[发明专利]用于地下综合管廊的多寻味机器人的危险气体泄漏源定位系统和方法

权利要求书

1.一种用于地下综合管廊的多寻味机器人的危险气体泄漏源定位方法，其特征在于：

步骤1、每个寻味机器人通过获得的实时传感器信息，判断是否发现扩散气味烟羽；

步骤2、采用基于群智能优化算法的多寻味机器人协作方式实现气体泄漏源定位，最终并通过自带的深度摄像头对泄露点的确认；

步骤2.1具体有n个寻味机器人R_i(i＝1...n)构成多机器人群，每个寻味机器人均搜索空间中有m个危险气体泄漏源S_j(j＝1...m)，随机分布在管廊内；危险气体泄漏源释放对应的化学物质在空气中形成了烟羽；危险气体泄漏源定位即通过多寻味机器人R_i(i＝1...n)协作尽早发现并找到泄漏源位置S_j(j＝1...m)，即机器人的适应度函数为

fit＝C_i (1)

其中C_i是寻味机器人R_i采集的当前状态下气体浓度，忽略采集传感器的自身误差；如果单个机器人探测的气体浓度大于阈值Th_r，则认为机器人在烟羽附近邻域；如果整个机器人群探测的最大气体浓度大于阈值Th_g，则认为已经发现了危险气体泄漏源；

步骤2.2当机器人进入烟羽流附近时，通过机器人在侧风方向上下移动获取烟羽宽度，移动后直至离开烟羽流区域，存储这些位置的各自坐标信息，通过位置差得到烟羽宽度w_p；机器人间的移动间隔距离d_sep是由w_p除以整个机器人的数量得到，每个寻味机器人每间隔d_sep的地方一个接一个的排成直线，在侧风方向上完成覆盖整个烟羽宽度；

步骤2.3管廊中搜索的机器人被当作二维搜索空间中的粒子，当机器人达到需要的位置时就会停下来，测量进入其传感半径内的气体区域浓度；全局最佳位置就是传感区域内机器人测量到浓度最高的位置；先验最优定义为机器人的先验最优位置；在烟羽附近的机器人下一个位置时通过气体浓度梯度和逆风移动来更新；每个寻味机器人都遵循其局部梯度，由机器人传感器在其周围测量的气体浓度，机器人的下一个速度和位置更新按照以下公式：

X_i(t+1)＝X_i(t)+V_i(t+1)+U_c (3)

其中V_i(t+1)为机器人R_i在(t+1)时刻移动速度，X_i(t)为机器人R_i在t时刻位置，V_i(t)为机器人R_i在t时刻移动速度，w为惯性权值，c₁和c₂为学习因子，r₁和r₂是(0-1)之间的随机数，机器人R_i在当前时刻探测的气体浓度最大的坐标位置，整个机器人群当前时刻探测的气体浓度最大的坐标位置，U_c为逆风搜索因子；

步骤3、构建寻味机器人组队，通过烟羽浓度梯度法搜索和机器人防碰撞机制，解决机器人搜索过程中陷入局部搜索的问题，最终实现对危险气体泄漏源的检测和定位。

2.根据权利要求1所述的用于地下综合管廊的多寻味机器人的危险气体泄漏源定位方法，其特征在于按照如下步骤进行：搜索初期需要较快的移动速度来确定是否进入烟羽区域，搜索后期寻味机器人需要较小的运动速度，采用动态调整惯性权值w来实现，其调整策略如下：

惯性权值w决定了机器人运动步长，在每个寻味机器人R_i搜索初始阶段，fit_i值表示在忽略采集传感器的自身误差情况下，机器人R_i采集的当前状态下气体浓度C_i，fit_i值比较小，步长较大，有利于搜索；随着搜索的进行，机器人距离气体泄漏源越来越近，机器人R_i的fit_i值就越高，步长越小，有利于搜索空间的探索。