Tin tức Deeper

Máy bay không người lái có thể xác định các bề mặt phẳng

Ngày:
Th3 07, 2020
Tóm lược:

Một máy bay không người lái, bốn micrô và loa: không cần thêm gì để xác định vị trí của các bức tường và các bề mặt phẳng khác trong phòng.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Máy bay không người lái có thể phát hiện các bức tường và bề mặt phẳng bằng sóng âm thanh?
Hình: iStock / mrtom-uk
Máy bay không người lái có thể phát hiện các bức tường và bề mặt phẳng bằng sóng âm thanh?
Hình: iStock / mrtom-uk

Một máy bay không người lái, bốn micrô và loa: không cần thêm gì để xác định vị trí của các bức tường và các bề mặt phẳng khác trong phòng. Điều này đã được chứng minh về mặt toán học bởi Giáo sư Gregor Kemper của Đại học Kỹ thuật Munich và Giáo sư Mireille Boutin của Đại học Purdue ở Indiana, Hoa Kỳ.

Tường và bề mặt phẳng có thể được nhận ra bằng sóng âm thanh? Các nhà toán học đã nghiên cứu câu hỏi này từ quan điểm lý thuyết trong một thời gian khá dài.

“Kịch bản cơ bản là một căn phòng với những bức tường phẳng, và có thể là trần và sàn nhà”, giáo sư Gregor Kemper của Chủ tịch Đại số thuật toán tại TUM giải thích. Căn phòng không được coi là hình chữ nhật. Cũng có thể đo độ dốc của các bức tường. Một số micro và loa được chứa trong phòng.

Loa và micro được đặt trên máy bay không người lái

Các nghiên cứu trước đây đã chứng minh một cách toán học rằng bốn micrô và loa là đủ để xác định các bức tường và cũng tính toán độ nghiêng của chúng. Để chuẩn bị cho việc này, micro phải được đưa vào phòng ở các vị trí ngẫu nhiên, sẽ mất khá nhiều thời gian và trong một số tình huống sẽ hoàn toàn không thể.

Đó là lý do tại sao Kemper và Boutin đưa ý tưởng tiến thêm một bước. Theo cách tiếp cận lý thuyết của họ, họ gắn loa và bốn micrô trên máy bay không người lái – làm cho phép đo thực tế hơn nhiều vì thiết bị không phải lắp đặt trong phòng.

Thuật toán có thể khớp với tiếng vang trên tường

Nguyên tắc cơ bản vẫn không thay đổi trong cách tiếp cận hiện tại: Khi loa phát ra xung lực âm thanh, sóng dội lại từ các bức tường. Những phản xạ trực tiếp của xung được gọi là tiếng vang thứ tự đầu tiên. Vấn đề lớn nhất phát sinh trong nghiên cứu tính khả thi toán học: “Mỗi micrô phát hiện một số lượng lớn tiếng vang. Chúng tôi cần có thể quyết định một cách chắc chắn tiếng vang nào phát ra từ bức tường nào”, Kemper nói.

Thời gian vận chuyển – độ trễ thời gian giữa việc phát xung âm thanh và nhận tiếng vang của nó – có thể được xác định rất chính xác bằng cách sử dụng micrô. Tất cả thời gian vận chuyển từ một bức tường nhất định có mối quan hệ cụ thể với nhau. Kemper và Boutin đã phát triển một thuật toán mới sử dụng mối quan hệ này để gán tiếng vang riêng cho một bức tường cụ thể.

Khi tiếng vang đã được gán cho các bức tường bên phải, vị trí và độ nghiêng của các bức tường được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp hình học tương tự như phương pháp GPS sử dụng khi xác định dữ liệu vị trí.

Bức tường ma có thể được tạo ra một cách tình cờ

Việc tính toán có thể sai, tuy nhiên đó là bởi vì một số tiếng vang có thể đáp ứng các điều kiện của mối quan hệ toán học một cách tình cờ. Điều này dẫn đến việc xác định các bức tường thực sự không có ở đó, được gọi là bức tường ma.

Chắc chắn, xác suất của các bức tường ma sẽ được dự kiến ​​sẽ cao hơn khi micro được gắn trên máy bay không người lái. Điều này là do trái ngược với micro được gắn tự do trong không gian, chúng có ít tự do di chuyển hơn do chúng được gắn cứng trên máy bay không người lái. Thay vì mười hai, chúng chỉ có sáu bậc tự do.

Drone ở vị trí lý tưởng để đo lường

Câu hỏi về khả năng các bức tường ma như vậy xuất hiện trong quá trình đo lường dẫn đến tuyên bố cốt lõi của bài báo: Kemper và Boutin đã chứng minh rằng sự tự do chuyển động của drone là đủ cho xác suất đặt nó ở mức “tốt” vị trí – có nghĩa là vị trí không phát hiện thấy tường ma – bằng 1. Nói cách khác, vị trí như vậy là gần như chắc chắn.

Sáu bậc tự do của máy bay không người lái là đủ để micro gần như chắc chắn ở vị trí tối ưu cho phép đo. Điều kiện tiên quyết duy nhất là micro không được bố trí trong một mặt phẳng chung trên máy bay không người lái.

Bước đầu tiên hướng tới các ứng dụng thực tế

Trong một bước tiếp theo, kịch bản của các nhà nghiên cứu sẽ trở nên thực tế hơn: Họ hy vọng sẽ tìm ra giải pháp toán học khi xảy ra lỗi hoặc không chính xác trong quá trình đo. Họ cũng có ý định nghiên cứu cấu hình với loa và micro gắn trên các phương tiện mặt đất.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Kỹ thuật Munich (TUM) . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Mireille Boutin, Kem Gregor. Một Drone có thể nghe thấy hình dạng của một căn phòng . Tạp chí SIAM về Đại số ứng dụng và Hình học , 2020; 4 (1): 123 DOI: 10.1137 / 19M1248534

Bài viết liên quan

Bài viết khác