基于无人小车嗅觉的混合型气体溯源定位算法

发布时间：2021-07-14 18:09

　　针对大型公共区域内的危险品扩散源溯源定位问题,合理运用无人智能系统和路径规划技术,开展了三边定位法-单纯形算法的混合型算法研究。为了相对减少无人车系统在动态溯源路径中的检测节点数目,有效实现长距离快速搜索,并且保证高精确度和收敛性,首先提出一种混合型遗传算法,结合了三边定位法的迭代更新能力和单纯形算法的保守优化策略。同时在种群交叉变异中引入了组合数方法,修正了现有算法的实用性问题。仿真实验显示,该算法在收敛精度和成功率上均表现出良好的性能,定位效率相较现有算法提高了一个数量级以上。 

【文章来源】：无人系统技术. 2019,2(05)

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

三边定位法多解示意图

单纯形求解与三边定位法使用相同的三个测量数据点，该算法认为，气体源的预测位置在三角形的一条中位线及其延长线上，这条射线经过浓度最低的顶点（如图2）。标准的三边定位法是不收敛和不可靠的，其解空间严重不完备。由于一般的浓度场与无风情况下的理想点源扩散模型差距较大，任取三点易陷入无解情况，或共交点位置超出场地范围，进而对算法的可用性造成损害。实验中以第一代初始化数据代入该算法，计算成功率仅达20%左右。本文算法利用此特点，辅助单纯形算法进行条件句判断，以代替其传统的判断方式[9]，减少路径规划中的冗余折返。判断逻辑见3.1.3节的伪代码。假设三边定位计算成功，则定义该计算处于启发定向阶段；若失败，则定义处于保守的梯度步进阶段。以下分别介绍两种阶段下的单纯形求解步骤。

为解决上述问题，算法引入了排列组合策略，使用五组数据点进行遗传迭代。图4左侧表示亲代数据集，其中2～5号数据点按照浓度大小降序排列。图5所示为遗传进化算法的流程图。图4 引入排列组合策略的数据遗传结构

【参考文献】：
期刊论文
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[3]危险气体泄漏源搜寻多机器人系统的设计与实现[J]. 陈寅生,赵文杰,宋凯,王祁.  传感技术学报. 2018(07)
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[8]基于移动机器人的主动嗅觉技术研究[J]. 张东,程磊,刘波,周明达.  计算技术与自动化. 2014(02)
[9]高斯烟团模型在石化类项目大气环境风险评价中的应用[J]. 李冰晶,仝纪龙,潘峰,马卫东,付金杯.  环境工程. 2013(03)
[10]时变流场环境中机器人跟踪气味烟羽方法[J]. 李吉功,孟庆浩,李飞,蒋萍,曾明.  自动化学报. 2009(10)

硕士论文
[1]基于无线传感器网络的气体源定位算法研究[D]. 肖贤达.东北大学 2013
[2]多机器人烟羽跟踪算法实验研究[D]. 杨卫星.天津大学 2010
[3]机器人嗅觉和味源定位的研究[D]. 梁亮.中国科学院研究生院（电子学研究所） 2005



本文编号：3284631