移动机器人主动嗅觉气源定位方法研究综述 被引量：1

1

作者 何丽 杜洋鋆 +3 位作者 李知远 冉腾 肖文东 姚佳程 《计算机工程与应用》 北大核心 2025年第10期36-49,共14页

随着能源化工产业的发展,有毒有害气体泄漏事故日益受到公众关注,应用机器人主动嗅觉技术实现泄漏气体溯源与定位已成为研究热点之一。目前,大多数研究综述是针对某一类方法在气味源定位中的应用进行总结,未能全面地总结机器人主动嗅觉... 随着能源化工产业的发展,有毒有害气体泄漏事故日益受到公众关注,应用机器人主动嗅觉技术实现泄漏气体溯源与定位已成为研究热点之一。目前,大多数研究综述是针对某一类方法在气味源定位中的应用进行总结,未能全面地总结机器人主动嗅觉技术的发展历程与研究进展。重点对移动机器人主动嗅觉气源定位方法展开综述,针对气源定位中烟羽发现、烟羽跟踪、气源确认三大子任务,详细对经典算法、研究现状与存在的问题进行分析。最后对机器人气源定位技术未来的发展趋势进行了讨论,针对当前机器人主动嗅觉研究中环境适应性不足、真实场景鲁棒性较差等问题,提出了多感官融合、烟羽跟踪算法优化及复杂环境应用等方面的研究展望,为下一步移动机器人主动嗅觉气源定位研究提供了一定的思路。 展开更多

关键词 机器人嗅觉 气源定位 主动嗅觉 移动机器人 信息融合

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湍流烟羽环境下多机器人主动嗅觉实现方法研究 被引量：23

2

作者 孟庆浩 李飞 +2 位作者 张明路 曾明 魏小博 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第10期1281-1290,共10页

给出了一种用于实现主动嗅觉(也称气味/气体源定位或化学烟羽跟踪)的多机器人协同搜索策略.将蚁群算法与逆风搜索相结合用于协调多机器人的运动方向.蚁群算法可有效调动机器人朝信息素高的区域运动且保证机器人之间的距离不会过大;逆风... 给出了一种用于实现主动嗅觉(也称气味/气体源定位或化学烟羽跟踪)的多机器人协同搜索策略.将蚁群算法与逆风搜索相结合用于协调多机器人的运动方向.蚁群算法可有效调动机器人朝信息素高的区域运动且保证机器人之间的距离不会过大;逆风搜索可降低算法过早地陷入局部最优的概率.为正确判断转移方向,蚁群算法中还增加了对历史信息的考虑.在源头确认方面,本文提出了气味/气体浓度持久性判断结合机器人旋转计算流体质量通量散度的方法.仿真表明,本文的主动嗅觉搜索策略可适用于湍流烟制环境,且可有效地逃脱浓度局部最优和风场的漩涡,另外可最终确认源头位置. 展开更多

关键词 机器人 主动嗅觉 烟羽 湍流 烟剁发现 烟利跟踪 气味/气体源确认

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主动嗅觉轮式移动机器人的系统设计及定位方法研究 被引量：4

3

作者 贺宁 杨建华 +1 位作者 陈立伟 曹晓欢 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2013年第2期285-288,共4页

在分析研究嗅觉定位理论原理的基础上,结合移动机器人技术,设计出一种能够自主完成气源定位的轮式机器人系统。该机器人系统是以Freescale半导体公司生产的16位MCU(MC9S12XDT512)为核心控制器,采用气体传感器阵列作为路径识别单元,结合... 在分析研究嗅觉定位理论原理的基础上,结合移动机器人技术,设计出一种能够自主完成气源定位的轮式机器人系统。该机器人系统是以Freescale半导体公司生产的16位MCU(MC9S12XDT512)为核心控制器,采用气体传感器阵列作为路径识别单元,结合轮式移动平台,配合Z字型控制搜索算法对轮式机器人进行控制完成了气体定位。在实验室现场测试中,以15 m作为起始距离,经过10次实验,误差小于5%,实现了气源定位的功能。在机器人行走机构设计上、实验方案的制定上进一步优化,则可有效地减小误差。 展开更多

关键词 主动嗅觉 MCU 气体传感器阵列 气源定位

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基于Nelder-Mead算法的机器人主动嗅觉室内时变污染源定位 被引量：4

4

作者 周晅毅 王富玉 +1 位作者 杨流阔 顾明 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期812-820,共9页

