Αναζήτηση

Πλοήγηση

• Κοινότητες

Ο Χώρος μου

• Είσοδος

Ανάπτυξη ενός πλαισίου εφαρμογής ψηφιακών διδύμων σε ευφυή αυτόνομα οχήματα

Sarantinoudis Nikolaos

Πλήρης Εγγραφή

---

Περίληψη

Η ενσωμάτωση των ψηφιακών διδύμων με τα αυτόνομα οχήματα αποτελεί έναν πολλά υποσχόμενο, αλλά ανεπαρκώς διερευνημένο, ερευνητικό τομέα. Τα ψηφιακά δίδυμα παρέχουν εικονικές αναπαραστάσεις φυσικών συστημάτων που επιτρέπουν τον συγχρονισμό, την παρακολούθηση, την προσομοίωση και τη βελτιστοποίηση σε πραγματικό χρόνο καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής του συστήματος. Παρόλο που έχουν μελετηθεί και εφαρμοστεί εκτενώς στην βιομηχανία, η υιοθέτηση των ψηφιακών διδύμων στα αυτόνομα οχήματα παραμένει αποσπασματική, χωρίς ένα ενιαίο μεθοδολογικό πλαίσιο. Η παρούσα διδακτορική διατριβή προσπαθεί να αντιμετωπίσει αυτό το κενό, διερευνώντας συστηματικά τις υπάρχουσες εφαρμογές, προτείνοντας ένα δομημένο εννοιολογικό πλαίσιο για την εφαρμογή των ψηφιακών διδύμων στον τομέα των αυτόνομων οχημάτων και επικυρώνοντάς το πειραματικά μέσω αντιπροσωπευτικών μελετών περίπτωσης.Η έρευνα δομείται σε τρεις κύριες φάσεις. Η πρώτη φάση περιλαμβάνει μια εκτενή ανασκόπηση της βιβλιογραφίας και βιβλιομετρική ανάλυση, χαρτογραφώντας το ερευνητικό και ακαδημαϊκό πεδίο των εφαρμογών ψηφιακών διδύμων σε αυτόνομα οχήματα ξηράς, αέρος, θαλάσσης και υποθαλάσσιου περιβάλλοντος. Ποσοτικές και ποιοτικές αναλύσεις αναδεικνύουν βασικές τάσεις, τομείς εφαρμογής, μεθοδολογίες και τεχνολογικούς παράγοντες. Η μελέτη υπογραμμίζει την εκθετική αύξηση των δημοσιεύσεων τα τελευταία πέντε χρόνια, αναδεικνύοντας τόσο το συνεχώς αυξανόμενο ενδιαφέρον για το πεδίο, όσο και την απουσία δομημένων προσεγγίσεων που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν την ευκολότερη εφαρμογή των ψηφιακών διδύμων στα αυτόνομα οχήματα. Βάσει αυτών των ευρημάτων, στην δεύτερη φάση της εργασίας αυτής διαμορφώνεται ένα πλαίσιο εφαρμογής. Το πλαίσιο αυτό βασίζεται σε τέσσερις κύριους πυλώνες: (i) απαιτήσεις και ορισμό του συστήματος, (ii) ενδιάμεσο λογισμικό επικοινωνίας και ροή δεδομένων, (iii) ψηφιακή μοντελοποίηση και (iv) ενοποίηση και επαλήθευση φυσικού-ψηφιακού συστήματος. Παρέχει μια τυποποιημένη μεθοδολογία για την ενσωμάτωση των ψηφιακών διδύμων σε αυτόνομα οχήματα, από τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη έως τη δοκιμή, την υλοποίηση και τη λειτουργία τους. Το πλαίσιο αυτό δίνει έμφαση στη διαλειτουργικότητα και την επεκτασιμότητα, καθιστώντας τα ψηφιακά δίδυμα έναν μηχανισμό γεφύρωσης μεταξύ θεωρητικών μοντέλων και πραγματικών εφαρμογών.Η τρίτη φάση επικεντρώνεται στην πειραματική επαλήθευση του προτεινόμενου πλαισίου εφαρμογής. Πραγματοποιήθηκαν τρείς μελέτες περίπτωσης, δύο εξ αυτών χρησιμοποίησαν μικρής κλίμακας αυτόνομα οχήματα και το τρίτο έναν προσομοιωτή υψηλής πιστότητας που αναπαριστά το φυσικό σύστημα. Η πρώτη επαλήθευση βασίστηκε σε μια ειδικά κατασκευασμένη πλατφόρμα δοκιμών, ενώ η δεύτερη αξιοποίησε ένα όχημα τύπου RoboRacer, επεκτείνοντας το με αναβαθμίσεις υλικού και αισθητήρων, ώστε να αξιολογηθεί η ανθεκτικότητα και προσαρμοστικότητα του πλαισίου. Η τρίτη επαλήθευση αποτελούσε κλιμάκωση σε προσομοιωμένο όχημα πλήρους κλίμακας. Χρησιμοποιήθηκαν ανοικτά οικοσυστήματα, όπως τα ROS/ROS2, για τη δημιουργία αμφίδρομου συγχρονισμού μεταξύ φυσικού και ψηφιακού περιβάλλοντος. Τα πειράματα έδειξαν ότι το πλαίσιο μπορεί να υποστηρίξει την ενσωμάτωση αλγορίθμων αντίληψης και ελέγχου, καθώς και την αξιολόγηση επιδόσεων υπό ποικίλες συνθήκες λειτουργίας. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν τη δυνατότητα μείωσης του κόστους ανάπτυξης, περιορισμού των κινδύνων και διευκόλυνσης πειραματισμών σε σενάρια που διαφορετικά θα ήταν επικίνδυνα ή μη πρακτικά για δοκιμή στον πραγματικό κόσμο.Οι κύριες συνεισφορές της παρούσας διατριβής είναι τρεις. Πρώτον, παρέχει μια συστηματική χαρτογράφηση του ερευνητικού πεδίου, προσφέροντας μια ενοποιημένη αναφορά για ερευνητές και επαγγελματίες. Δεύτερον, εισάγει ένα νέο εννοιολογικό πλαίσιο που τυποποιεί την εφαρμογή των ψηφιακών διδύμων στα αυτόνομα οχήματα, καλύπτοντας ένα κρίσιμο κενό στη βιβλιογραφία και αξιοποιώντας το παράδειγμα των ψηφιακών διδύμων της Βιομηχανίας 4.0, ενός καλά εδραιωμένου τομέα εφαρμογής τους. Τρίτον, παρουσιάζει πειραματικά δεδομένα που τεκμηριώνουν την πρακτική εφαρμοσιμότητα του πλαισίου και καθιστά όλους τους σχετικούς πόρους διαθέσιμους στο κοινό, όχι μόνο για αναπαραγωγή, αλλά και για επέκταση από την ερευνητική κοινότητα.Συνοψίζοντας, η διατριβή αυτή προωθεί την τρέχουσα επιστημονική γνώση καθιερώνοντας μια δομημένη προσέγγιση για την ενσωμάτωση ψηφιακών διδύμων στα αυτόνομα οχήματα. Συνδυάζοντας θεωρητική ανάλυση, μεθοδολογική καινοτομία και εμπειρική επαλήθευση, συμβάλ

Διαθέσιμα αρχεία

Υπηρεσίες