融合機(jī)器人視-嗅覺(jué)信息的氣體泄漏源定位.pdf

1、科學(xué)研究表明,很多生物利用氣味或/和視覺(jué)等信息完成覓食、求偶、御敵和交流等活動(dòng)。受這些生物行為的啟發(fā),自20世紀(jì)90年代開(kāi)始,一些學(xué)者開(kāi)始利用移動(dòng)機(jī)器人結(jié)合氣體、視覺(jué)等傳感器進(jìn)行氣體泄漏源定位研究。移動(dòng)機(jī)器人氣體泄漏源定位的研究成果有望在不遠(yuǎn)的將來(lái)被用于有毒/有害氣體泄漏檢測(cè)、火源探測(cè)、災(zāi)后倒塌建筑物搜救和反恐排爆等領(lǐng)域。
　　 本文針對(duì)機(jī)器人融合視/嗅覺(jué)信息搜尋氣體泄漏源問(wèn)題,重點(diǎn)開(kāi)展了如下的研究工作:
　　 一、針對(duì)

2、現(xiàn)有機(jī)器人泄漏源定位過(guò)程中視覺(jué)信息處理存在的不足,本文提出了一種新的任務(wù)驅(qū)動(dòng)視覺(jué)注意機(jī)制計(jì)算模型(即TDVAM計(jì)算模型)用于視覺(jué)信息的快速處理。通過(guò)學(xué)習(xí)的方法確定凸顯目標(biāo)物的重要特征和最佳尺度,將有限的計(jì)算和存儲(chǔ)資源優(yōu)先分配給場(chǎng)景中少數(shù)的顯著區(qū)域,快速地凸顯特定的搜尋目標(biāo),滿足機(jī)器人視覺(jué)信息處理的實(shí)時(shí)性需求。針對(duì)待搜尋目標(biāo)的精確識(shí)別問(wèn)題,提出了形狀分析與TDVAM計(jì)算模型相結(jié)合的目標(biāo)識(shí)別方法,通過(guò)提取候選顯著區(qū)域的多個(gè)形狀特征(如面積、

3、周長(zhǎng)、緊密度等)判斷該區(qū)域是否是疑似泄漏源區(qū)域,并與傳統(tǒng)的模板匹配方法進(jìn)行了比較,驗(yàn)證了本文所提方法的可靠性。
　　 二、針對(duì)風(fēng)速/風(fēng)向比較穩(wěn)定的流場(chǎng)環(huán)境中氣體泄漏源定位問(wèn)題,提出了基于最小二乘估計(jì)的機(jī)器人融合視/嗅覺(jué)信息的泄漏源定位方法。此類(lèi)環(huán)境中氣體濃度近似高斯分布。首先通過(guò)視覺(jué)確定出場(chǎng)景中存在的可疑區(qū)域,然后針對(duì)每一個(gè)可疑區(qū)域采用湍流擴(kuò)散模型計(jì)算出機(jī)器人在采樣點(diǎn)處的理論濃度值,最后采用最小二乘方法對(duì)機(jī)器人獲取的實(shí)際濃度值和

4、理論濃度值進(jìn)行最小偏差估算,快速確認(rèn)泄漏源的位置。真實(shí)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文所提方法的有效性。
　　 三、針對(duì)風(fēng)速/風(fēng)向變化比較大的環(huán)境中氣體泄漏源定位問(wèn)題,提出了基于包容體系結(jié)構(gòu)的機(jī)器人融合視/嗅覺(jué)信息泄漏源定位方法。在此類(lèi)環(huán)境中由于受湍流的影響氣體濃度的分布很難用一個(gè)精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。本文針對(duì)機(jī)器人在定位過(guò)程中獲取傳感器信息的不同建立具有不同優(yōu)先級(jí)的行為策略,高優(yōu)先級(jí)的行為能夠?qū)Φ鸵患?jí)的行為進(jìn)行包含和抑制,使得機(jī)器人能夠?qū)?/p>