将Nelder-Mead(NM)算法与机器人主动嗅觉相结合,对室内衰减型和周期型两种时变污染源开展定位研究。首先通过计算流体动力学(CFD)模拟得到这两种时变污染源的浓度场,然后利用NM算法对其定位。结果表明,两种时变污染源的定位成功率均在80... 将Nelder-Mead(NM)算法与机器人主动嗅觉相结合,对室内衰减型和周期型两种时变污染源开展定位研究。首先通过计算流体动力学(CFD)模拟得到这两种时变污染源的浓度场,然后利用NM算法对其定位。结果表明,两种时变污染源的定位成功率均在80%以上。对机器人数量、响应时间和最大搜索步数这三个影响因素进行讨论,通过分析发现当室内面积为100 m2左右时,机器人数量为5个、响应时间为2 s、最大搜索步数为50步定位效果最好。 展开更多

关键词 机器人主动嗅觉 NM算法 时变污染源 计算流体动力学模拟

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基于改进AEO算法的多机器人主动嗅觉室内味源定位研究 被引量：2

5

作者 傅均 沈路遥 刘锐蕊 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1406-1411,共6页

用机器人主动嗅觉来自动寻找和定位毒气泄漏、火灾等气味源在防灾、反恐、探险等场景中具有重要意义。针对室内环境中机器人气味源定位方法对于策略切换阈值敏感问题,本文提出了一种用于多机器人气味源搜索的风向人工生态系统优化算法W... 用机器人主动嗅觉来自动寻找和定位毒气泄漏、火灾等气味源在防灾、反恐、探险等场景中具有重要意义。针对室内环境中机器人气味源定位方法对于策略切换阈值敏感问题,本文提出了一种用于多机器人气味源搜索的风向人工生态系统优化算法WAEO。该方法将机器人看作生产者、消费者或者分解者,通过三者的能量传递机制进行算法的优化,使算法在劣势初始位置时依旧保持稳定的性能。同时,考虑到气味源扩散的特点设计了离散风向系统,在生态系统中增加了追风者角色,从全局和个体维度引入风向信息和层次化利用风向信息。通过与两种常见粒子群算法的对比实验,发现WAEO算法可以减少味源定位的搜索时间,提高搜索成功率,特别是在机器人数量较少时优势更为明显。 展开更多

关键词 主动嗅觉 人工生态系统优化算法 多机器人 味源定位 风向信息

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基于改进遗传算法的机器人主动嗅觉研究 被引量：1

6

作者 石志标 孙江波 《机床与液压》 北大核心 2011年第23期63-65,共3页

在基于遗传算法机器人主动嗅觉研究中,为了使机器人小车在特定的烟羽环境中,能够更快、更准确地寻找到气味源,通过对遗传算法交叉算子和变异算子的改进,形成一种新的改进遗传算法。在5个假设前提下,将改进遗传算法应用到机器人主动嗅觉... 在基于遗传算法机器人主动嗅觉研究中,为了使机器人小车在特定的烟羽环境中,能够更快、更准确地寻找到气味源,通过对遗传算法交叉算子和变异算子的改进,形成一种新的改进遗传算法。在5个假设前提下,将改进遗传算法应用到机器人主动嗅觉研究中。仿真结果表明:与传统的遗传算法相比,采用改进遗传算法,机器人小车能够更快速、更准确地寻找到烟羽中的气味源。 展开更多

关键词 改进遗传算法 机器人主动嗅觉 烟羽模型

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三维环境中无人机气味源定位研究

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作者 许顺 黄宇鼎 +2 位作者 范靖 汤达恒 吕游 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第7期236-246,共11页

为了提升无人飞行器(UAV)在三维环境中对气味源的定位能力,提出了一种改进麻雀搜索算法(CE-SSA)。该算法通过引入精英策略、拥挤因子和莱维飞行扰动机制,增强了搜索能力并有效避免了陷入局部最优。实验中,模拟了三维空间中气味羽流的扩... 为了提升无人飞行器(UAV)在三维环境中对气味源的定位能力,提出了一种改进麻雀搜索算法(CE-SSA)。该算法通过引入精英策略、拥挤因子和莱维飞行扰动机制,增强了搜索能力并有效避免了陷入局部最优。实验中,模拟了三维空间中气味羽流的扩散,并将CE-SSA与经典粒子群算法(PSO)和原始麻雀搜索算法(SSA)进行了对比。结果表明,在单个无人机的情况下,CE-SSA的定位误差比传统算法降低了98%以上,定位成功率提高了56%以上;当无人机数量达到4架及以上时,定位误差稳定在0.2 m以下,成功率为100%。此外,CE-SSA在不同气味羽流特征下展现了较强的鲁棒性,能够应对复杂的环境变化。研究表明,CE-SSA不仅在提升定位精度和成功率方面具有显著优势,而且为无人机在复杂环境中的气味源追踪技术提供了可靠的解决方案。该研究不仅为主动嗅觉技术发展做出了贡献,也突显了无人机在复杂场景中进行气味源追踪的潜力。 展开更多

