發(fā)布時(shí)間：2020-04-28 04:21

【摘要】：礦井災(zāi)害事故發(fā)生后,巷道環(huán)境具有危險(xiǎn)性大、工作環(huán)境惡劣、有毒有害氣體濃度高以及二次災(zāi)害事件難以預(yù)測(cè)等特點(diǎn)。如果派救援人員直接進(jìn)入事故現(xiàn)場(chǎng),很難保障救援人員的安全,這給井下搜救工作帶來了很大的困難。采用無人機(jī)進(jìn)入礦井進(jìn)行環(huán)境搜索不僅可以探測(cè)災(zāi)后礦井的環(huán)境信息,還可以定位被困或受傷礦工的具體位置。由于單個(gè)無人機(jī)井下探測(cè)的距離和范圍有限,容易遺漏搜索空間,產(chǎn)生環(huán)境偵測(cè)的盲區(qū)。同時(shí),單無人機(jī)搜索礦井環(huán)境耗費(fèi)時(shí)間長,其靈活性、魯棒性和功能擴(kuò)展性都不高,導(dǎo)致搜索效率低。采用多無人機(jī)協(xié)同搜索可以很好地克服單無人機(jī)的上述缺陷,能夠更加準(zhǔn)確、完整、快速地獲取環(huán)境信息,為緊急安全救災(zāi)提供保障。本文在研究礦井無人機(jī)飛行軌跡定位技術(shù)的基礎(chǔ)上,研究了多無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同搜索礦井環(huán)境的方法,為無人機(jī)運(yùn)用于煤礦領(lǐng)域協(xié)助搜救工作奠定一定的理論基礎(chǔ)。本文以礦井環(huán)境為研究背景。首先,建立了基于MEMS加速度傳感器和陀螺儀的無人機(jī)飛行軌跡定位模型,并分析了定位模型的主要誤差來源。通過使用卡爾曼濾波、速度位移重建等方法分別對(duì)相應(yīng)的誤差進(jìn)行處理,并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的可行性,最終得到更加準(zhǔn)確的定位信息。其次,本文對(duì)多無人機(jī)協(xié)同搜索礦井災(zāi)變環(huán)境的方法進(jìn)行了研究。為避免在搜索過程中出現(xiàn)零散的未知區(qū)域而導(dǎo)致搜索后期出現(xiàn)重復(fù)覆蓋現(xiàn)象,在基本邊界搜索算法的基礎(chǔ)上增加對(duì)無人機(jī)導(dǎo)航角度因素的考慮。同時(shí),引入分散度評(píng)價(jià)機(jī)制對(duì)基本邊界搜索算法加以改進(jìn),以減少無人機(jī)之間的擁擠,并最終構(gòu)建出多無人機(jī)系統(tǒng)協(xié)同搜索的目標(biāo)函數(shù)。最后,采用蟻群算法對(duì)多無人機(jī)協(xié)同搜索方法進(jìn)行了目標(biāo)優(yōu)化,并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)算法的合理性與高效性:使用改進(jìn)后的搜索算法,多無人機(jī)系統(tǒng)的搜索效率得到明顯提高,無人機(jī)之間對(duì)礦井環(huán)境的重復(fù)搜索和飛行時(shí)出現(xiàn)的沖突現(xiàn)象得到有效規(guī)避。
【圖文】：

(c) 煤礦透水 (d) 礦井坍塌圖 1-1 礦井災(zāi)變事故Figure 1-1 The mine disaster accidents當(dāng)發(fā)生煤礦事故后，被困井下人員的生命安全受到了很大的威脅，應(yīng)當(dāng)及時(shí)迅速地開展救援工作。而我國煤礦行業(yè)煤層地質(zhì)條件差、機(jī)械化程度低以及高瓦斯礦井分布較多，導(dǎo)致我國礦井搜救的水平相比發(fā)達(dá)國家還存在較大的差距[10]。礦井事故發(fā)生后實(shí)施救援的最佳時(shí)機(jī)是 48 小時(shí)，傳統(tǒng)的搜救方式是派人到事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行救援。這種方式需要大量的人力且效率低下，容易錯(cuò)過救援的黃金時(shí)間而使遇難人員無法生還。此外，礦井事故發(fā)生后巷道環(huán)境具有危險(xiǎn)性大、工作環(huán)境惡劣、有毒有害氣體濃度高以及二次災(zāi)害事件難以預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，很難保障救援人員的安全，這也給井下搜救工作帶來了很大的困難。1.1.2 研究意義目前的研究一般采用礦井救援機(jī)器人獲得事故現(xiàn)場(chǎng)的被困礦工的位置、瓦斯?jié)舛群陀卸居泻怏w含量等信息，并將其及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)送給救援指揮中心。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD67

【參考文獻(xiàn)】

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2 周之平;華路;;復(fù)雜環(huán)境路徑規(guī)劃的改進(jìn)蟻群算法[J];計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì);2011年05期

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本文編號(hào)：2643057