多无人平台在突发事件应急管理中的应用研究

发布时间：2017-04-28 12:13

  本文关键词：多无人平台在突发事件应急管理中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对当前应急管理机制无法有效应对突发事件的情形,有必要创新应急管理理论和方法,为今后高效应对突发事件特别是社会安全类突发事件提供有效的解决方案,以提升突发事件应急管理的水平。本文在深入分析和总结多无人平台相关研究的基础上,提出将多无人平台应用于突发事件应急管理的思想,综合运用管理学、系统科学、计算机科学、控制理论、应急管理理论等,构建基于多无人平台的突发事件应急管理解决方案,从管理和控制相结合的角度探索基于多无人平台的应急管理理论、方法和技术,并将其应用于突发事件的事前预警预防、事中应对处置、事后管理三个阶段,分别给出基于多无人平台的应急管理策略或解决方法,以期进一步增强未来我国在应对突发事件特别是社会安全类突发事件的应急管理能力,提高应急管理水平。主要研究内容与研究结果如下：(1)首先给出基于多无人平台的应急管理系统框架,对网络化多平台系统体系结构、多平台系统软件体系结构、有人平台人机协同交互界面等进行总体设计,设计多平台通信协议,为今后多平台应急系统的构建奠定基础。(2)研究同构无线传感器网络节点的栅栏覆盖部署问题,基于二部图理论,对1-栅栏覆盖问题进行数学描述,采用基于拍卖的1-栅栏构建算法求解该问题。提出基于异构移动传感器节点的覆盖漏洞检测和修复策略,以使被监测区域达到完全覆盖,保证整个区域任何地点可能发生的异常情况均能被传感器监测到。(3)提出在“硬”数据传输机制和“软”信息云应急平台的基础上,构建基于软/硬数据的预警策略,构建社会安全类事件预警指标体系,为我国建立和完善社会安全类突发事件预警和应急管理提供理论参考。(4)采用离散粒子群优化算法对多无人平台多目标分配问题进行研究,结果表明该算法可较快速找到最优解或可行解。对多无人平台持续作业问题进行建模,提出混合整数线性规划模型,形式化多无人平台系统的调度问题,使任务可被多个无人平台以“接力”的形式不间断地执行。(5)系统研究了协同跟踪的三种模式,即对峙跟踪、尾随跟踪和接力型跟踪,丰富了目标跟踪理论及其应用。提出基于微分几何的协同对峙跟踪控制律,使得多个无人机与目标保持对峙距离,且各无人机间保持一定相位。设计了协同尾随跟踪控制律,该控制律可使多无人平台保持编队形式对运动目标进行尾随跟踪。设计了基于Voronoi图和UGV运动控制的接力型跟踪策略。(6)提出构建融无线个域网技术/无线局域网技术/无线城域网技术、移动通信技术(3G/4G)和卫星通信技术为一体的多无人平台参与的应急搜救系统,以有效应对日益严峻的突发事件。对于静止目标,基于平行线扫描思想对目标进行搜寻,研究无人平台投放策略及现场指挥中心选址问题。针对运动目标的情形,设计面向运动目标的平行线搜寻策略和X型搜寻策略两种协同搜寻策略,通过仿真、分析得出X型搜寻策略更优的结论。
【关键词】：多无人平台 应急管理 预警机制 任务规划 协同跟踪 协同搜寻
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：D63;TP315
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-18
• 第一章 绪论18-36
• 1.1 研究背景和意义18-22
• 1.1.1 研究背景18-21
• 1.1.2 研究意义21-22
• 1.2 国内外研究现状与分析22-32
• 1.2.1 应急管理22-24
• 1.2.2 应急决策24-28
• 1.2.3 多无人平台协同控制问题研究28-31
• 1.2.4 无人平台在应急管理中的应用31
• 1.2.5 研究现状评述31-32
• 1.3 研究方法和技术路线32-33
• 1.3.1 研究方法32
• 1.3.2 技术路线32-33
• 1.4 研究内容、组织结构33-36
• 1.4.1 论文研究内容33-35
• 1.4.2 论文组织结构35-36
• 第二章 基于多无人平台的应急管理系统框架36-56
• 2.1 引言36
• 2.2 网络化多平台系统体系结构设计36-38
• 2.3 多平台系统软件体系结构设计38-48
• 2.3.1 空地协同跟踪任务分析38-40
• 2.3.2 系统工作原理40-42
• 2.3.3 无人平台软件系统体系结构42-44
• 2.3.4 有人平台软件系统体系结构44-47
• 2.3.5 地面指挥控制与决策中心软件系统体系结构47-48
• 2.4 有人平台人机协同交互界面设计48-51
• 2.4.1 软件功能需求分析48-49
• 2.4.2 人机交互界面设计49-51
