Ein großer Teil der Interaktionen im täglichen Leben von Menschen wird von Regeln und Konventionen bestimmt (z.B. das Verhalten im Straßenverkehr, an Bushaltestellen). Die Regeln werden in natürlicher Sprache formuliert, mit vielen qualitativen Begriffen zur Beschreibung räumlicher Situationen ('von links', 'rechts abbiegen', 'in Kollisionsgefahr'). Agenten in solchen Umfeldern müssen sich entsprechend solcher Regeln verhalten. Die Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, wie man solche Regelsysteme mit Methoden des qualitativen räumlichen Schließens (QSR) formalisieren kann und die Formalisierung zur regelkonformen Steuerung von Agenten einsetzen kann. Die relative Orientierung zwischen Objekten ist der wichtigste räumliche Aspekt zur Steuerung von Agenten. Daher wird ein allgemeines Kalkül zur Darstellung solcher Informationen entwickelt. Es wird gezeigt, dass das auf orientierten Punkten basierende Kalkül OPRAm das zur Zeit ausdrucksstärkste relative Orientierungskalkül ist. Da es mit OPRAm und anderen relativen Orientierungskalkülen nur in eingeschränkter Art und Weise möglich ist zu repräsentieren, ob sich zwei Objekte in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung bewegen, sich voneinander weg oder aufeinander zu bewegen (alignment knowledge), wurde ein spezielles Kalkül (AC) entwickelt und mit OPRAm zu OPRA*m vereinigt. Die Komposition basierend auf den individuellen Kompositionstabellen wird mit Hilfe von Ungleichungssystemen optimiert, die bestimmte geometrische Eigenschaften der Relationen formalisieren. Zur Steuerung von Agenten wird das Modell der konzeptuellen Nachbarschaft erweitert. Die konzeptuellen Nachbarschaftsgraphen werden mit diesen Informationen angereichert (action-augmented conceptual neighborhood graph). Da fehlerhafte Sensorwahrnehmungen zu Widersprüchen mit vorhandenem Wissen führen können (Inkosistenz des qualitativen Weltmodells), wird ein Verfahren zur Auflösung solcher Inkonsistenzen vorgestellt, das in Bezug auf verschiedene Nachbarschaftsdistanzen nur eine minimale Anzahl von Veränderungen im Weltmodell vornimmt (minimal constraint network relaxation). Erweiterte konzeptuelle Nachbarschaftsgraphen werden zur Formalisierung von Kollisionsvermeidungsregeln in Regel-Transitionssystemen benutzt (rule transition systems). Wenn mehrere Agenten aufeinander treffen, werden mögliche Aktionen und ihre Effekte auf Basis dieser Transitionssysteme bestimmt und in einem Abhängigkeitsgraphen zusammengefasst. Im Falle eines konsistenten Graphen können regelkonforme Aktionen für alle Agenten generiert werden. Die Eignung des Ansatzes zur Steuerung von Agenten wird in einem Simulator im Rahmen von Kollisionsvermeidungsregeln in der Schiffahrt (SailAway) demonstriert.
A considerable part of everyday human interaction is guided by regulations and constraints (e.g. regulations how to behave in traffic scenarios or at bus stops). These rules are usually formulated in natural language and extensively use qualitative terms to describe spatial situations and actions ('to the left', 'turn right', 'in danger of collision'). Agents acting in such environments must be able to process them correctly. This thesis deals with the question how rule systems can be formalized by means of methods from qualitative spatial reasoning (QSR), and how these formalizations can be applied to control agents. The relative orientation between objects is the most important aspect for agent control. A general calculus for representing relative orientation was developed. It is shown that the calculus OPRAm based on oriented points is the most expressive calculus currently defined. OPRAm and other relative orientation calculi only have a limited expressiveness to represent whether two objects move in the same direction, move in the opposite direction, move away from each other, or move towards each other (alignment knowledge). Hence, a specialized calculus (AC) was developed and combined with OPRAm to OPRA*m. The composition based on the individual composition operations was optimized by means of sets of inequalities representing certain geometric properties. The concept of conceptual neighborhood for controlling agents was extended to contain information specific enough regarding how the world might evolve. The impact of different aspects, e.g. the motion capabilities of agents, on neighborhood relations and augment the conceptual neighborhood graph with this information (action-augmented conceptual neighborhood graph) was investigated. Since inaccurate sensor perceptions might lead to inconsistencies with information gathered previously (inconsitency of the qualitative world model), a method for dissolving such inconsistencies with a minimal number of modifications regarding different neighborhood distance measures is present (minimal constraint network relaxation). The action-augmented conceptual neighborhood graph to formalize collision regulations in so-called rule transition systems is utilized. If multiple agents meet, potential actions and their effects are determined an the basis of these rule transition systems and combined in a constraint network. If the constraint network is consistent, one can generate rule-compliant actions for all agents. The applicability of the approach to navigating agents was demonstrated in a simulated environment in accordance to collision regulations in vessel navigation (SailAway).
An agent control perspective on qualitative spatial reasoning. Towards more intuitive spatial agent development
Eine agentenbasierte Steuerungsperspektive über qualitatives räumliches Schließen. Zu einer mehr intuitiven räumlichen Agenten-Entwicklung
DISKI Dissertationen zur Künstlichen Intelligenz ; 320 ; 1-173
2008
173 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
English
Towards Intuitive HMI for UAV Control
IEEE | 2022
|Towards modelling group-robot interactions using a qualitative spatial representation
BASE | 2016
|Spatial Reasoning: Learning from Observations
SPIE | 1990
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