基于定步長正六邊形算法的無人機(jī)追蹤污染源最優(yōu)路徑設(shè)計(jì)

1、基于定步長正六邊形算法的無人機(jī)追蹤污染源最優(yōu)路徑設(shè)計(jì)作者：潘冰彬 應(yīng)婭璇作者簡介：潘冰彬(1997-)、女、漢族、浙江樂清、浙江師范大學(xué)初陽學(xué)院數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)專業(yè)。應(yīng)婭璇(1997-)、女、漢族、浙江金華、浙江師范大學(xué)初陽學(xué)院英語專業(yè)?！局袌D分類號】 V218 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A 【文章編號】 2236-1879(2018)06-0183-02一、問題背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，環(huán)境保護(hù)與建設(shè)工作逐步信息化，全國環(huán)境信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)初具規(guī)模，并在環(huán)境管理中得到廣泛應(yīng)用。在監(jiān)測數(shù)據(jù)環(huán)節(jié)，環(huán)保部門擬用無人機(jī)追蹤監(jiān)測污染氣團(tuán)，直至定位到污染源。為提高環(huán)境管理工作的效率，應(yīng)著重考慮無人機(jī)追蹤污染氣團(tuán)的

2、路徑選擇問題。本文主要研究無人機(jī)在不同假設(shè)條件下定位污染源的最優(yōu)路徑設(shè)計(jì)。在無風(fēng)且不考慮高度的情況下，采用定步長正六邊形路徑算法設(shè)計(jì)無人機(jī)的最優(yōu)路徑。通過比較無人機(jī)經(jīng)過的n-2，n-1兩點(diǎn)的濃度大小，確定無人機(jī)下一步的行進(jìn)路線。通過正六邊形路徑的位移變化之間的相關(guān)性，得到無人機(jī)下一次位置(即n點(diǎn))坐標(biāo)與前三次位置坐標(biāo)之間的關(guān)系。二、模型建立2.1 基于正六邊形路徑算法建立最優(yōu)路徑模型。最后，當(dāng)無人機(jī)環(huán)繞污染源行進(jìn)時(shí)(即無人機(jī)所到之點(diǎn)已連續(xù)重復(fù)4次時(shí))，抵達(dá)徘徊區(qū)，即確認(rèn)污染源所在區(qū)域。如圖所示，其中數(shù)值為模擬污染氣體濃度，無人機(jī)最終確定污染源所在區(qū)域D。2.2 基于高斯煙羽理論的污染物擴(kuò)散分布

3、模型。三、模型求解3.1 利用高斯煙羽模型建立虛擬污染源擴(kuò)散情境。利用高斯煙羽理論的污染物擴(kuò)散分布模型，選取污染源作為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立空間直角坐標(biāo)系。易知在無風(fēng)的情況下，污染源周圍區(qū)域在水平面上的污染氣體濃度的分布，按照區(qū)域污染氣體濃度分布，做出污染氣體濃度分布圖，如圖3所示。由圖3可以清楚的看出：在無風(fēng)且不考慮高度的情況下，污染源處的污染氣體濃度最高，并且以污染源為中心四周濃度逐漸降低，并且趨勢呈對稱分布。按曲面圖所示，該污染模擬情境中，污染源坐標(biāo)為(0，0)，先將無人機(jī)置于(-200，-200)坐標(biāo)處，以該模型數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)對象，使用正六邊形路徑模型對最優(yōu)路徑進(jìn)行追蹤。3.2 基于正六邊形路徑算

4、法模型追蹤模擬污染情境中污染源最佳路徑。由此，利用Matlab即可確定無人機(jī)在無風(fēng)且不考慮高度情況下，追蹤污染氣團(tuán)的最優(yōu)路徑(如圖4所示)。從圖中可以看出曲線末端所包圍的閉區(qū)域即為污染源所在的區(qū)域，折線軌跡即為無人機(jī)的追蹤路線，四、模型評價(jià)如圖2所示，當(dāng)以無人機(jī)為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)時(shí)，以正六邊形路徑模型所定位到的污染源所在區(qū)域經(jīng)過(200，200)，該結(jié)果與虛擬模型求解設(shè)置中的污染源坐標(biāo)為(0，0)，無人機(jī)起始坐標(biāo)為(-200，-200)具有較高的吻合度，因此該模型具有一定的參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)1 R.Andrew Russell，Comparing search algorithms for robotic underground chemical source location，Auton Robot，2015，57-582 Stockie， J. M. (2011). The mathemat