本發(fā)明涉及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，特別是涉及一種智慧園區(qū)多類型機(jī)器人與電梯調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代化智慧園區(qū)中，電梯作為垂直運(yùn)輸?shù)闹饕ぞ?，使用頻繁且承載了大量的人員和物資運(yùn)輸任務(wù)。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的機(jī)器人被部署在建筑物中執(zhí)行各種任務(wù)，如配送、安保和清潔等。然而，這些機(jī)器人在使用電梯時(shí)，不可避免地會(huì)與人類用戶產(chǎn)生沖突，尤其是對(duì)一些優(yōu)先人員如嬰兒、老人和孕婦，這些沖突可能導(dǎo)致不便和安全隱患。具體來(lái)說(shuō)，嬰兒、老人、孕婦等優(yōu)先人員在使用電梯時(shí)需要更多的空間和時(shí)間，且他們?cè)诰o急情況下的應(yīng)對(duì)能力較弱。這些人群在與機(jī)器人和其他普通乘客共享電梯時(shí)，可能面臨以下問(wèn)題：電梯擁堵，在高峰時(shí)段，電梯同時(shí)接收來(lái)自機(jī)器人和人類的呼叫請(qǐng)求，特別是優(yōu)先人員需要更多的時(shí)間進(jìn)出電梯，導(dǎo)致電梯負(fù)載增加，乘客等待時(shí)間延長(zhǎng)；安全隱患，機(jī)器人在電梯內(nèi)移動(dòng)時(shí)，可能與嬰兒車、老人和孕婦發(fā)生碰撞，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)；用戶體驗(yàn)下降，優(yōu)先人員在使用電梯時(shí)，頻繁遭遇機(jī)器人，可能引發(fā)不便和焦慮，降低他們的滿意度和安全感；任務(wù)延誤，機(jī)器人的任務(wù)調(diào)度與人類乘客的需求存在沖突，可能導(dǎo)致機(jī)器人的任務(wù)執(zhí)行時(shí)間延長(zhǎng)，甚至任務(wù)失敗。

2、然而，現(xiàn)有的機(jī)器人和與電梯之間的調(diào)度簡(jiǎn)單，并沒(méi)有考慮優(yōu)先人員與機(jī)器人之間的安全問(wèn)題或是電梯使用效率問(wèn)題。例如，簡(jiǎn)單的時(shí)間分段使用：酒店設(shè)定特定的時(shí)間段供機(jī)器人使用電梯，在客流量較少的非高峰時(shí)段，避免與人類乘客的直接沖突。這種方法雖然在一定程度上減少了沖突，但機(jī)器人在高峰時(shí)段的使用需求仍難以得到滿足。簡(jiǎn)單的一種單純調(diào)度規(guī)則：機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)使用預(yù)先設(shè)定的簡(jiǎn)單規(guī)則，如在電梯空閑時(shí)優(yōu)先安排機(jī)器人使用。但這種方式依賴于電梯的空閑狀態(tài)，在高峰時(shí)段電梯長(zhǎng)期占用時(shí)，機(jī)器人任務(wù)仍然會(huì)被延誤。或者是更直接的還有手動(dòng)的調(diào)度方式，依賴人工，浪費(fèi)額外的人力成本。

3、因此，需要一種智慧園區(qū)多類型機(jī)器人與電梯調(diào)度方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種智慧園區(qū)多類型機(jī)器人與電梯調(diào)度方法，解決多類型機(jī)器人與需要優(yōu)先人員間電梯沖突問(wèn)題，通過(guò)智能調(diào)度和優(yōu)化算法，提高電梯的使用效率，減少機(jī)器人和人類(尤其是優(yōu)先人員)間的沖突，提升整體用戶體驗(yàn)，考慮機(jī)器人的任務(wù)優(yōu)先級(jí)、人類乘客的緊急程度等因素，確保系統(tǒng)的高效、可靠和公平。

2、為此，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、一種智慧園區(qū)多類型機(jī)器人與電梯調(diào)度方法，包括：

