湍動氣流主控環(huán)境下多機器人氣味源定位.pdf

1、嗅覺在生物世界已被廣泛地應用。許多動物通過氣味實現(xiàn)交流信息、發(fā)現(xiàn)配偶、躲避入侵者和搜尋食物等行為。受到生物嗅覺的啟發(fā)，自二十世紀九十年代開始，一些學者開始使用移動機器人結合氣味/氣體傳感器實現(xiàn)氣味源定位、氣味分布地圖構建和氣味軌跡引導等功能，即所謂的機器人主動嗅覺。
　　 主動嗅覺的研究涉及移動機器人導航與控制、傳感及信息處理、仿生學、計算智能和流體力學等多個研究領域。它在有毒/有害氣體泄漏源查找、違禁品檢查、災難營救及防生化恐

2、怖襲擊等諸多方面均有著潛在的應用前景。
　　 本文針對氣味源定位問題，在湍流主控的氣態(tài)流體環(huán)境下，采用多機器人策略，重點開展了如下的研究工作：
　　 第一，鑒于現(xiàn)有煙羽仿真模型用于描述室內通風環(huán)境存在的不足，本文在現(xiàn)有煙羽模型和計算流體力學理論基礎上建立了用于驗證氣味源定位算法的室內二維湍流煙羽模型；在該仿真環(huán)境中給出了考慮真實氣味傳感器響應/恢復特性的二階氣味傳感器模型。
　　 第二，針對湍動氣流主控環(huán)境下的氣

3、味源定位問題，提出了多機器人氣味源定位三個不同階段(煙羽發(fā)現(xiàn)、跟蹤和氣味源確認)的算法。多機器人采用發(fā)散搜索并逐漸覆蓋搜索空間實現(xiàn)煙羽發(fā)現(xiàn)；在煙羽跟蹤階段，為更有效的利用風速/風向和煙羽信息，且力圖克服煙羽的動態(tài)復雜特性的影響，避免陷入局部極值，提出了基于改進蟻群優(yōu)化結合逆風搜索算法以及概率粒子群優(yōu)化算法；基于氣味源的持久性和發(fā)散性特點，結合啟發(fā)式思想和氣味質量通量計算，提出了三步氣味源確認算法。
　　 第三，對所提出的算法分別

4、在室外大尺度湍流煙羽模型和室內小尺度湍流煙羽模型下進行了仿真實驗，同時在仿真實驗中還將前人提出的基于粒子群優(yōu)化的多機器人氣味源定位算法與本文的方法作了對比；在室內通風環(huán)境下進行了多個真實機器人氣味源定位實驗，驗證了本文提出算法的可行性與優(yōu)越性。
　　 最后，對多機器人氣味源定位中的探索(Exploration)和利用(Exploitation)特性進行了分析，提出了二者平衡的指標和分類方法。將提出的兩種探索一利用平衡模式與改進的