• 2.5 多平台通信协议设计51-55
• 2.5.1 Multi-PlatformLink协议设计51-52
• 2.5.2 平台间信息交换流程52-55
• 2.6 本章小结55-56
• 第三章 基于传感器网络的事前部署和监测研究56-79
• 3.1 引言56
• 3.2 基于栅栏覆盖的同构无线传感器节点部署研究56-61
• 3.2.1 覆盖问题简介56-57
• 3.2.2 栅栏覆盖问题描述57-59
• 3.2.3 基于拍卖的1-栅栏构建算法(A1-BCA,Auction-based 1-Barrier Construction Algorithm)59-60
• 3.2.4 A1-BCA仿真研究60-61
• 3.3 基于区域覆盖的异构传感器节点部署研究61-70
• 3.3.1 问题描述62-63
• 3.3.2 覆盖漏洞检测63-66
• 3.3.3 覆盖漏洞修补算法66-68
• 3.3.4 仿真实验68-70
• 3.4 基于多信息融合的预警策略研究70-77
• 3.4.1 基于动态响应的“硬”数据传输研究71
• 3.4.2 基于“软”数据的云应急平台构建71-73
• 3.4.3 基于软/硬数据的预警策略研究73-77
• 3.5 本章小结77-79
• 第四章 多无人平台任务规划研究79-100
• 4.1 多无人平台协同任务规划问题79-80
• 4.1.1 任务描述79
• 4.1.2 多无人平台协同任务规划定义79-80
• 4.1.3 多无人平台协同任务规划求解框架80
• 4.2 多无人平台多目标分配问题研究80-91
• 4.2.1 多平台多目标指派问题及数学模型81-82
• 4.2.2 多平台多目标指派问题的离散粒子群优化(DPSO)算法设计82-86
• 4.2.3 仿真实验和结果分析86-91
• 4.3 多无人平台持续作业调度问题研究91-99
• 4.3.1 情景想定92-93
• 4.3.2 符号定义93-95
• 4.3.3 建模95-97
• 4.3.4 仿真实验97-99
• 4.4 本章小结99-100
• 第五章 多无人平台协同跟踪目标问题研究100-128
• 5.1 多无人机协同对峙跟踪研究100-112
• 5.1.1 对峙跟踪相关研究100-101
• 5.1.2 对峙跟踪相关微分几何理论101-103
• 5.1.3 协同对峙跟踪制导律设计103-108
• 5.1.4 相对间隔控制108-109
• 5.1.5 仿真与分析109-112
• 5.2 多地面无人平台协同尾随跟踪研究112-120
• 5.2.1 协同尾随跟踪问题描述112-113
• 5.2.2 协同尾随跟踪算法设计113-117
• 5.2.3 仿真研究117-120
• 5.3 基于VORONOI图和UGV运动控制的接力型跟踪研究120-126
• 5.3.1 Voronoi图简介120
• 5.3.2 接力型跟踪描述120-121
• 5.3.3 控制律设计121-125
• 5.3.4 仿真研究125-126
• 5.4 本章小结126-128
• 第六章 多无人平台参与的协同搜救问题研究128-148
• 6.1 现有搜救系统介绍及改进方案128-131
• 6.1.1 卫星辅助跟踪系统128
• 6.1.2 机器人辅助的应急搜救系统128-129
• 6.1.3 使用移动电话的应急服务系统129
• 6.1.4 改进方案129-131
• 6.2 搜寻区域确定流程131-133
• 6.3 面向静止目标的多无人平台协同搜寻研究133-137
• 6.3.1 搜寻方向的确定133-134
• 6.3.2 无人平台投放策略134-136
• 6.3.3 现场指挥中心选址136-137
• 6.4 面向运动目标的多无人平台协同搜寻研究137-146
• 6.4.1 问题描述137-138
• 6.4.2 平行线搜寻策略描述138-141
• 6.4.3 X型搜寻策略描述141-144
• 6.4.4 仿真与比较分析144-146
• 6.5 本章小结146-148
• 第七章 总结与展望148-151
• 7.1 工作总结与创新点148-149
• 7.2 展望149-151
• 参考文献151-165
• 攻读博士学位期间发表论文、参与科研项目等情况165-167
• 致谢167-169

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1 宋志强;多无人平台在突发事件应急管理中的应用研究[D];南京大学;2015年

  本文关键词：多无人平台在突发事件应急管理中的应用研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：332811