[发明专利]用于三维环境中气味源方向指示的检测方法

摘要

本发明涉及一种用于三维环境中气味源方向指示的检测方法，该方法将气味传感器安装于正多面体的顶点上，使传感器均匀的分布于一个球面上。求解一个气味包的来源方向的步骤如下：]检测气味包；监测传感器输出的浓度值，高于设定的阈值则认为该传感器检测到了气味包，作为第一传感器，在第二传感器、第三传感器检测到气味包后，记录下检测到气味包的时间差；判断是否满足同包条件；根据检测到气味包时间差来计算气味包的三维来源方向；规定球面上一点指向球心的矢量作为气味包的来源方向，计算气味包的来源方向，需要计算方向矢量对应于球面上的一点，称为目标点，求解出目标点的坐标。本发明具有精度高、不需要知道风信息等特点。

主权项

1.一种用于三维环境中气味源方向指示的检测方法，该方法将气味传感器安装于正多面体的顶点上，使传感器均匀的分布于一个球面上，求解一个气味包的来源方向的步骤如下：[1]检测气味包；监测传感器输出的浓度值，高于设定的阈值则认为该传感器检测到了气味包，作为第一传感器，之后，会有第二传感器、第三传感器检测到气味包，记录下检测到气味包的时间差；[2]判断是否满足“同包条件”：①三个传感器先后检测到气味包的时间间隔小于预设的时间间隔，此预设的时间间隔根据实验数据分析得出；②三个传感器检测到的气味浓度，后一个要小于前一个；当同时满足上述两个“同包条件”时，认为此次检测有效，否则，舍弃掉此次检测到的数据并不再对这三个传感器进行关注，重新开始气味包监测；[3]根据检测到气味包时间差来计算气味包的三维来源方向；规定球面上一点指向球心的矢量作为气味包的来源方向，计算气味包的来源方向，需要计算方向矢量对应于球面上的一点，称为目标点，方法如下：首先，设目标点在球系下的坐标为(x0,y0,z0)，气味扩散速度为v，选定检测到气味的三个传感器中的任意两个为一组，根据这两个传感器在目标点与球心连线方向上的位置差，以及记录下来检测到气味的时间差建立关系等式，求解出目标点的坐标，得到气味包的来源方向，设三个传感器的坐标为(a1,b1,c1),(a2,b2,c2),(a3,b3,c3)，气味扩散的速度为v，方法如下：选择三个传感器中的任意两个作为第一传感器和第二传感器，根据这两个传感器在目标点与球心连线方向上的距离差，和两传感器检测到气味的时间差来建立关系，设目标点坐标为(x0,y0,z0)，α为目标点与第一传感器连线方向与气味包来源方向夹角的余角，β为目标点与第二传感器连线方向与气味包来源方向夹角的余角，由于两传感器的三维坐标已知，则两个角α,β可用求解两向量夹角的方法求解出来，是带有未知数x0,y0,z0的表示。因此可建立如下关系即两传感器在气味包来源方向上投影的距离差＝速度×时间差：由于一共有x0,y0,z0,v四个未知量，因此需要四个方程来求解，又因为目标点在球面上满足球面方程，因此只需要3个时间差来建立另外三个方程来求解，所以最少需要3个传感器来检测到同一气味包就可以计算气味包三维的来源方向，总的方程如下所示：上述方程中有三组α,β，是因为三个传感器两两一组共有三组，最终得到三个关系方程，t₁,t₂,t₃分别为三个传感器检测到气味的时间，根据上述方程可以求得目标点坐标，即气味包的来源方向，以及气味包的扩散速度，将检测到气味包的三个传感器的值求平均，作为此气味包的气味浓度值；[4]为捕捉下一个气味包，需要取消对当前第一传感器、第二传感器和第三传感器的关注，判断当前气味包是否满足“消失条件”：①第一传感器的气味浓度下降；②第一传感器的检测值经过多个检测周期依然不变；只要满足上面条件中的任意一个，则认为该气味包已经消失，取消对这三个传感器的关注，重新开始新的气味包监测。