障碍物场景下基于信息熵的气体源定位搜索

发布时间：2025-05-13 05:11

　　易燃、易爆及有毒气体的泄露时刻威胁着人们的生命财产安全,在灾害进一步扩大前及时发现气体泄露并搜寻到气体源在工业和生活中具有重要意义。针对气体传播特性带来的研究难点并考虑到现实寻源场景中障碍物的普遍存在,本课题使用移动机器人作为寻源平台,研究障碍物场景下基于信息熵的气体源定位搜索方法,在实现搜索任务的基础上基于概率密度分布同步估计气体释放速率、气体衰减速率、气体扩散速率等气体源相关参数,帮助救援人员预测气体扩散状态。本课题首先搭建了面向气体寻源的移动机器人平台软硬件框架,规划出完整的寻源体系。平台搭载激光雷达通过激光SLAM算法实现机器人定位与建图功能,通过气体传感器与风向风速一体式传感器为寻源算法提供数据输入,寻源算法输出目标位姿并联合导航模块输出机器人控制指令,然后基于Socket通信实现对下位机的运动控制。此外,本课题提出了基于八叉树的重复位姿检测算法用于改进寻源目标函数并提高三维点云建图性能。其次,研究了基于Z字形搜索的烟羽发现策略,该策略使机器人沿逆风方向运动,并保持一定的横向运动距离,按照Z字形轨迹运动可以有效增加机器人与烟羽接触的概率以提高烟羽发现效率。烟羽发现作为气体寻源的...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-8室内气体环境及直觉推理气流模型

图1-7基于通量趋向性的化学烟羽追踪(CPT)仿真大利亚莫纳什大学GideonKowadlo等人于2004年提出了在二维体源定位算法[25]。杂乱室内环境由于湍流混合作用，使高浓度气源所在位置，还可能分布在角落位置，因而直接攀爬浓度梯度可过总结杂乱室内通风环境气流的....

图4-2仿真环境及代价地图

如图4-2b)中浅蓝色区域外围的红色和深蓝色区域，此区域内膨胀代价计算公式如(4-5)所示。253exp(1.0())ostCxxkxdr(4-5)式中，k为膨胀比例因子，d为距离障碍物的距离，r为机器人内切圆半径。局部代价地图所在坐标系为机器....

图5-10机器人实际运动轨迹与规划点

哈尔滨工业大学硕士学位论文曲线，绿色虚线代表初值分布，即先验信息，两者进行对比可见初值区间选取较为合理，验证了5.3节中基于蒙特卡洛算法的变残差参数确定方法的有效性。实验过程中与图5-6的理论运动轨迹对应的机器人实际运动轨迹如图5-10a)所示，每步运动的目标规划点如图....

图5-19机器人实际运动轨迹与规划点

哈尔滨工业大学硕士学位论文曲线如图5-18所示，其中，黑色曲线代表估计出的分布曲线，绿色虚线代表初值分布，即先验信息。300400500600700800r0.0000.0050.0100.0150.020后验概率密度后验密度曲线初始分布-0.20.20.61....

本文编号：4045795