[發明專利]一種基于3D_Z_螺旋逆風算法的無人機惡臭溯源方法

有效

• 申請號: 201811218312.4
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109376423B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 丁濤;崔學林;王偉;陳海佳;謝麗華;劉莎莎;徐銘馳;陳海生
• 申請（專利權）人: 中國計量大學;杭州存覽科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于3D_Z_螺旋逆風算法的無人機惡臭溯源方法，包括采用風向儀測量風向，多旋翼無人機將結合實時監測的氣體濃度和算法邏輯逆風搜索惡臭源。具體為無人機先進行偏向于上風向的斜線運動（Z運動），橫穿整個惡臭場源污染區獲取足夠多的場源濃度；在飛出惡臭污染區后，無人機開始做螺旋運動（Spiral），返回惡臭污染區中；然后逆風做直線運動（Surge），尋找惡臭源。無人機不斷重復以上三個運動，逐漸逼近當前平面惡臭污染源。在找到認為的當前平面惡臭源時，無人機下降一定高度（3D）。并且把下降后的位置做為進行新平面溯源的起點，重復以上三個運動，尋找惡臭源。直到無人機下降到允許的最低高度，并且找到了該高度平面的惡臭源時，停止運動，認為找到惡臭源的位置。

技術領域

本發明涉及一種基于無人機的惡臭溯源方法，屬于多旋翼無人機飛行器與大氣環境監測領域。

背景技術

惡臭污染是一種常見的環境污染，是世界公認的七大環境公害之一。惡臭是指各種使人有不愉快感覺的氣味(異味)的總稱，當環境中的惡臭物質濃度達到一定程度時，不僅影響居民的生活質量，嚴重時也會直接危及到人們的健康。有些惡臭物質會刺激人的呼吸道，對心腦血管的生理功能產生影響，導致判斷力和記憶力降低，工作效率降低。其中一些芳香族化合物還可能造成人體畸變、癌變，高濃度的惡臭還會導致接觸者發生肺水腫甚至窒息死亡。因此惡臭污染源定位對人類安全與環境保護有著非常重要的意義。

目前已有的氣味源定位算法，主要包括：濃度梯度搜索算法、z字形遍歷算法、Spiral Surge算法、ACO算法、E.coli算法等，主要應用于地面機器人的氣味源定位，并且有各自應用的局限性。Z字形遍歷算法可以找到氣味源，但是耗費較長時間以及不精確，優點是可以完全的獲知氣味源場的信息。Spiral Surge算法可以比較精確的找到氣味源，但是溯源運動路徑偏向于氣味源一邊，可能會陷入局部最優點，不能夠完全的獲知氣味源場的信息。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何結合已有的氣味源定位算法和空中惡臭溯源的實際情況，開發出合適的惡臭溯源算法并且應用到無人機中，因此我們提供一種基于3D_Z_螺旋逆風算法的無人機惡臭溯源方法。該方法具有溯源快速精確、路徑最優、避免陷入局部最優點等優點。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案包括以下步驟：

步驟1：根據環境監測部門或群眾反映，找到疑似惡臭污染區，疑似惡臭污染源區域設定通常以造紙廠、養殖場、飼料廠和化工廠、屠宰場等區域為主。

步驟2：利用風向儀測量疑似惡臭污染區的風向，多旋翼無人機將逆風搜索惡臭源。

步驟3：建立以當前順風方向為x軸正方向，重力加速度方向為z軸的正方向，然后依據右手原則確定y軸正方向的坐標系。整個惡臭溯源過程中無人機速度大小為V。無人機從疑似惡臭污染區任意一點起飛，無人機先進行偏向于上風向的斜線運動(Z)，橫穿整個惡臭場源污染區獲取足夠多的場源氣體濃度數據。氣體傳感器每秒讀取一次數據，所讀取的數據是當前無人機所在位置的氣體濃度值C_p。

所述步驟3：無人機起飛點的氣體濃度為第一個閾值C_ni，i＝1代表第一次的斜線運動(Z)。對步驟3過程中采集的氣體濃度進行比較，將最大的氣體濃度設為max1。

步驟4：當無人機上氣體傳感器所獲得氣體濃度C_p低于閾值C_ni，認為這時無人機已經飛出惡臭污染區，無人機開始做螺旋運動(Spiral)，返回惡臭污染區中，無人機回到惡臭污染區的判定標準是當前所處位置的氣體濃度C_p高于閾值C_nj。

所述步驟4：閾值第一次螺旋運動j＝1，n＝1。其中j＝1代表第一次螺旋運動(Spiral)。此次n＝1且每次計算n加1。