[发明专利]一种基于焦虑度-拍卖的多无人机协同污染源定位方法

说明书

本发明创新性地提出一种基于焦虑度‑拍卖算法的多无人机协同污染源定位方法。传统拍卖算法主要用于多无人机动态任务分配和协同中最佳无人机选择的决策问题，很少有文献对参与拍卖的时机是否恰当这一问题进行讨论，导致在多无人机协作过程中无益的拍卖行为增多，从而导致搜索效率降低。而该方法将心理学中焦虑度的概念引入传统拍卖算法中，使无人机能根据自身的情绪量合理的选择拍卖时机，避免资源的浪费，提高了溯源效率。并通过在Matlab和Fluent软件中搭建的稳态环境和紊流环境污染物浓度场下分别进行传统拍卖算法与焦虑度‑拍卖算法的仿真试验，实验结果表明焦虑度‑拍卖算法具有收敛速度快、不易陷入局部最优等优点。

技术领域

本发明涉及一种多无人机协同污染物溯源方法，属于多旋翼无人机与大气环境监测领域。

背景技术

随着工业化的快速发展，空气污染问题也日益严峻，各大工厂废气的排放以及燃烧秸秆产生的污染气体严重影响了空气质量，不少的城市已经出现严重的大气污染问题，空气污染治理迫在眉睫。而在大气污染事故发生后，环境保护部门常常由于不能明确引起大气污染事故的污染源，而不能快速制定应急管理方案，有效的控制事故的发展。当发生大气污染事件时，如果不能及时的定位到污染源，快速的制定应急管理管理方案，防止污染事故进一步的恶化，对生态环境、人民健康及社会安定造成严重的影响。因此，研究和应用追踪定位大气污染源技术就显得异常急迫，并需要通过信息技术处理大气污染源监测信息。

多无人机协作是目前国内外无人机及人工智能领域的一个研究热点。拍卖算法是已有多无人机协作方法中研究的较为深入、应用的较为普遍的一种方法。传统拍卖算法主要用于多无人机动态任务分配和协同中最佳无人机选择的决策问题，很少有文献对参与拍卖的时机是否恰当这一问题进行讨论，导致在多无人机协作过程中无益的拍卖行为增多，从而导致搜索效率降低。针对传统拍卖算法中存在的不足，本发明将焦虑这一心理学概念引入多无人机溯源任务的协作策略当中，提出了基于焦虑度-拍卖的多无人机协同污染源定位算法。无人机在响应队友的拍卖邀请之前，首先对包括自身和环境的情况进行判断，形成一定的情绪量；然后用基于对客观现实判断产生的主观反应来决定自身是否成为投标无人机，从而使无人机“理性”的选择合适的拍卖时机，可将没有必要的投标行为在开始前就取消，从而避免了资源的浪费，提高溯源效率。

发明内容

本发明的目的是为了弥补现有污染源定位技术的不足，创新性地提出一种基于焦虑度-拍卖算法的多无人机协同污染源定位的方法。该方法将心理学中焦虑度的概念引入传统拍卖算法中，使无人机能根据自身的情绪量合理的选择拍卖时机，避免资源的浪费，从而可以快速和高效地定位污染源。

一种基于焦虑度-拍卖算法的多无人机协同污染源定位方法，包括以下步骤：

Step1：用人工嗅觉法设定疑似污染源泄露区域；

Step2：根据无人机数量N，将疑似污染源泄露区域划分为多个子区域，每个子区域内放置一架无人机构成一个微粒搜索，整个区域的所有无人机构成微粒群通过信息交互进行污染源定位；

Step3：每架无人机通过贪婪策略快速发现烟羽；

Step4：判断无人机是否发现烟羽，如发现烟羽，执行Step5，否则转至Step3；

Step5：采用焦虑度-拍卖算法搜索气体污染源；

Step6：更新各无人机位置；

Step7：判断气体污染源是否定位成功，若成功，执行Step8，否则转至Step5；

Step8：输出气体污染源位置。

所述Step3中采用贪婪搜索策略快速发现烟羽，当气体泄漏后，各无人机从划分的多个子区域同时出发，采用爬山算法的思想快速发现烟羽。

所述Step5中提出焦虑度-拍卖算法，包括以下步骤：