4、中央處理系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線通信模塊接受各傳感器采集的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理；

5、中央處理器通過(guò)mfdnn三階段多模態(tài)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)調(diào)度機(jī)器人和電梯；

6、mfdnn三階段多模態(tài)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括：機(jī)器人檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、人群計(jì)數(shù)判斷網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器人與人群交互網(wǎng)絡(luò)；

7、所述機(jī)器人檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)電磁輻射數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)a(t)、壓力po(t)、圖像融合特征ffused進(jìn)行融合獲得全態(tài)融合特征ffused；全態(tài)融合特征ffused通過(guò)softmax層以及全連接層對(duì)機(jī)器人存在的概率進(jìn)行判斷，當(dāng)概率超過(guò)閾值則判定存在機(jī)器人，反之則不存在；

8、所述人群計(jì)數(shù)判斷網(wǎng)絡(luò)提取電梯內(nèi)人員特征，通過(guò)優(yōu)先人員分類器獲得各優(yōu)先人員概率；通過(guò)硬分類法，計(jì)算出優(yōu)先人員的數(shù)量；

9、所述機(jī)器人與人群交互網(wǎng)絡(luò)通過(guò)機(jī)器人檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)、人群計(jì)數(shù)判斷網(wǎng)絡(luò)所提供信息進(jìn)行機(jī)器人和電梯調(diào)度，包括：

10、根據(jù)電梯內(nèi)優(yōu)先人員和機(jī)器人優(yōu)先級(jí)確定電梯的?？繕菍雍晚樞颍?/p>

11、電梯內(nèi)存在優(yōu)先人員，電梯外機(jī)器人排隊(duì)等候且延遲調(diào)度；

12、電梯內(nèi)優(yōu)先人員2人以上，電梯內(nèi)機(jī)器人中止執(zhí)行任務(wù)，限制活動(dòng)范圍；

13、電梯內(nèi)不存在優(yōu)先人員，且人群密度小于稀疏人群密度值時(shí)根據(jù)機(jī)器人任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。

14、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括：

15、對(duì)紅外傳感收集到的數(shù)據(jù)采用電梯紅外濾波公式進(jìn)行濾波，并利用電梯紅外濾波更新公式對(duì)紅外傳感收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行更新：

16、

17、其中，表示預(yù)測(cè)狀態(tài)，f為狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，b為控制輸入矩陣，uk-1為控制量；kk為卡爾曼增益，zk為測(cè)量值，h為測(cè)量矩陣。

18、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理，還包括：

19、通過(guò)抖動(dòng)補(bǔ)償算子修正攝像頭圖像抖動(dòng)引起的模糊：

20、vx(t)＝∫ax(t)dt

21、vy(t)＝∫ay(t)dt

22、vz(t)＝∫az(t)dt

23、x(t)＝∫vx(t)dt

24、y(t)＝∫vy(t)dt

25、z(t)＝∫vz(t)dt

26、其中，ax、ay、az表示安裝在電梯內(nèi)部的加速度傳感器所獲取電梯在三個(gè)軸向上的加速度數(shù)據(jù)，vx(t)、vy(t)、vz(t)表示對(duì)加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分得到電梯在各個(gè)方向上的速度，x(t)、t(t)、z(t)表示電梯在各個(gè)方向上的位移；

27、對(duì)圖像像素進(jìn)行位移補(bǔ)償更新：

28、

29、其中，xorig、yorig為原始圖像的像素位置，xnew、ynew為更新后圖像的像素位置，α為一個(gè)調(diào)節(jié)系數(shù)，用于控制補(bǔ)償?shù)某潭取?/p>

30、進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理，還包括：

31、對(duì)電磁場(chǎng)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換：

32、f{e(t)}＝e(f)

