自然風(fēng)場的非線性動(dòng)力學(xué)特性及在氣味源搜尋中的應(yīng)用.pdf

1、毒害氣體的泄露嚴(yán)重威脅著人類的生產(chǎn)生活,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成社會(huì)恐慌,因此開展氣味源搜尋定位的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,對(duì)于促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義。從上世紀(jì)九十年代開始,一些學(xué)者就從仿生學(xué)的角度出發(fā),開始利用機(jī)器人進(jìn)行氣體泄漏源定位,即使用配有風(fēng)速/風(fēng)向傳感器的移動(dòng)機(jī)器人來進(jìn)行氣體泄漏源的定位。
　　風(fēng)是影響氣味傳播的主要因素,而近地面風(fēng)場又是一個(gè)復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),因此有必要從非線性特性分析的角度來對(duì)風(fēng)場信號(hào)進(jìn)行分析研究,這樣可以更

2、準(zhǔn)確地解讀風(fēng)場的變化規(guī)律,為機(jī)器人氣味源的搜尋定位提供幫助。本文采用非線性的分析方法和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)知識(shí)研究自然風(fēng)場的變化規(guī)律及氣味搜尋過程的參數(shù)優(yōu)化問題,主要開展了以下方面的工作:
　　第一、首先采用飽和關(guān)聯(lián)維數(shù)這種混沌識(shí)別的直接判別方法與替代數(shù)據(jù)法(一種間接判別方法)相結(jié)合的方法對(duì)近地面風(fēng)場時(shí)間序列進(jìn)行非線性分析,結(jié)果表明了風(fēng)速和風(fēng)向信號(hào)均具有混沌特性。
　　第二、從Lemple-Ziv復(fù)雜性、近似熵(ApEn)、網(wǎng)絡(luò)度

3、分布指數(shù)等多個(gè)非線性信號(hào)復(fù)雜性測度視角對(duì)水平風(fēng)場和豎直風(fēng)場內(nèi)的風(fēng)速時(shí)序信號(hào)和風(fēng)向時(shí)序信號(hào)進(jìn)行分析,得出風(fēng)速時(shí)序信號(hào)的復(fù)雜性要大于風(fēng)向信號(hào),而且豎直風(fēng)場內(nèi)的風(fēng)速信號(hào)復(fù)雜性大于水平風(fēng)場內(nèi)的風(fēng)速信號(hào),豎直風(fēng)場內(nèi)的風(fēng)向信號(hào)和水平風(fēng)場內(nèi)的風(fēng)向信號(hào)復(fù)雜性沒有明顯的差別。
　　第三、采用相空間網(wǎng)絡(luò)模體頻數(shù)來探究兩種不同環(huán)境中風(fēng)速和風(fēng)向時(shí)序信號(hào)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性,結(jié)果表明室內(nèi)風(fēng)速信號(hào)相空間網(wǎng)絡(luò)模體頻數(shù)異質(zhì)性大于室外風(fēng)速信號(hào),而兩種不同環(huán)境中風(fēng)向信號(hào)

4、的模體頻數(shù)分布異質(zhì)性并沒有明顯的區(qū)別。
　　第四、采用遞歸圖( Recurrence Plot, RP)和遞歸定量分析( Recurrence Quantification Analysis, RQA)對(duì)相同地點(diǎn)、相同時(shí)間段,采集頻率分別為1hz、2hz、4.2hz、5hz、8.3hz、12.5hz和16.7hz的風(fēng)速時(shí)間序列進(jìn)行遞歸特性分析,研究不同采樣頻率條件下風(fēng)速信號(hào)非線性遞歸特性的變化規(guī)律,進(jìn)而為氣體尋蹤系統(tǒng)的風(fēng)速儀優(yōu)化選