基于无人机的大气污染源定位技术与实验研究

发布时间：2023-09-13 23:08

　　随着工业化的快速发展,空气污染问题日益严峻。大气污染事故发生时,环境部门如果不能迅速定位污染源的位置,进一步控制污染事故的扩散,将会对生态环境和人民健康造成严重的危害。我国在大气污染源定位领域的研究已取得一定成果,主要是以固定监测站的实时监测与移动机器人主动嗅觉技术为主。无人机具有较高的机动性和快速响应能力,在空中进行污染物的跟踪与定位具有独特的优越性。本文以四旋翼无人机作为移动监测平台,在总结与借鉴移动机器人主动嗅觉技术的基础上具体展开以下几个方面的研究工作:(1)大气污染源定位的背景浓度场设计。分析了常用的污染物扩散模型,利用Matlab和Fluent软件构建了高斯稳态光滑浓度场和复杂紊流条件下的不连续浓度场用于测试大气污染源定位算法。(2)大气污染源定位算法的研究。对Z字形算法进了改进并结合大气污染物浓度的空间变化,提出了变步长Z字形-浓度梯度大气污染源定位算法,并通过仿真与分析验证了该算法的优越性。(3)基于无人机的大气污染源定位系统的设计。搭建了四旋翼无人机的移动搭载平台,构建了气体监测模块和避障模块,并完成了大气污染源定位系统软件的设计。(4)基于无人机的大气污染源定位实验...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
    1.3 主要研究内容
    1.4 论文结构安排
2 基于无人机的大气污染源定位算法的研究
    2.1 大气污染源定位的背景浓度场设计
        2.1.1 常用的大气污染物扩散模型
        2.1.2 基于高斯模型的稳态光滑污染物浓度场
        2.1.3 复杂紊流条件下的不连续污染物浓度场
    2.2 基于无人机的大气污染源定位算法
        2.2.1 无人机主动嗅觉大气污染源定位策略
        2.2.2 变步长Z字形-浓度梯度大气污染源定位算法
        2.2.3 光滑浓度场下的大气污染源定位算法仿真与分析
        2.2.4 不连续浓度场下的大气污染源定位算法仿真与分析
    2.3 本章小结
3 基于无人机的大气污染源定位系统硬件设计
    3.1 基于无人机的大气污染源定位系统硬件整体设计
    3.2 无人机搭载平台
        3.2.1 无人机的结构和飞行原理
        3.2.2 无人机飞行控制系统
        3.2.3 无人机动力系统
        3.2.4 无人机通讯系统
        3.2.5 无人机的组装和调试
    3.3 Arduino mega2560微控制器模块
    3.4 气体监测模块
        3.4.1 气体传感器
        3.4.2 气体监测模块的测试
    3.5 避障模块
        3.5.1 超声波传感器
        3.5.2 超声波模块的测试
    3.6 本章小结
4 基于无人机的大气污染源定位系统软件设计
    4.1 总体设计
    4.2 气味源定位系统硬件连接关系及原理
    4.3 气味源定位算法软件的实现
    4.4 避障策略及软件实现
        4.4.1 基于无人机的模糊避障策略
        4.4.2 无人机模糊避障的软件实现
    4.6 本章小结
5 基于无人机的大气污染源定位系统测试
    5.1 大气污染源定位系统原理性测试
    5.2 现场实验
        5.2.1 实验环境的搭建
        5.2.2 无人机气味源追踪与定位
    5.3 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
作者简历



本文编号：3846089