33、e(f)是頻率f上的電磁輻射強(qiáng)度；

34、通過(guò)多機(jī)器人濾波傳遞函數(shù)進(jìn)行電磁信號(hào)濾波：

35、

36、其中，h(t)為多機(jī)器人濾波后的參數(shù)，fo是中心頻率，bw是帶寬，j是虛數(shù)單位；

37、量化機(jī)器人電磁輻射的特征值：

38、

39、其中，w是第n個(gè)諧波的權(quán)重系數(shù)，n是考慮的最大諧波數(shù)，iei為機(jī)器人特征指數(shù)。

40、進(jìn)一步地，所述機(jī)器人檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)電磁輻射數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)a(t)、壓力po(t)、圖像融合特征ffused進(jìn)行融合獲得全態(tài)融合特征ffused，包括：

41、對(duì)電梯內(nèi)部的高精度攝像頭獲取的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行卷積計(jì)算：

42、c(fi)＝w*fi+b

43、其中，c(fi)為第一層卷積后輸出，w為卷積核，*為卷積操作，b為偏置；

44、通過(guò)電梯紅外多尺度特征融合算子進(jìn)行電梯紅外數(shù)據(jù)提取：

45、

46、其中，iri為輸入的紅外圖像數(shù)據(jù)，代表電梯內(nèi)部的溫度分布，wk為卷積核權(quán)重矩陣，bk為偏置向量，αk為不同尺度特征的融合權(quán)重，m(iri)為第一層特征融合后的紅外高階特征表示；

47、通過(guò)圖像高階融合，對(duì)卷積計(jì)算后的圖像數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)提取后的電梯紅外數(shù)據(jù)進(jìn)行融合：

48、ffused＝concat(c(fi),m(iri))

49、其中，concat表示張量拼接操作；

50、對(duì)電磁輻射數(shù)據(jù)、加速度數(shù)據(jù)a(t)、壓力po(t)、圖像融合特征ffused進(jìn)行全態(tài)融合：

51、ffused＝αfffused+βa(t)+γpo(t)+εiei

52、其中，α、β、γ以及ε分別為融合權(quán)重。

53、進(jìn)一步地，所述提取電梯內(nèi)人員特征，通過(guò)優(yōu)先人員分類器獲得各優(yōu)先人員概率，包括：

54、基于電梯圖像，提取電梯人群密度圖：

55、d(x,y)＝d(c(fi))

56、其中，d(x,y)為密度圖，d為密度估計(jì)，c(fi)為電梯圖像第一層卷積輸出；

57、基于電梯人群密度圖，通過(guò)積分計(jì)算提取電梯內(nèi)總?cè)藬?shù)n：

58、n＝∫∫d(x,y)dxdy

59、基于電梯內(nèi)人群密度圖以及電梯內(nèi)總?cè)藬?shù)通過(guò)人體骨骼框架模型提取每個(gè)電梯內(nèi)部人群的關(guān)鍵點(diǎn)位置：

60、

61、其中為第i個(gè)人的第j個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)，m為每個(gè)人的關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)；

62、孕婦分類器為：p(孕婦)＝cpre(k)

63、其中，k為密度圖中單個(gè)個(gè)體，cpre為孕婦分類體，p(孕婦)為密度圖中單個(gè)個(gè)體為孕婦可能性；

64、兒童分類器為：p(兒童)＝cchi(k)

65、其中，k為密度圖中單個(gè)個(gè)體，cpre為兒童分類體，p(孕婦)為密度圖中單個(gè)個(gè)體為兒童可能性；

66、老人分類器為：p(老人)＝cold(k)

67、其中，k為密度圖中單個(gè)個(gè)體，cpre為老人分類體，p(孕婦)為密度圖中單個(gè)個(gè)體為老人可能性。

68、進(jìn)一步地，所述根據(jù)電梯內(nèi)優(yōu)先人員和機(jī)器人優(yōu)先級(jí)確定電梯的停靠樓層和順序，包括：

69、通過(guò)優(yōu)先級(jí)函數(shù)確認(rèn)不同乘客和機(jī)器人的優(yōu)先級(jí)：

70、p(x)＝whh(x)+wcc(x)+wee(x)