关键词 主动嗅觉技术 气味源定位 麻雀搜索算法 三维羽流建模

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融合学习策略与导向果蝇机制的气味源主动定位方法研究 被引量：5

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作者 缪燕子 王玥 +3 位作者 李元龙 杨春雨 代伟 马小平 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期913-922,共10页

工业生产过程中常发生由有害气体泄漏引起的火灾或爆炸事故,利用载有气体传感器的移动机器人实时监测并搜索定位泄漏气体源是预防重大事故的有效方法,而高效的搜索策略是保证机器人快速准确定位气味源的关键因素.现有的气味源搜索算法... 工业生产过程中常发生由有害气体泄漏引起的火灾或爆炸事故,利用载有气体传感器的移动机器人实时监测并搜索定位泄漏气体源是预防重大事故的有效方法,而高效的搜索策略是保证机器人快速准确定位气味源的关键因素.现有的气味源搜索算法存在定位成功率不高和对气味源定位不准的问题,本文提出一种将仿生果蝇算法和学习策略相融合的气味搜索策略.针对传统果蝇算法易陷入饱和收敛的问题,提出一种新的导向果蝇极值更新方式;针对寻优不精的问题,进一步提出一种基于学习策略的导向果蝇气味源搜索算法(OCGFOA).仿真实验结果表明OCGFOA算法完成定位速度更快且离泄漏气味源位置更近,其定位效果更能满足对危险气味源定位的要求;最后,在物理场景下进行气味源主动定位验证实验,证明本文所提算法在实际场景下也具有可行性. 展开更多

关键词 智能优化算法 果蝇优化算法 学习策略 连续优化 主动嗅觉 气味源定位

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时变流场环境中机器人跟踪气味烟羽方法 被引量：11

9

作者 李吉功 孟庆浩 +2 位作者 李飞 蒋萍 曾明 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2009年第10期1327-1333,共7页

机器人对气味烟羽的可靠跟踪是实现气味源定位的关键.本文主要针对实际时变流场环境中的机器人跟踪气味烟羽问题进行研究.文中在机器人测得气味时估计气味包的最大可能路径,在此基础上结合流向信息,规划搜寻路径并使机器人沿此路径运动... 机器人对气味烟羽的可靠跟踪是实现气味源定位的关键.本文主要针对实际时变流场环境中的机器人跟踪气味烟羽问题进行研究.文中在机器人测得气味时估计气味包的最大可能路径,在此基础上结合流向信息,规划搜寻路径并使机器人沿此路径运动以跟踪气味烟羽.考虑到气味浓度场的时变特性以及可能存在的基本浓度,采用浓度相对变化量表征气味信息.室内时变流场环境实验表明,使用本文所提方法的机器人可实时、有效地跟踪烟羽并趋向气味源. 展开更多

关键词 移动机器人 主动嗅觉 时变流场 烟羽跟踪

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基于行为特征的机器人变步长气味源搜索算法 被引量：7

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作者 王俭 季剑岚 陈卫东 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第17期5427-5430,5435,共5页

面向在地面搜索地下气味源的任务,针对传统六边形路径算法步长固定且无法对气味源定位的不足,提出移动机器人依靠气体传感器的基于自身行为特征的变步长气味源搜索算法。机器人根据其自身在搜索过程中所表现出的行走特征,采用行为控制模... 面向在地面搜索地下气味源的任务,针对传统六边形路径算法步长固定且无法对气味源定位的不足,提出移动机器人依靠气体传感器的基于自身行为特征的变步长气味源搜索算法。机器人根据其自身在搜索过程中所表现出的行走特征,采用行为控制模型,选择与具有不同特征的行为相匹配的步长调整策略。步长调整策略包括:根据实测所得即时气味浓度变化率的动态步长改变策略、根据徘徊程度确定的动态步长缩短策略、固定步长策略。非均匀土壤且实际扩散情况下的计算机仿真证实,改进算法具有气味发现、气味跟踪和气味源定位三种功能。 展开更多

关键词 主动嗅觉 气味源 跟踪 定位 变步长

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面向气味跟踪与定位的机器人变步长搜索算法 被引量：5

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作者 王俭 赵鹤鸣 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2009年第2期243-245,248,共4页

