與基礎云結(jié)合彈性分配云端資源，其有如圖6所示的對等模型、代理模型和克隆模型3種典型云計算架構(gòu)，對等模型下每個機器人都是一個計算單元；代理模型下選擇一個機器人作為連接云網(wǎng)絡與機器人網(wǎng)絡的代理；克隆模型下各機器人在云中均有一個克隆，任務可以在云端或機器人端進行[31].

云機器人系統(tǒng)架構(gòu)是集群無人平臺架構(gòu)，規(guī)劃了云機器人集群的組織模式，對于云機器人系統(tǒng)架構(gòu)中的單體機器人平臺，可以根據(jù)需求采用分層遞階式、反應式、混合式等單體無人平臺架構(gòu)進行設計.

圖6 基于M2M/M2C模型的云機器人系統(tǒng)架構(gòu)

3 地面無人平臺體系架構(gòu)發(fā)展趨勢

1) 向多平臺體系架構(gòu)發(fā)展.

由地面無人平臺體系架構(gòu)研究現(xiàn)狀可見，地面無人平臺體系架構(gòu)的研究早期主要是針對平臺自身，如研究如何將單體無人平臺系統(tǒng)模塊化、如何組織各模塊間的關系等問題[32].但在執(zhí)行任務的過程中，單體平臺的能力極為有限，多平臺協(xié)同作業(yè)則可充分發(fā)揮每個單體平臺的優(yōu)勢、彌補彼此的不足、提高任務完成效率，多地面無人平臺系統(tǒng)以單體平臺無法比擬的優(yōu)越性已經(jīng)引起普遍重視，多地面無人平臺系統(tǒng)架構(gòu)隨之成為研究重點.

2) 向混合式體系架構(gòu)發(fā)展.

反應式體系架構(gòu)在處理簡單任務方面比較實用，但隨著作業(yè)任務的復雜化以及深度學習等技術(shù)的發(fā)展，學習能力成為地面無人平臺系統(tǒng)向智能化發(fā)展的必備能力，融合反應式體系架構(gòu)與分層遞階式體系架構(gòu)的優(yōu)點而形成的混合式體系架構(gòu)已成為在地面無人平臺設計中的優(yōu)先選擇，尤其是在位置環(huán)境的地面無人平臺導航中采用該體系架構(gòu)優(yōu)勢明顯[33-34].但混合式體系架構(gòu)仍存在一些關鍵問題需要解決，例如，如何實現(xiàn)基本模塊的靈活組合，尤其是合理協(xié)調(diào)分層遞階式智能與反應式智能；如何處理各層次間信息與知識的交流；如何解決體系結(jié)構(gòu)本身的自學習性以及易擴展性等問題[35-36].

3) 向模塊化體系架構(gòu)發(fā)展.

單體無人平臺體系架構(gòu)的發(fā)展趨勢總體上可以用模塊化概括.早期，無人平臺采用集中式的設計方法，認為無人平臺是硬件設備與控制軟件的集合，設計時需要綜合考慮軟硬件各種因素，效率低下.隨著無人平臺復雜性的提高，這種各功能執(zhí)行部件間呈緊密耦合的關系的平臺架構(gòu)已不再適用，隨之誕生的模塊化的設計思想將無人平臺看作組件的集合，組件又包含部件與功能描述[37].基于這種思想的模塊化體系架構(gòu)中，不同的組件通過統(tǒng)一的軟硬件接口呈松耦合狀態(tài)，大大提高了架構(gòu)的可復用性、可擴展性、可移植性、更新升級的簡易性、設計的簡明性等特性.地面無人平臺的模塊化主要借助地面無人平臺的功能組成與結(jié)構(gòu)分解，設定功能模塊之間的組織關系，設定對各功能模塊的功能性要求和性能要求等技術(shù)途徑的實現(xiàn).ROS便是踐行模塊化設計思想的典型代表，其首要設計目標是便于機器人研發(fā)過程中的代碼復用[38].

4) 向標準化體系架構(gòu)發(fā)展.

隨著越來越多的異構(gòu)無人系統(tǒng)的出現(xiàn)，為每一個平臺建立體系架構(gòu)并不現(xiàn)實.地面無人平臺體系架構(gòu)逐步從專用化向標準化轉(zhuǎn)變，通過制定具備開放性、成熟性以及可用性的標準，形成通用的接口和服務、相關的數(shù)據(jù)模型、強大的數(shù)據(jù)總線和共享信息方法促進發(fā)展.標準化是開放式體系架構(gòu)實現(xiàn)的基礎.[39]

5) 互操作體系架構(gòu)發(fā)展.

