[发明专利]煤矿救援机器人环境信息自衍生小波数据压缩及重构方法

摘要

本发明公开了一种煤矿救援机器人环境信息自衍生小波数据压缩及重构方法，包括步骤：一、获取井下煤矿救援机器人当前位置的环境信息序列；二、确定环境信息序列的自衍生等级；三、判断自衍生等级是否超过衍生等级阈值；四、环境信息序列的数据压缩；五、编码压缩数据包的传输；六、环境信息序列的数据重构；七、井下环境信息序列的连续显示。本发明通过通信设备实时采集信号强度，自衍生小波分解等级，提升信息传输的弹性，通过多尺度正交变换实现编码预处理，提升霍夫曼编码效率，极大提高了采集数据信息压缩适应网络环境的能力。

主权项

煤矿救援机器人环境信息自衍生小波数据压缩及重构方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、获取煤矿救援机器人当前位置的环境信息序列：采用煤矿救援机器人获取煤矿救援机器人当前位置的环境信息序列f(x)；所述煤矿救援机器人上安装有用于采集巷道环境序列的环境探测器(1)、用于探测巷道障碍物的激光探测仪(2)和与上位机(5)通信并用于采集通信信号强度的无线通信设备(4)，环境探测器(1)的信号输出端和激光探测仪(2)的信号输出端均与煤矿救援机器人中央处理器(3)的输入端连接，煤矿救援机器人中央处理器(3)的输出端接有用于控制所述煤矿救援机器人前进或后退的行走机构(6)，环境探测器(1)和激光探测仪(2)获取的数据为煤矿救援机器人当前位置的环境信息序列f(x)，其中，为环境信息序列f(x)中第k个环境信息函数，aJ,k为第k个环境信息函数的系数，k为环境信息函数的编号；步骤二、确定环境信息序列的自衍生等级：根据公式确定环境信息序列的自衍生等级γ，其中，Eγ为无线通信设备(4)实时采集的通信衰减信号强度，E为无线通信设备(4)固有的通信信号强度，η为通信信号强度衰减比；步骤三、判断自衍生等级是否超过衍生等级阈值：设定衍生等级阈值Th，当γ≥Th时，说明无线通信设备(4)无法与上位机(5)正常通信，无线通信网络不可用，煤矿救援机器人中央处理器(3)将通信信号强度损失严重的地方进行网络修复；当γ<Th时，执行步骤四；步骤四、环境信息序列的数据压缩，过程如下：步骤401、确定环境信息序列的小波分解级数J：根据公式J＝γ<Th，确定小波分解级数J；步骤402、环境信息序列的多尺度小波包分解：令环境信息序列煤矿救援机器人中央处理器(3)对环境信息序列f(x)进行多尺度小波包分解，得到其中，n取2l或2l+1，且l为非负整数，为小波分解级数为J的尺度空间且⊕为正交运算符，为低频序列正交空间，为的正交补空间，低频序列正交空间中的全部元素与正交补空间中的任意元素均正交，为第J级小波包分解的第s个子频带的第n个变换系数，n＝2J，ψn为小波基函数，小波基函数ψn的两尺度变换式为hs为小波基函数ψn与一个两尺度正交变换函数ψ2l(x)的低通滤波器，gs为小波基函数ψn与另一个两尺度正交变换函数ψ2l+1(x)的高通滤波器且gs＝(‑1)sh1‑s；步骤403、环境信息序列的多尺度正交小波包变换并获取低频序列系数矩阵和高频序列系数矩阵：首先，煤矿救援机器人中央处理器(3)将进行多尺度正交小波包变换，得到其中，m为子频带平移编号，为第J‑1级正交小波包变换的第m个子频带的第2l个变换系数且为第J‑1级正交小波包变换的第m个子频带的第2l+1个变换系数且<·,·>表示内积运算，*表示卷积运算，ds为s个子频带构成的系数细节序列集合，H2l为当前级小波基函数与下一级小波基函数的低通滤波器，G2l+1为当前级小波基函数与下一级小波基函数的高通滤波器；然后，获取低频序列系数矩阵d2l和高频序列系数矩阵d2l+1，其中，低频序列系数矩阵d2l包括每一级正交小波包变换中所有子频带的低频序列系数，即dJ,2l为第J级正交小波包变换中所有子频带的低频序列系数的集合，高频序列系数矩阵d2l+1包括每一级正交小波包变换中所有子频带的高频序列系数，即dJ,2l+1为第J级正交小波包变换中所有子频带的高频序列系数的集合；步骤404、低频序列系数矩阵d2l和高频序列系数矩阵d2l+1的编码：煤矿救援机器人中央处理器(3)采用霍夫曼编码的方法对低频序列系数矩阵d2l和高频序列系数矩阵d2l+1进行编码压缩，得到编码压缩数据包；步骤五、编码压缩数据包的传输：采用无线通信设备(4)将所述编码压缩数据包通过信道传输至上位机(5)；步骤六、环境信息序列的数据重构，过程如下：步骤601、霍夫曼解码：上位机(5)将接收的所述编码压缩数据包送入霍夫曼解码器，进行数据展开，得到解码数据流，所述解码数据流包括解码低频序列系数矩阵和解码高频序列系数矩阵步骤602、重构级数的匹配：上位机(5)识别解码低频序列系数矩阵d'2l和解码高频序列系数矩阵d'2l+1中的解码系数细节序列数量J'，J'即匹配重构级数且匹配重构级数J'等于小波分解级数J；步骤603、解码数据流的小波包重构：首先，根据公式计算第J'级的第s个子频带的第n个变换系数然后，根据公式重构环境信息序列，获取环境信息重构序列f(x)'；步骤七、环境信息序列的连续显示：上位机(5)对获取环境信息重构序列f(x)'进行显示，煤矿救援机器人中央处理器(3)驱动行走机构(6)前进或后退，所述煤矿救援机器人获取当前位置的环境信息序列，重复步骤一至步骤六，实现煤矿救援机器人环境信息自衍生小波数据压缩及重构，上位机(5)连续显示煤矿救援机器人各当前位置的环境信息序列。