We propose a physics-based method to learn environmental fields (EFs) using a mobile robot. Common purely data-driven methods require prohibitively many measurements to accurately learn such complex EFs. Alternatively, physics-based models provide global knowledge of EFs but require experimental validation, depend on uncertain parameters, and are intractable for mobile robots. To address these challenges, we propose a Bayesian framework to select the most likely physics-based models of EFs in real-time, from a pool of numerical solutions generated offline as a function of the uncertain parameters. Specifically, we focus on turbulent flow fields and utilize Gaussian processes (GPs) to construct statistical models for them, using the pool of numerical solutions to inform their prior mean. To incorporate flow measurements into these GPs, we control a custom-built mobile robot through a sequence of waypoints that maximize the information content of the measurements. We experimentally demonstrate that our proposed framework constructs a posterior distribution of the flow field that better approximates the real flow compared to the prior numerical solutions and purely data-driven methods.


翻译:我们建议一种基于物理的方法,用移动机器人来学习环境领域。普通的纯数据驱动方法要求大量测量数据,以便准确学习如此复杂的EF。或者,基于物理的模式提供对EF的全球知识,但需要实验性验证,取决于不确定的参数,并且对移动机器人来说是难以解决的。为了应对这些挑战,我们提议了一个贝叶斯框架,以便实时选择最有可能的基于物理的EF模型,从作为不确定参数的函数从离线产生的数字解决方案集合中选择。具体地说,我们侧重于动荡流字段,利用高斯进程(GPs)来为其构建统计模型,利用数字解决方案集合来告知其先前的平均值。为了将流量测量结果纳入这些GPs,我们通过一系列路径控制定制的移动机器人,从而最大限度地增加测量信息内容。我们实验性地证明,我们提议的框架构建了流动字段的后方位分布,比先前的数字解决方案和纯数据驱动的方法更接近实际流动。

0
下载
关闭预览

相关内容

《计算机信息》杂志发表高质量的论文,扩大了运筹学和计算的范围,寻求有关理论、方法、实验、系统和应用方面的原创研究论文、新颖的调查和教程论文,以及描述新的和有用的软件工具的论文。官网链接:https://pubsonline.informs.org/journal/ijoc
【伯克利-Ke Li】学习优化,74页ppt,Learning to Optimize
专知会员服务
40+阅读 · 2020年7月23日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
178+阅读 · 2020年2月1日
深度学习界圣经“花书”《Deep Learning》中文版来了
专知会员服务
233+阅读 · 2019年10月26日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
计算机类 | LICS 2019等国际会议信息7条
Call4Papers
3+阅读 · 2018年12月17日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Arxiv
0+阅读 · 2021年3月10日
Arxiv
3+阅读 · 2016年2月24日
VIP会员
相关VIP内容
【伯克利-Ke Li】学习优化,74页ppt,Learning to Optimize
专知会员服务
40+阅读 · 2020年7月23日
深度强化学习策略梯度教程,53页ppt
专知会员服务
178+阅读 · 2020年2月1日
深度学习界圣经“花书”《Deep Learning》中文版来了
专知会员服务
233+阅读 · 2019年10月26日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
92+阅读 · 2019年10月10日
相关资讯
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
IEEE | DSC 2019诚邀稿件 (EI检索)
Call4Papers
10+阅读 · 2019年2月25日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
15+阅读 · 2019年1月18日
人工智能 | SCI期刊专刊信息3条
Call4Papers
5+阅读 · 2019年1月10日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
RL 真经
CreateAMind
5+阅读 · 2018年12月28日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
计算机类 | LICS 2019等国际会议信息7条
Call4Papers
3+阅读 · 2018年12月17日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员