在復雜多變的環(huán)境下，為了實現(xiàn)異構(gòu)的無人系統(tǒng)間的密切集成與合作，單一化的體系架構(gòu)已經(jīng)無法滿足需求，增強各平臺的互操作能力是多地面無人平臺系統(tǒng)協(xié)作的基礎.GJB/Z 144A-2015標準中定義互操作性為兩個或兩個以上的系統(tǒng)或應用之間交換信息并相互利用所交換信息的能力[40]，該能力是無人系統(tǒng)、子系統(tǒng)、組件間交流協(xié)作的保障，未來所有的無人系統(tǒng)都將得益于互操作性的增強.因此，美國等先進國家均將無人系統(tǒng)的互操作性列為重點研究對象，例如為提高陸?？债悩?gòu)無人平臺及有效載荷和外圍設備間通用性，美國機器人系統(tǒng)聯(lián)合項目辦公室于2011年發(fā)布了第一版的無人地面車輛互操作性指導原則(Interoperability Profile，IOP).IOP定義了無人車互操作性接口和協(xié)議，包括總體規(guī)范、控制規(guī)范、有效載荷規(guī)范、通信規(guī)范等7個文件.美國地面無人系統(tǒng)路線圖也將無人系統(tǒng)的互操作性研究列為重點，制定了如圖7所示的無人系統(tǒng)的互操作性和模塊化發(fā)展路線[41].

圖7 美國無人系統(tǒng)的互操作性和模塊化發(fā)展路線

6) 分布式體系架構(gòu)發(fā)展.

在資源管理方面，集中式架構(gòu)的思想是將所需的主機資源集中到少數(shù)的幾臺大型服務器上.服務器的高重量、大體積一方面無法滿足地面無人系統(tǒng)對良好的移動性的需求；另一方面，移動需求勢必帶來服務器物理尺寸上的限制，從而造成服務器在處理大量數(shù)據(jù)與請求時能力受限；更重要的是，一旦核心服務器受損，整個系統(tǒng)便會癱瘓.而分布式架構(gòu)則能很好解決這些問題，其思想是將輕量級服務器分布在每個無人平臺上，從而使系統(tǒng)內(nèi)的單體無人平臺成為對等實體，該架構(gòu)在提升平臺移動性、系統(tǒng)處理效率、系統(tǒng)整體涌現(xiàn)性、系統(tǒng)可靠性與安全性以及防災抗毀能力上優(yōu)勢明顯.上文中例舉的ROS架構(gòu)便是分布式思想的典型體現(xiàn)，基于RCS以及JAUS架構(gòu)的無人平臺設計也都可以實現(xiàn)分布式軟件架構(gòu).

7) 從單域向多域協(xié)作發(fā)展.

隨著科研全球化的進程，世界各地的異構(gòu)的無人平臺層出不窮，建立統(tǒng)一的地面無人平臺體系架構(gòu)僅靠一個機構(gòu)、地區(qū)是不夠的，美國國防部已在世界各地的政府、工業(yè)界和學術(shù)界間展開廣泛合作.協(xié)作開發(fā)的機制對地面無人系統(tǒng)體系架構(gòu)的發(fā)展有巨大的促進作用.

此外，未來機器人將具有與環(huán)境共融、與人共融、與其他機器人共融的特征，機器人可能具有多模態(tài)傳感,能夠更加理解人類的需求[42]，地面無人系統(tǒng)體系架構(gòu)也隨之向著能與作業(yè)環(huán)境、人和其它機器人自然交互、自主適應復雜動態(tài)環(huán)境的方向發(fā)展.并且，地面無人平臺體系架構(gòu)正逐步與云計算、大數(shù)據(jù)、機器學習等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，向著形成具有接入全球互聯(lián)網(wǎng)能力的開放式體系架構(gòu)發(fā)展，從而實現(xiàn)無人平臺跨系統(tǒng)的預編程(即云操作)、結(jié)合機器學習的自主決策、人機智能融合、信息資源共享、相互學習等功能.云機器人架構(gòu)便是傳統(tǒng)的無人平臺架構(gòu)技術(shù)與云計算技術(shù)融合的實例.

4 地面無人平臺體系架構(gòu)關鍵技術(shù)

地面無人平臺體系架構(gòu)技術(shù)是為了促進地面無人平臺與其它平臺(包括有人平臺與無人平臺)之間、地面無人平臺內(nèi)部各組成部分之間的互操作，也為了促進技術(shù)重用和先進技術(shù)的及時插入，同時還為了對技術(shù)研究和產(chǎn)品研制提供規(guī)范性約束所需要加以研究的應用基礎理論和核心關鍵技術(shù)的總稱.其采用功能結(jié)構(gòu)分解、控制流程分解、自主性能分解等方法，為地面無人單體平臺與集群系統(tǒng)的設計提供基礎與指導.為了適應上述的發(fā)展趨勢，解決地面無人系統(tǒng)體系架構(gòu)的開放性、模塊化、標準化、互操作性等問題，需要以下關鍵技術(shù)作為支撐.

1) 互操作性技術(shù).

