[发明专利]一种污染源定位移动机器人及污染源定位方法

说明书

本发明提供一种污染源定位移动机器人及污染源定位方法，用于解决现有技术中污染源定位主动性差、算法收敛慢的问题。所述污染源定位方法基于所述污染源定位移动机器人，通过搭载污染物传感器阵列的污染源定位移动机器人，对污染源进行定位。本发明通过具有瞬时浓度差的梯度传感器阵列与移动机器人的结合，采用Z字形搜索算法和进化浓度梯度搜索算法相结合的污染源定位策略，主动发现烟羽，提高污染源搜索效率，并通过烟羽再发现过程提高污染源定位成功率，有效避免机器人陷入局部最优的问题；所采用的收敛算法使污染源定位提高了搜索的准确度和精度。同时，基于梯度传感器阵列的移动机器人，从结构和制备上更容易实现，降低了机器人成本。

技术领域

本发明属于环境安全及传感器技术领域，具体涉及一种污染源定位机器人及污染源定位方法。

背景技术

近年来，室内污染源突发性泄漏导致的中毒、火灾和爆炸等灾害事件频发，在国内外引起了高度关注，室内污染源泄漏灾害的防治，已成为防灾减灾和公共安全领域亟待解决的重要问题。在室内空间发生污染源泄漏的突发事件中，对污染源确切位置的快速定位，是采取有效控制措施和减轻灾害的前提和关键。

污染源定位方法分为被动检测方法和基于移动机器人的主动定位方法。

传统的被动检测方法，用无线传感器在目标环境中选择很多结点，在这些结点处安装传感器从而形成一个无线传感器网络，传感器将检测的数据及结点位置信息及时发送给中央主机，主机根据结点位置及传感器数据进行分析并做出判断，根据得到的有效浓度值，分析数据变化的趋势，综合确定污染源是在哪个区域位置发生的泄漏。但是，被动检测方法不能主动探知污染源的泄漏位置，当发生泄漏的位置处于传感器网络以外时无法发挥作用。

主动定位方法，是利用搭载了传感器的移动机器人，主动发现、跟踪并确定污染源。移动机器人在行走的过程中，传感器也在行走，相当于组成了一个可移动的传感器网络，可移动的范围构成搜索范围；在执行任务的过程中还可以随机调整自己的行走轨迹，主动感知和判断污染源的信息。除此之外，移动机器人内部系统具有开发周期短、可扩展性强等优点，可以根据工作环境的差别来为机器人设计不一样的内部嵌入式系统；同时，移动机器人可以长时间工作，不会存在人类或者动物的注意力因为疲劳而降低等问题，避免了对工作人员的二次伤害。

现有技术中，基于移动机器人的污染源定位方法，也叫主动嗅觉，在目前的研究中这一过程被分解为四个子任务，即烟羽发现、烟羽跟踪、烟羽再发现和污染源确认。专利公开号为CN105301203A的中国专利，公开了一种基于烟花算法的气味源定位方法，机器人随机地进入到搜索空间，随机地选择初始位置并在该位置处释放一个烟花，在爆炸半径范围内爆炸产生火花，机器人根据各个火花的适应度值选择最好的个体作为下一代烟花，每次爆炸都包括其位置更新阶段和浓度信息更新阶段。

但是，上述方法并没有考虑到烟羽扩散的随机性，机器人在进入空间后无法在第一时间内监测到烟羽，只能到达烟羽范围内时才能对烟羽进行主动监测，追踪污染源，实质上是还是被动发现烟羽；而且，在烟羽追踪过程中，该方法默认机器人具有可伸缩性能的机械手臂，机器人携带传感器数量多，整体构造较为复杂，在实际应用时实现比较困难；除此之外，烟花半径的计算公式采用的是气体浓度阈值与当前烟花浓度值的差值，不能较好的反应和气体浓度阈值的比例关系。

发明内容

本发明实施例要解决的技术问题是现有技术中污染源定位主动性差、算法收敛慢的问题，提供了一种污染源定位移动机器人及污染源定位方法，通过一组具有瞬时浓度差的梯度传感器阵列，将Z字形搜索算法和进化浓度梯度搜索算法相结合，提高污染源定位的主动性和搜索效率，同时降低了机器人成本。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种污染源定位移动机器人，所述移动机器人包括：单个机器人和污染物传感器；其中，

所述污染物传感器搭载于所述单个机器人上，由等角度呈圆周分布的感应元件组成，用于检测污染物浓度，并将所感应到的数据发送给单个机器人；