[發明專利]一種機器人多模態間歇性羽流尋源自主追蹤方法

在審

• 申請號: 202210425444.4
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114839978A
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 馬圣山;袁杰;劉強;郭振宇;賈焦予;吳瓊;袁昊;匡本發
• 申請（專利權）人: 新疆大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02;G01M10/00;G06N3/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

由于在非結構環境中，空間羽流的非連續、不穩定、不確定特性突出，使得部分羽流運動存在典型的間歇性特點，從而使得傳統基于嗅覺或視/嗅覺融合的方法無法有效可靠地追蹤羽流并進行源定位，在羽流尋源過程遇到較大地挑戰，亟待研發一種能夠在間歇性羽流尋源的可靠方法。因傳統多傳感器融合的羽流尋源方法對羽流的物理、化學特性未能充分地利用，導致大量潛在的信息舍棄，當機器人無法接觸羽流的情況下，易使尋源效率不足或失敗。由于不同成份的羽流在光譜成像方面存在著差異，部分羽流具有較明顯的色彩、灰度、紋理等物理特征，因此可通過高光譜成像來獲得羽流視覺信息，提取其物理、化學特征；反之，即使部分羽流無明顯的物理特征，仍可通過高光譜成像提取其化學特征。因此，本發明在尋源機器人基本感知（化學、流向/流速）基礎上，采用一種由高光譜成像來獲得羽流的視覺信息，提取羽流的物理、化學特征，對機器人無法接觸到的羽流也具備非接觸檢測能力。此外，通過F?DARTS的基礎網絡架構，借鑒自主發育網絡的參數演進思想，來探索非結構環境下的機器人羽流尋源自主追蹤方法，提升尋源效率和可靠性，為機器人在多模態間歇性羽流尋源中提供可靠的視覺信息處理與分析能力保障。

技術領域

本發明涉及尋源定位技術領域，具體為一種用于泄漏氣體的感知以及機器人自主尋源決策的發明。

背景技術

隨著工業制造業的快速發展，石油、煤氣、天燃氣等易燃易爆、有毒的化工產品在給我們日常生活帶來便利的同時，人類也越來越多地面對易燃易爆、有毒介質的泄漏、排放、中毒等事故,給人們的健康和安全帶來了現實的危害。因此，盡快地查明泄漏源并及時排險對保障人們的健康和安全具有重要意義。然而，對于目前的羽流源定位方法存在以下缺陷。

（1）傳統人工攜帶濃度測量儀探測氣體泄漏源的方法用人成本高、搜索效率低，具有較高的危險性。而通過布署傳感器網絡的羽流源的方法，其定位精度與傳感器部署密度有關，且成本高、靈活性差。

（2）機器人羽流尋源多采用單個或多個同類羽流傳感器采集羽流信號。機器人獲取的羽流信息單一、搜索能力有限；尤其在湍流環境中，難以獲取穩定的羽流濃度、濃度梯度以及風矢量信息，從而導致機器人尋源時間過長，甚至搜索失敗，無法應對復雜多變的環境。

（3）機器人羽流尋源過程中，由于部分羽流具有明顯的顏色、紋理等特征，傳統方法未進行充分的考

慮和利用，導致大量潛在可利用的信息舍棄，尋源效率低下。

（4）在非結構環境中，空間羽流的非連續、不穩定、不確定特點突出，使得部分羽流運動存在典型的間歇性特點，從而使得傳統的基于嗅覺或視/嗅覺融合的方法無法有效地追蹤羽流并進行源定位。

為了克服以上缺陷，亟待研發一種能夠在間歇性羽流空間尋源的可靠方法。

發明內容

為解決羽流源定位中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種能夠在間歇性羽流空間尋源的可靠方法，本發明的特色可以簡要概括為：無羽流由“聞而不看”到“既聞又看”再到“看到味道”。即由于在非結構環境中，空間羽流的非連續、不穩定、不確定特性突出，使得部分區域羽流運動存在顯著的間歇性特點，羽流忽有忽無，傳統視/嗅覺尋源方法一旦無法“聞”（無化學信息）或無法“看”（無物理信息）到羽流，尋源效率和可靠性下降明顯。本發明在基礎化學和視覺感知基礎上，獲取羽流化學、物理信息（既聞又看）；一旦機器人落入間歇性羽流域，通過對高光譜成像分析，提取羽流的化學信息特征，實現“看到味道”的跨躍。為提高辨識羽流的精準性，此發明通過F-DARTS的基礎網絡架構，借鑒自主發育網絡的參數演進思想，實現機器人羽流尋源策略的自主追蹤，提升尋源效率和可靠性，為機器人在多模態間歇性羽流尋源中提供可靠的視覺信息處理與分析能力保障。

在本發明中，“多模態”是指在典型物理/化學信息類別視角下，不同趨向特性的羽流呈現出的多種性態。間歇性羽流表現出的“忽隱忽現”，對機器人高效、可靠地尋源提出了較大的挑戰。

本發明解決的問題所采用的硬件選擇和技術。