在人民生活水平不斷提高、科技日新月異的時代，機器人將逐步走入人類的日常生活，與人類友好共處，是未來社會生活發展的必然趨勢。多機器人系統技術不僅是智慧型機器人發展的前沿技術，也是引領人類未來生活新模式、培育機器人新產業革命的一種核心技術。
基本介紹
- 中文名：救援仿真系統
- 外文名：RoboCupRescue Simulation System
- 屬性：救援機器人仿真平台
- 簡稱：RCRSS
- 類別：一種核心技術
簡介,救援仿真介紹,
簡介
全稱RoboCupRescue Simulation System，即救援機器人仿真平台。
RoboCup
救援仿真介紹
機器人救援的研究背景和意義
近年來多發的自然災害如地震、火災、洪水、人為的恐怖禍害如恐怖活動、武力衝突和有毒物質、輻射性物質帶來的危害，威脅著人們的安全，引起了廣泛的關注。雖然人們對各種災難的警覺和反應能力有所提高，但在處理破壞性災難事件時還是準備不夠充分，不專業、不及時的救援活動造成很多不必要的人員傷亡。在一些危險性大的災難中，如隨時會引發爆炸的火災現場；有易燃、易爆或劇毒氣體存在的現場；地震後存在易二次倒塌建築物的現場；施救人員無法深入進行偵探或施救，人們迫切需要探知火災現場的內部險情，但又不敢或無法接近或進入火災現場等。此時，救援機器人的參與可以有效地提高救援的效率和減少施救人員的傷亡，它們不但能夠協助人們完成救援任務，而且可以代替相關人員執行搜救任務。
近年來，特別是“9.11”事件以後，世界上許多國家開始從國家安全戰略的角度研製出各種反恐防爆機器人、災難救援機器人等危險作業機器人用於災難的防護和救援。在2005年6月份日本神戶召開的IEEE安全、防衛、救援國際研討會(IEEE SSRR'OS)上，將“在今後的減災和救援中，機器人作為一種有效的手段，將成為社會基礎設施中不可缺少的部分” 定為會議的主旨。同時，由於救援機器人有著巨大的潛在套用背景和市場，國際上一些著名的公司和科研機構，如日本的Tmsuk公司、麻薩諸塞州的福斯特-米勒公司、國際救援系統研究所、中日救援與安全機器人技術研究中心等也正在致力於救援機器人的研究與開發。
RoboCup機器人世界盃競賽於2001年增加了機器人救援的專項比賽RoboCupRescue，為救援理論和技術提供研究的試驗平台。RoboCup是一個為了促進人工智慧、機器人技術等領域發展的國際合作計畫，同時也是一個國際性的研究機構和教育性的組織，它的目的在於通過在一個寬廣的能夠進行分析和綜合的領域規定一個權威的問題，鼓勵和推動人工智慧和機器人技術的發展。RoboCup由許多不同的技術組成：自治機器人的設計原理、多智慧型體的協作、策略的獲取、實時的推理和機器人技術等。RoboCup技術一個重要的套用就是在大的災難場地進行機器人的搜尋和救援。
RoboCupRescue機器人救援仿真是是一個通過模擬現實生活中的城市災難場景，用機器人進行救援的仿真系統，它是和套用領域結合十分密切的新興工程，其主要目的是使救援智慧型體進行有效的分工協作，完成營救市民和滅火的任務，以最大限度地減小災難帶來的損失，進而在災難救援這個重大的社會問題上促進研究和發展。
RoboCupRescue機器人救援仿真系統是用計算機對真實的城市災難情況進行模擬，如在地震發生時的仿真模擬環境中：房屋，建築物等都倒塌了；道路、軌道和其他一些公共運輸設施都被毀壞了；基礎的城市設施比如電力，下水道系統也都被毀壞了；通信設施和信息的傳播被中斷了，許多受害者被埋在倒塌的房屋下；地震引起的火災開始很快的蔓延；救火隊因為水的供應很緊張不能有效的救火；消防車要通過的道路和停車的空曠地都被倒塌的房屋碎片擋住了等場景。為了減小災難帶來的損失，參賽隊伍需要開發一支強有力的救援智慧型體隊伍，在仿真系統提供的災難場景下進行有效的救援工作，並且儘快地營救受傷的民眾，搶救人們的生命財產，把災難的損失降低到最低限度。RoboCupRescue仿真是一個公開研究結果和原始碼的工程。世界上任何地區的研究人員都可以參加這個工程，進行研究、娛樂、訓練和網際網路教育。這個工程在不同範圍的各種可能的發展，將會使我們創造一個安全的社會，最終為人們實際的救援行動提供決策支持。
