[发明专利]一种基于天牛须搜索算法的大气污染物溯源方法

说明书

本发明提供一种基于天牛须搜索算法的大气污染物溯源方法，用于实现在风向信息不明的情况下对大气污染物进行快速、精准的定位。目前已有的气味源定位算法大多需要依靠风向信息逆风搜索来跟踪烟羽，它们对风向信息的依赖性较强，实际风速和风向的波动幅度较大，气味源在空气中的扩散受其影响较大，这时参考风向信息，利用风趋向性进行气味源定位，搜索效果差，易使搜索过程中的机器人陷入局部最优，搜索效率低。所述大气污染物溯源方法基于天牛须搜算法，在无人机左右两端分别搭载气体传感器，实时读取无人机左右两端位置的污染物浓度，通过天牛须搜算法判断无人机下一步的位置，然后不断迭代，逐渐逼近污染源。此算法在不依赖风向信息的情况下，有效地避免无人机在搜索过程中陷入局部最优，准确迅速地定位到污染源的位置。

技术领域

本发明涉及一种污染源定位方法，特别涉及一种基于天牛须搜索算法的大气污染物溯源方法。

背景技术

近年来，大气污染问题日益严重.截止目前为止，全世界有十几亿城市居民所处的大气环境存在不同程度的污染，这种大气环境能诱发多种呼吸道甚至其他疾病，对居民的身体健康造成了严重的威胁。由于空气具有很强的流动性，且各地工厂为了将废气排到更远处，避免本地污染，采用高烟囱、远排放的方式，使空气污染影响范围扩大。而对于污染空气的流动很难控制，导致全球都处在空气污染的威胁下。因此大气污染源定位对人类安全与环境保护有着非常重要的意义。

目前已有的气味源定位算法大都利用Zigzag遍历法或Sprial遍历法进行烟羽发现，依靠风向信息结合一些智能算法逆风搜索来跟踪烟羽，根据算法的终止条件进行气味源确认。虽然这些方法都可以定位到气味源，但是它们对风向信息的依赖性较强，实际风速和风向的波动幅度较大，气味源在空气中的扩散受其影响较大，这时参考风向信息，利用风趋向性进行气味源定位，搜索效果差，易使搜索过程中的机器人陷入局部最优，搜索效率低。例如中国专利公告号为CN201510784619.0的一种基于移动机器人的室内气味源定位方法，在气味源搜索过程中就需要实时监测风向信息。

本发明提出的一种基于天牛须搜索算法的大气污染物溯源方法，它可以在不依赖风向信息的情况下，有效地避免无人机在搜索过程中陷入局部最优，准确迅速地定位到污染源的位置。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何结合不依赖风向信息和大气污染物溯源的实际情况，开发出合适的大气污染物溯源算法并且应用到无人机中，因此我们提供一种基于天牛须搜索算法的大气污染物溯源方法。该方法具有溯源精确快速、搜索效率高、路径最优且避免陷入局部最优点等优点。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤1：根据环境监测部门或群众反映，找到大气污染物排放区域，疑似大气污染物排放区域通常以化工厂、火电厂、垃圾焚烧处理点、造纸厂为主。

步骤2：将无人机从大气污染区域中的任意一点起飞，起飞时机头方向任意。

步骤3：无人机的两侧各搭载着一个气体传感器，在飞行中，当左侧传感器所测污染物气体浓度Cleft大于右侧传感器所测气体浓度Cright时，无人机向左边移动一个步长step。反之，无人机向右移动一个步长step。

所述步骤3：气体传感器每秒读取一次数据，所读取的数据是当前两侧气体传感器测得的无人机左右两侧气体浓度Cleft和Cright。

步骤4：无人机旋转任意角度，调整飞行方向。

步骤5：无人机不重复步骤3与步骤4，迭代天牛须搜索算法，逐步逼近大气污染源。

步骤6：当无人机在某点附近小范围来回运动时，认为找到了大气污染源。

天牛须搜索算法迭代过程为：

须的方向为：

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