面向在地面搜索地下气味源的任务,针对传统六边形路径搜索算法的不足,提出移动机器人依靠气体传感器的气味跟踪与气味源定位变步长搜索算法,并进行了非均匀土壤中实际扩散情况下的计算机仿真,证实改进算法是可行的、优越的和实用的,具... 面向在地面搜索地下气味源的任务,针对传统六边形路径搜索算法的不足,提出移动机器人依靠气体传感器的气味跟踪与气味源定位变步长搜索算法,并进行了非均匀土壤中实际扩散情况下的计算机仿真,证实改进算法是可行的、优越的和实用的,具有气味跟踪与气味源定位双重功能。 展开更多

关键词 主动嗅觉 气味源 跟踪 定位 步长

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基于决策树的羽流追踪机器人自主决策方法研究 被引量：6

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作者 赵攀 袁杰 +1 位作者 王宏伟 米汤 《计算机工程与应用》 CSCD 北大核心 2019年第14期254-259,共6页

针对无法获得可靠羽流流向信息不利于实现羽流追踪的问题,提出了一种基于决策树的羽流追踪移动机器人自主决策方法。该方法通过移动机器人两侧的浓度传感器采集到的浓度信息,利用追踪的行为规则建立决策树模型,获得行为决策信息,使机器... 针对无法获得可靠羽流流向信息不利于实现羽流追踪的问题,提出了一种基于决策树的羽流追踪移动机器人自主决策方法。该方法通过移动机器人两侧的浓度传感器采集到的浓度信息,利用追踪的行为规则建立决策树模型,获得行为决策信息,使机器人高效地追踪到羽流并精确地定位。由于浓度变化关系蕴含了羽流的流向及流速信息,从而取代了传统方法中流向及流速传感器。在扩散环境下,通过移动机器人羽流追踪实验,实现了良好的源定位效果。 展开更多

关键词 主动嗅觉 决策树 羽流源定位 移动机器人 羽流追踪

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隧道内车辆运输储罐泄漏源机器人仿生感知算法研究(英文) 被引量：1

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作者 赵智琦 房建东 《机床与液压》 北大核心 2015年第6期80-85,共6页

针对隧道内运输危险品(天然气)车辆在行驶过程中发生小孔泄漏导致天然气扩散的情况,提出一种机器人主动嗅觉定位算法。采用赋值的方法随机搜索气体,并根据进化梯度搜索算法来跟踪气体,保证移动机器人一直沿着由低浓度烟羽到高浓度烟羽... 针对隧道内运输危险品(天然气)车辆在行驶过程中发生小孔泄漏导致天然气扩散的情况,提出一种机器人主动嗅觉定位算法。采用赋值的方法随机搜索气体,并根据进化梯度搜索算法来跟踪气体,保证移动机器人一直沿着由低浓度烟羽到高浓度烟羽运动并最终定位到泄漏点。烟羽环境采用基于Fluent的天然气扩散物理数学模型。模型采用基于雷诺时均方程和标准k-ε方程的湍流模拟,用SIMPLEC算法对N-S方程进行求解,并采用组分输运来解决多组分流体的扩散问题,完成二维动态烟羽模型的建立后将烟羽数据导入Matlab,将烟羽模型产生的数据与模拟移动机器人相结合,依据设计所提出的主动嗅觉定位算法进行气味源搜索及气味源确认的仿真,为隧道内车辆运输危险品泄漏事故的抢救及最大限度地减少损失提供了参考。 展开更多

关键词 机器人 小孔泄漏 主动嗅觉定位 进化梯度算法 FLUENT

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机器人探测气体泄漏源定位研究

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作者 李素霞 《实验技术与管理》 CAS 北大核心 2017年第7期46-48,54,共4页

采用摄像机小孔成像模型以及气味主动嗅觉的组分方程模型,建立了机器人检测气味泄漏源的控制模型,给出了气味源探测的算法。通过模拟天然气泄漏的过程表明,采用的模型能够较好实现气体浓度变化检测。软件仿真结果表明机器人拥有了环境... 采用摄像机小孔成像模型以及气味主动嗅觉的组分方程模型,建立了机器人检测气味泄漏源的控制模型,给出了气味源探测的算法。通过模拟天然气泄漏的过程表明,采用的模型能够较好实现气体浓度变化检测。软件仿真结果表明机器人拥有了环境运动的能力;实际环境的应用结果表明系统可以将团状的气体分子在空气中运动感知和发现,设计的控制机器人气味追踪算法具有实际应用可行性。研究成果对于我国机器嗅觉和气体定位的发展有一定的理论和实际意义。 展开更多

关键词 机器人 主动嗅觉 组分方程

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