RoboCupRescue仿真聯盟有兩重目的：第一，它的目的在於研發開發仿真器以形成基本的仿真系統架構並模擬現實災難環境。第二，致力於開發具有能夠在災難情形中承擔主要角色能力的智慧型體和機器人。RoboCupRescue 仿真聯盟分為Agent Simulation和Virtual Robots兩個子項目：
(1) Agent Simulation
災難救援是最重大的社會問題之一，其中涉及惡劣環境中的大量異構智慧型體。RoboCupRescue 項目的目的是促進災難救援這個重大社會問題的研究與發展，並且在將來把包括多智慧型體團隊協作、搜尋和救援的機器人智慧型體、信息結構、個人數字秘書、標準的仿真器和決策支持系統、救援策略和機器人系統的評價基準等不同層次的領域，全部統一到一個綜合的系統中來。
(2) Virtual Robots
Virtual Robots競賽的宗旨是促進和鼓勵RoboCupRescue實物組和RoboCupRescue 仿真智慧型體（Agent Simulation）競賽之間各種算法技術的交流。Virtual Robots比賽的目的在於鼓勵進行多機器人系統協作的研究，從事城市搜尋和救援任務。機器人和感測器在比賽中的使用和實物機器人十分近似，搭建起了救援仿真機器人與救援實物機器人之間的橋樑，為創造未來數位化的國際機器人救援隊提供了條件。目前的研究熱點是human-robot互動、變化的自治性、感測器融合、建築物地圖繪製、以及分散式規劃和學習等。
發展歷史
1995年1月17日發生在日本神戶的特大地震，在這次地震中，6500多人傷亡，80000多座建築物倒塌，直接或者間接影響到100萬人口，直接經濟損失達到了10多億美元。在這次地震當中，房屋，建築物和其他一些東西都倒塌了，道路、鐵路和其他一些公共運輸設施都被毀壞了，基礎的城市設施如電力，下水道系統也都被毀壞了，許多受害者被埋在倒塌的房屋下，有大約300處的火災報導，並且開始很快的蔓延，救火隊不能有效的救火，一方面因為供水緊張，另一個重要的原因是停消防車的道路和空曠地被倒塌的房屋碎片擋住了。由於交通的阻塞和沒有充足、準確的信息，救護和救援隊花費了很長的時間才到達災難的現場。從神戶地震的教訓中，引發了人們對救援機器人研究的關注和興趣，認識到需要研發具有精力充沛的、動態的、智慧型的和靈活的救援智慧型體和機器人，並由此在RoboCup技術中引入了RoboCupRescue機器人救援項目的研究。
RoboCupRescue項目聯盟作為比賽是一個對RoboCupRescue項目研究成果的國際性的評價，在2001年正式成為RoboCup下屬的正式比賽項目，Virtual Robots競賽第一次出現在2006年的德國不萊梅RoboCup World Cup中。
RoboCup Rescue的研究主要是為了在災難救援方面做出貢獻。災難救援是一個很嚴肅的社會問題，在複雜的不可預料的災難環境中，多智慧型體的協調工作成為了研究重點。多智慧型體系統的研究是近二十年來研究的熱門話題，RoboCup Rescue 的研究屬於多智慧型體研究的一個領域，首先由日本提出。
從2000年開始，RoboCupRescue仿真項目開始建立，其比賽每年舉辦一次。國內關於這方面的研究起步比較晚，2006德國不萊梅RoboCupRescue世界盃仿真組的比賽中，只有中南大學的CSU_YunLu隊代表中國隊參賽。關於這方面的研究，國內正逐步的興起，2006年中國舉辦了公開賽，中南大學的CSU_YunLu獲得了冠軍。
歷屆比賽的參賽隊伍和比賽成績
在2001年的比賽中：有來自伊朗、印度、美國、日本等國家的11支隊伍報名參賽，最終有7支隊伍參加決賽。結果來自日本的YabAI (Takeshi Morimoto, The University of Electro-communications)獲得了冠軍，來自伊朗的Arian獲得了亞軍，來自美國和日本的Rescue-ISI-JAIST獲得了第三名。
