[發明專利]一種消防巡邏裝置

在審

• 申請號: 201810023215.3
• 申請日: 2018-01-10
• 公開（公告）號: CN108153316A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 黃信文
• 申請（專利權）人: 深圳市鑫匯達機械設計有限公司
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種消防巡邏裝置，其包括巡邏裝置的主體和移動裝置，其特征在于，還包括：

數據采集單元，用于對巡邏裝置周圍的環境參數進行檢測，并轉換成A/D信號發送給主控單元；

導航單元，連接有激光雷達，激光雷達用于環境掃描，測量目標物體的距離，導航單元根據所述激光雷達掃描信息構建柵格地圖，獲取巡邏裝置位姿信息，進行路徑規劃并制定巡邏裝置移動信息，發送至主控單元；

主控單元，用于檢測從所述數據采集單元采集到環境參數，根據所述巡邏裝置移動信息控制所述移動裝置運動。

2.根據權利要求1所述的一種消防巡邏裝置，其特征在于，所述數據采集單元包括與主控單元連接的煙霧傳感器、火焰傳感器和溫度傳感器。

3.根據權利要求1所述的一種消防巡邏裝置，其特征在于，還包括無線傳輸單元，所述無線傳輸單元與遠程控制中心連接，用于發送所述柵格地圖信息、巡邏裝置位姿信息和環境參數信息到遠程控制中心，接收從遠程控制中心發出的巡邏任務。

4.根據權利要求3所述的一種消防巡邏裝置，其特征在于，所述導航單元具體包括：

地圖構建子單元，用于根據所述激光雷達的掃描信息構建柵格地圖；

定位子單元，用于獲取巡邏裝置在所述柵格地圖中的位姿信息；

路徑規劃子單元，用于根據巡檢目的地制定巡檢路徑規劃，生成移動信息并發送至所述主控單元。

5.根據權利要求4所述的一種消防巡邏裝置，其特征在于，所述定位子單元，用于獲取巡邏裝置在所述柵格地圖中的位姿信息，具體包括：

(1)設定臨時粒子集表示為其中粒子表示巡邏裝置的位姿信息，T_n表示地圖特征，表示粒子權重，K表示臨時粒子集中粒子的總個數；

(2)采用粒子群優化算法預測巡邏裝置的速度和巡邏裝置的位置向量，其中：

計算巡邏裝置速度采用的函數為：

式中，和分別表示在n+1和n時刻第k代種群粒子的速度，表示巡邏裝置在n時刻的位姿信息，β_v表示慣性權重，表示第k代種群粒子曾經歷過的最優位置，表示第k代粒子群曾經歷過的最優位置，β₁和β₂為分布在[0,1]之間的隨機數，u₁和u₂表示設定的加速因子；

計算巡邏裝置位姿信息預測采用的函數為：

式中，和分別表示巡邏裝置在n+1和n時刻的位姿信息，表示在n+1時刻第k代種群粒子的速度；

(3)如果粒子極值位置劣于粒子群平均極值位置，則對該粒子進行概率為D_m的變異運算；

(4)獲取對巡邏裝置預測位置的優化程度，采用的自定義適應度函數為：

其中F表示巡邏裝置預測位置的優化程度，表示巡邏裝置的測量噪聲協方差矩陣，s′_n表示n時刻巡邏裝置對路標觀測值的預測，s_n表示巡邏裝置n時刻巡邏裝置對路標的觀測值，u₃表示設定的加速因子，a表示種群進化代數；

(5)如果巡邏裝置預測位置的優化程度F小于設定的閾值，則獲取新的路標觀測值s_n以及更新地圖特征T_n中的路標特征；

(6)更新粒子權重其中采用的函數為：

(7)重復步驟(2)至(6)，直到遍歷臨時粒子集R中的所有粒子；

(8)進行粒子權重歸一化，并重新采樣：從臨時粒子集中根據權重的大小按比例抽取例子并將粒子添加到新的粒子集中，并從新的粒子集中獲取巡邏裝置的位姿信息

6.根據權利要求5所述的一種消防巡邏裝置，其特征在于，所述路徑規劃子單元，用于根據巡檢目的地制定巡檢路徑規劃，生成移動信息并發送至所述主控單元，具體包括：

(1)獲取柵格地圖，初始化路徑規劃算法中的原始參數，包括：柵格地圖規模C，螞蟻種群數量D，迭代次數F，信息素初始量p₀，信息素權值i，啟發式信息權值j，路徑安全信息權值k，信息素揮發系數ρ；

(2)初始化螞蟻信息，根據從所述定位子單元獲取的巡邏裝置位姿信息設置螞蟻的起點位置，根據巡檢目的地信息設定螞蟻的終點位置，初始化螞蟻禁忌表，路徑表，路徑長度：禁忌表中存放的數據代表所有柵格的禁忌狀況，用來記錄柵格當前狀態；路徑表中存放螞蟻經過的柵格ID，用來記錄螞蟻尋找到的路徑；路徑長度初始化為0，計算地圖上柵格之間的歐氏距離L_s；

(3)螞蟻d(d＝1,2,…,D)開始遍歷，更新螞蟻d在當前位置的Allowed表，所述Allowed表表示螞蟻d在當前位置可選擇移動到的下一柵格信息，根據概率轉移公式計算表中的每個可行柵格的轉移概率，使用輪盤賭的方法選擇下一柵格，把選定的柵格ID加入螞蟻的路徑表，更新路徑長度，在禁忌表中更新這個柵格的狀態，螞蟻當前位置更新為選定的這個柵格，其中，采用的轉移概率函數為：

式中，表示螞蟻d從柵格m轉移到柵格n的概率，p_mn(t)表示路段mn上的信息素量，q_mn(t)表示啟發式信息值，i表示信息素權值，j表示啟發式信息權值，k表示路徑安全信息權值，s_n和s_o分別表示柵格n和柵格o相鄰柵格鄰接柵格中障礙柵格所占的比例，D表示當前位置的Allowed表里的柵格；

(4)根據終點的禁忌情況來判斷終點是否被遍歷，如果終點已經被遍歷，則輸入螞蟻d尋到的路徑的長度，把路徑表中存放的柵格ID序列寫入文本中，執行d＝d+1，重復(3)，直到所有螞蟻完成路徑搜索任務；

(5)經過對比本周期螞蟻得出的路徑長度，記錄本周期最優螞蟻編號，以及得到的路徑長度和路徑信息，并對路徑信息素進行揮發和更新；

(6)判斷迭代次數是否等于設定的最大迭代周期數，如果不是，則重置螞蟻信息，包括禁忌表，路徑表和路徑長度，并將迭代次數F加1，轉向(3)進行新一輪搜索；如果迭代次數達到設定的最大迭代周期數，則將最優路徑作為輸出結果。