[發明專利]一種基于改進人工魚群算法的氣體泄漏源定位方法有效

申請號：	202011395703.0	申請日：	2020-12-02
公開（公告）號：	CN112446457B	公開（公告）日：	2023-07-18
發明（設計）人：	丁濤;劉振國;孔凡玉	申請（專利權）人：	中國計量大學
主分類號：	G01M3/04	分類號：	G01M3/04;G06N3/006
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地址：	310018 浙江省杭***	國省代碼：	浙江;33
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于改進人工魚群算法氣體泄漏定位方法
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【說明書】：

本發明創造性的將改進人工魚群算法與無人機集群結合，實現氣體泄漏源的快速、高效定位。傳統的固定監測網絡法存在局限性，難以滿足現有的定位氣體泄露源定位需求，多無人機集群系統具有機動靈活和監測范圍廣等優勢，以其作為環境監測平臺可以彌補現有固定監測站的不足，有利于主動追蹤和定位有害氣體泄漏源。煙羽搜索策略采用改進人工魚群算法，在標準人工魚群算法的基準上，引入好奇心模型，可以自適應的調節無人機的搜索視野和移動步長，避免標準人工魚群算法中由于視野和步長為定值造成的算法缺陷。

技術領域

本發明屬于環境監測領域，具體涉及氣體泄漏定位技術。

背景技術

隨著工業化的快速發展，城市空氣污染問題也日益嚴峻，化工園區有害氣體泄漏事故時有發生，嚴重危害人們的生活。如何快速、精準的定位泄漏源是實現化工廠有害氣體泄漏事故靶向治理的關鍵。現有的泄漏源定位技術以固定監測站、車載式監測站和無線傳感器網絡為依據，通過監測站位置和污染物濃度信息相估算泄漏源的位置。受地面條件限制，監測站位往往分布不均勻或事故泄漏源未被監測站所包圍，無法實現事故泄漏源的精準定位。

人工魚群算法是現代智能算法中模仿魚類活動的一類優化算法，在計算機、人工智能等研究領域得到了很好的應用。標準人工魚群算法采用固定視野和步長，算法后期求解的精度不夠，容易發生振蕩現象，個體魚之間的搜索區域重疊，降低了搜索效率，個體魚陷入局部最優后，不易擺脫局部極值。針對標準人工魚群算法存在的不足之處，本發明結合好奇心理學提出一種改進算法。將個體魚的迭代次數、視野中的人工魚數目和尋優數值作為魚群種群多樣性的衡量指標，引入好奇心模型，量化個體魚在不同狀況下向高數值區域搜索的好奇情緒，使人工魚的視野和步長可以根據計算出的好奇因子進行自適應的調節，避免由于視野和步長為定值造成的算法缺陷。

多無人機集群系統具有機動靈活和監測范圍廣等優勢，以其作為環境監測平臺可以彌補現有固定監測站的不足，有利于主動追蹤和定位有害氣體泄漏源。改進人工魚群算法具有良好的尋優效率，作為泄漏源搜索策略，可以控制無人機群快速精準搜索泄漏源。

發明內容

本發明的目的是為了彌補現有泄漏源定位技術的不足，創造性的將改進人工魚群算法和無人機集群結合，提出一種基于改進人工魚群算法的氣體泄漏源定位方法，可以快速、高效的定位泄漏源。

一種基于改進人工魚群算法的氣體泄漏源定位方法，包括以下步驟：

步驟1：在待監測區域設置5架無人機；

步驟2：采用發散策略快速發現煙羽；

步驟3：判斷無人機是否發現煙羽，若發現煙羽，執行步驟4，否則轉回步驟2；

步驟4：采用改進人工魚群算法搜索氣體泄漏源；

步驟5：更新各無人機的位置；

步驟6：判斷氣體泄漏源是否定位成功，若成功，執行步驟7，否則轉回步驟4；

步驟7：輸出氣體泄漏源位置。

在步驟2中采用發散搜索策略快速搜索煙羽，當氣體泄漏后，多個無人機從同一初始區域出發向各個方向以相同的速度移動，無人機的移動軌跡為直線，移動軌跡之間的夾角相同，以便在最短時間覆蓋最大的面積，快速發現煙羽。