71、其中，h(x)為優(yōu)先人員：孕婦、老人、兒童優(yōu)先級(jí)，c(x)為機(jī)器人的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，e(x)為緊急情況優(yōu)先級(jí)，wh，wc，we為權(quán)重系數(shù)；

72、通過(guò)電梯?？扛怕蚀_定電梯的?？繕菍雍晚樞颍?/p>

73、stop(f)＝argmaxp(x,f)

74、其中，f為電梯的目標(biāo)樓層，系統(tǒng)優(yōu)先安排高優(yōu)先級(jí)的乘客和機(jī)器人任務(wù)，避免不必要的?？?。

75、進(jìn)一步地，所述電梯內(nèi)存在優(yōu)先人員，電梯外機(jī)器人排隊(duì)等候且延遲調(diào)度，包括：

76、確認(rèn)外部機(jī)器人優(yōu)先級(jí)：

77、q(t)＝{r1(t),r2(t),r3(t),...,rn(t)}

78、其中，q(t)為排列結(jié)果，rn(t)為電梯外部等候的第n個(gè)機(jī)器人；

79、通過(guò)動(dòng)態(tài)門(mén)禁控制算子，動(dòng)態(tài)調(diào)整電梯門(mén)禁策略：

80、

81、其中，pp為乘客優(yōu)先級(jí)，pr為外部機(jī)器人優(yōu)先級(jí)；

82、延遲機(jī)器人的調(diào)度：

83、td＝f(n,pp,pr)

84、其中，td為機(jī)器人調(diào)度延遲時(shí)間，函數(shù)f根據(jù)人群數(shù)量和優(yōu)先級(jí)計(jì)算。

85、進(jìn)一步地，所述電梯內(nèi)優(yōu)先人員2人以上，電梯內(nèi)機(jī)器人中止執(zhí)行任務(wù)，限制活動(dòng)范圍，包括：

86、

87、其中，r(t)表示機(jī)器人的活動(dòng)狀態(tài),limited表示限制機(jī)器人活動(dòng)，allowed表示允許機(jī)器人活動(dòng)。

88、進(jìn)一步地，所述電梯內(nèi)不存在優(yōu)先人員，且人群密度小于稀疏人群密度值時(shí)根據(jù)機(jī)器人任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，包括：

89、計(jì)算電梯人群密度：

90、

91、其中，a為電梯的面積，ρ為密度分布；

92、動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)器人的任務(wù)優(yōu)先級(jí)和路徑規(guī)劃：

93、

94、其中，ci(t)為第i個(gè)機(jī)器人的優(yōu)先級(jí)，tj(t)為其任務(wù)重要性權(quán)重，m為任務(wù)數(shù)。

95、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

96、本發(fā)明通過(guò)在電梯內(nèi)外配置高精度攝像頭、紅外傳感器、重量傳感器、加速度傳感器、壓力傳感器和電磁輻射傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯內(nèi)外部情況的全面監(jiān)測(cè)。通過(guò)無(wú)線通信模塊，將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸至中央處理系統(tǒng)，并對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)清洗和去噪處理，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。通過(guò)自適應(yīng)中值濾波器去除噪聲，紅外濾波公式過(guò)濾紅外數(shù)據(jù)，及抖動(dòng)補(bǔ)償算子修正攝像頭抖動(dòng)引起的模糊等技術(shù)，確保了數(shù)據(jù)處理的精度。

97、本發(fā)明的mfdnn三階段多模態(tài)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可精準(zhǔn)判斷電梯內(nèi)是否存在機(jī)器人，并識(shí)別特定人群(如孕婦、兒童、老人)的特征。通過(guò)構(gòu)建的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法，系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整處理流程，確保人群安全，并優(yōu)化電梯的使用效率。在電梯沖突優(yōu)化管理方面，通過(guò)優(yōu)先級(jí)函數(shù)、?？扛怕使胶蜋C(jī)器人調(diào)度延遲公式等技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)器人和人群的合理調(diào)度與管理，避免沖突發(fā)生，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。