在地面無人系統(tǒng)體系架構(gòu)向具有互操作性的體系架構(gòu)發(fā)展的趨勢下，研究無人系統(tǒng)、有人系統(tǒng)、控制單元、載荷之間的數(shù)據(jù)傳輸方法，規(guī)范功能模塊之間的信息交互協(xié)議、信息技術(shù)標準、交互數(shù)據(jù)幀的句法和語義，解決接口涉及到的信息傳輸、建模、處理、安全以及人機交互等問題是實現(xiàn)無縫跨域指揮控制無人系統(tǒng)、與之通信并利用和共享其傳感器信息的關鍵.其中中間件技術(shù)是提高無人系統(tǒng)在控制、通信、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)鏈等方面的互操作性的關鍵技術(shù)，中間件主要通過調(diào)整將來自不同傳感器的數(shù)據(jù)標記和格式，從而實現(xiàn)異構(gòu)無人平臺間的無障礙通信和交互、提高無人系統(tǒng)的可維護性和發(fā)展速度、保證有人系統(tǒng)和無人系統(tǒng)安全運作和有效集成.中間件結(jié)構(gòu)靈活，可以適應任意復雜的無人平臺間的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，其使得遵循相同的標準的任意第三方模塊都可以融入原有的無人平臺系統(tǒng)[43].CORBA和JAVARMI是目前極具代表性的兩種中間件技術(shù)，但兩者針對的都是整個計算機領域，開發(fā)屬于我國的類似JAUS中間件這樣針對無人系統(tǒng)的中間件十分必要.

2) 聯(lián)合任務計算技術(shù).

具備聯(lián)合任務計算能力的無人平臺體系架構(gòu)能夠滿足各模塊即插即用的需求，在不改變平臺架構(gòu)下能使多元異構(gòu)傳感器、執(zhí)行單元的無縫接入與刪減，實現(xiàn)集群的自動化部署、在線升級、擴容、縮容，為數(shù)據(jù)融合、滿足任務時靈活多變的需求、整體架構(gòu)的小體積、輕量化和模塊化提供基礎，有利于新技術(shù)的集成、提升架構(gòu)的開放性.

3) 數(shù)據(jù)的發(fā)現(xiàn)、存儲與處理技術(shù).

地面無人系統(tǒng)架構(gòu)需要支持無人平臺獲取、存儲和處理及融合不同類型數(shù)據(jù)的能力.其中涉及到智能終端數(shù)據(jù)收集與指令下發(fā)、數(shù)據(jù)同步、分布式文件系統(tǒng)、分布式任務調(diào)度、遠程過程調(diào)用、分布式協(xié)同服務、集群監(jiān)控、資源管理等技術(shù).

4) 針對無人平臺領域的軟件工程技術(shù).

現(xiàn)有的關于軟件架構(gòu)的研究手段的討論均是針對計算機領域的，如圖8所示的5視圖法和Philippe Kruchten提出的4+1視圖法[44]等軟件架構(gòu)研究方法，基于架構(gòu)描述語言的各類描述方法(ADL)和基于統(tǒng)一建模語言的描述方法(UML)[45]等軟件架構(gòu)描述方法，以及軟件架構(gòu)的評判指標、驗證方法等.其實，軟件架構(gòu)與無人平臺體系架構(gòu)在解決系統(tǒng)模塊化、可擴展性等方面具有一致性，在無人平臺領域如何借鑒針對計算機領域的理論并作出適應性的改進與補充是當前無人平臺體系架構(gòu)技術(shù)發(fā)展急需做的基礎工作[46].

圖8 軟件架構(gòu)常用的研究方法

5) 信息安全技術(shù).

系統(tǒng)的信息安全是一切的保障，如何抵御惡意攻擊、防止信息泄露、軟件的健康監(jiān)控等問題、保障系統(tǒng)的信息安全、提高安全性與可靠性是無人平臺體系架構(gòu)設計時必須考慮的問題.

5 結(jié)束語

地面無人平臺體系架構(gòu)為地面無人平臺的技術(shù)研究、產(chǎn)品研制提供規(guī)范性約束，保障系統(tǒng)模塊化、可擴展性，是實現(xiàn)地面無人平臺功能結(jié)構(gòu)規(guī)范化、控制流程規(guī)范化、自主性能評估規(guī)范化的基礎.構(gòu)建合適的地面無人平臺體系架構(gòu)將促進平臺之間、平臺內(nèi)部功能模塊之間的互聯(lián)、互通、互操作.本研究在閱讀大量文獻的基礎上，對無人平臺體系架構(gòu)的概念進行了辨析，分析了ROS、JAUS、4D /RCS和云機器人系統(tǒng)架構(gòu)等典型無人平臺架構(gòu)特點，提出了地面無人平臺體系架構(gòu)的發(fā)展趨勢.最后從地面無人平臺的需求出發(fā)，提出了和發(fā)展趨勢相適應的基礎理論關鍵技術(shù).