在2002年的比賽中：有來自澳大利亞、美國、伊朗、日本、土耳其等國家的15支隊伍參加比賽。最終來自伊朗的Arian獲得了冠軍，YowAI2002獲得了亞軍，NITrescue02獲得了第三名。
在2003年的比賽中：有來自伊朗、荷蘭、德國、日本等國家的30支隊伍報名參加比賽，最終20支隊伍參加決賽。結果來自伊朗的S.O.S獲得了冠軍，來自伊朗的Eternity獲得了亞軍，來自紐西蘭的The Black Sheep獲得了第三名。
在2004年的比賽中：有來自伊朗、加拿大、土耳其、美國、日本等國家的17支隊伍參加決賽。結果來自伊朗的Bam獲得了冠軍，來自伊朗的Caspian獲得了亞軍，來自加拿大的DAMAS-Rescue獲得了第三名。
在2005年的比賽中：有來自日本、伊朗、葡萄牙、土耳其等國家的21支隊伍參加了決賽，結果來自伊朗的Impossibles獲得了冠軍，來自伊朗的Caspian獲得了亞軍，來自印度的Kshitij獲得了第三名。
在2006年的比賽中：有來自中國、德國、美國、日本、伊朗等國家的42支隊伍報名參加了Agent的比賽，最終20支隊伍參加決賽，結果來自伊朗的Poseidon獲得了冠軍，來自伊朗的IUST獲得了亞軍，來自伊朗的SBCe_Saviour獲得了第三名。有來自美國、德國、巴西等國家的8支隊伍參加了Virtual Robots的比賽，結果來自德國的RescueRobots Freiburg獲得了冠軍。
在2007年的比賽中：有來自中國、日本、土耳其、伊朗、印度、美國、巴西等國家的30支隊伍報名參加了Agents的比賽，最終16支隊伍進入決賽，結果來自伊朗的MRL獲得了冠軍，來自伊朗的Impossibles獲得了亞軍，來自中國的TsinghuaAeolus獲得了第三名。來自美國、德國、伊朗、巴西等國家的20支隊伍參加了Virtual Robots的比賽，結果來自美國的Steel獲得了冠軍，來自德國的Jacobs Virtual Rescue Team獲得了亞軍，來自義大利的SPQR Virtual獲得了第三名。
系統簡介
1. Agents競賽
在RoboCupRescue仿真系統中，包括地圖以及救援智慧型體。地圖作為智慧型體執行救援任務的平台，通常是實際城市的模擬，包括有建築物、道路、河流、路口等。當災難如地震、火災發生時，會引起房屋倒塌，道路阻塞，建築物著火，以及市民受傷、無法逃生等。於是，需要救援智慧型體進行市民營救以及滅火的任務。救援智慧型體一般由30-40個智慧型體組成，這些智慧型體包含有六種類型，分別是警察－負責清除路障、救護隊員－負責營救市民、消防隊員－負責滅火，警察局、救護中心、和消防中心，這三類中心則主要任務是接收和傳送訊息，及指導所屬智慧型體的行為。
機器人救援仿真系統是一個實時的分散式仿真系統，它是由幾個模組通過網路連線組成。每個不同的模組可以在不同的計算機上作為一個獨立的程式運行，所以計算任務可以分散到許多台計算機上。每一個災難現場都是同專門的子模擬器仿真出來的，如倒塌的建築物和蔓延的大火，警察、救護隊和消防隊扮演不同的獨立的機器人救援智慧型體，地理信息系統提供災難現場最初的條件，並且監視災難地的環境，核心負責各模組和仿真器之間的通信。
2. Virtual Robots
Virtual Robots 是由一個操作員負責啟動、駕馭、停止機器人的一個仿真系統。機器人可以包含編/解碼器、GPS、攝像頭、觸動感測器等一系列感測器。機器人之間不允許直接交換信息，並且被要求使用無線通信伺服器（WCS），在機器人的出發點會安裝一個virtual基站，只有反饋給基站的信息（地圖，傷員位置等）才有效。比賽時，機器人從給定位置進入一個未知的建築物或場地進行探測，在移動的過程中通過感測器獲取信息，如傷員的位置、道路的阻塞情況、房屋的構造等。操作人員根據機器人獲得的信息把機器人探測的區域描繪成地圖，包括傷員的定位，機器人路徑等。
