發(fā)布時(shí)間：2021-04-01 06:44

　　近年來,城市建筑越來越高,占地面積越來越廣,高層火災(zāi)時(shí)常發(fā)生。消防員所配備裝備的提升速度更是跟不上建筑高度增長(zhǎng)的速度,高層火災(zāi)救援愈發(fā)困難。火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)是一個(gè)十分復(fù)雜且危險(xiǎn)性未知的環(huán)境,人們一旦沒有第一時(shí)間逃出火場(chǎng),火場(chǎng)里迅速降低的能見度,以及高溫、濃煙都將成為被困者逃出去的攔路石。同時(shí)被困者在極度緊張的心理情況下,很容易就放棄逃生。所以如何在復(fù)雜火災(zāi)場(chǎng)景下快速到達(dá)被困者位置并將其安全帶出火場(chǎng)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文對(duì)機(jī)器人在火災(zāi)環(huán)境下路徑規(guī)劃的關(guān)鍵問題進(jìn)行了研究。為了將機(jī)器人周圍環(huán)境的相關(guān)地圖信息轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理以及識(shí)別的抽象空間,分析了環(huán)境模型構(gòu)建的方式,利用柵格法構(gòu)建環(huán)境空間模型�？紤]到加快路徑的搜索,快速準(zhǔn)確定位到被困者的位置,引入建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）輔助機(jī)器人進(jìn)行建圖,結(jié)合BIM中的建筑物材料信息,預(yù)測(cè)高溫下可能發(fā)生垮塌的部位,將此部位提前設(shè)定成障礙物。使得火災(zāi)救援機(jī)器人進(jìn)入火場(chǎng)前可以先獲得建筑物室內(nèi)的全局地圖。路徑尋優(yōu)算法的選擇是路徑規(guī)劃當(dāng)中十分重要的一環(huán)。本文討論了目前較為成熟的路徑規(guī)劃算法,同時(shí)探討了蟻群算法的... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

國(guó)外救

4(a)室內(nèi)救援機(jī)器人(b)廢墟表面救援機(jī)器人圖1-2國(guó)內(nèi)救援機(jī)器人1.2.2國(guó)內(nèi)外路徑規(guī)劃研究現(xiàn)狀路徑規(guī)劃是在指定的區(qū)域內(nèi)，規(guī)劃出一條從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的最優(yōu)路徑。根據(jù)對(duì)所處環(huán)境的了解情況，機(jī)器人路徑規(guī)劃又分為兩種[8]。環(huán)境空間之前就已經(jīng)知曉，接下來利用路徑規(guī)劃算法求解即可完成路徑規(guī)劃稱為全局路徑規(guī)劃。事先知曉一部分環(huán)境空間信息或者對(duì)環(huán)境空間信息完全不知曉，在求解的過程中借助機(jī)器人身上的傳感器系統(tǒng)不斷更新局部環(huán)境信息，將起始點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)分為多段路徑來完成路徑規(guī)劃稱為局部路徑規(guī)劃。荷蘭科學(xué)家狄克斯特拉提出了迪杰斯特拉算法（Dijkstra），解決的是有權(quán)圖中的尋找最優(yōu)路徑的問題。它的主要特點(diǎn)是以起點(diǎn)為圓心向外擴(kuò)散，直到擴(kuò)散到目標(biāo)點(diǎn)；P.E.Hart提出了A*算法，這是一種在靜態(tài)路網(wǎng)中尋找最優(yōu)路徑效率最高的啟發(fā)式算法；Marco.Dorgo提出了蟻群算法，蟻群算法的誕生源自螞蟻這種昆蟲找尋食物的過程中，不斷尋找食物與洞穴之間距離最短的路徑的行為；M.Mansouri等[9]在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，利用整數(shù)遺傳算法降低了遺傳算法的計(jì)算復(fù)雜度，在求解問題復(fù)雜的情況下都能得到最佳的結(jié)果；Michael.Arndt[10]等將機(jī)器人與智能情景相結(jié)合，這樣移動(dòng)機(jī)器人根據(jù)智能環(huán)境的現(xiàn)狀，選擇合適的路徑；Khaled.Akka[11]采用新的蟻群算法信息素更新方式，使算法收斂更加迅速；MiladNazarahari[12]等將人工勢(shì)場(chǎng)法與遺傳算法相結(jié)合，首先使用人工勢(shì)場(chǎng)法找到起始點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)間的較優(yōu)路徑，然后再利用遺傳算法對(duì)可行路徑從路徑長(zhǎng)短、平滑程度等進(jìn)行優(yōu)化；NianyinZeng[13]等提出了一種基于非齊次馬爾可夫鏈和差分進(jìn)化的粒子群優(yōu)化算法，將智能機(jī)器人的路徑分解為xy平面和z軸上的高度信息，然后，環(huán)境建模方面采用網(wǎng)格方法，可以解決局部搜索和全局搜索?

9mod(1,)0.5(1)int()0.5xyixiNiiyN（2-1）其中Nx是每一行的網(wǎng)格數(shù)，Ny是每一列的網(wǎng)格數(shù)，mod是余數(shù)運(yùn)算，int是整數(shù)運(yùn)算。2.1.2環(huán)境信息表示方法針對(duì)機(jī)器人位于的環(huán)境，可以抽象成為數(shù)組矩陣表示。如式2-2所示。G(i,j)=0表示此柵格區(qū)域可以通過，當(dāng)G(i,j)=1表示此柵格為障礙物，機(jī)器人不可通過。根據(jù)圖2-1生成的柵格矩陣如下：00110000000000100000011000111000001000100100011110=01110000000111011000010000000001000010000111000000G（2-2）矩陣形式是用于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和計(jì)算，柵格形式用于展示。用MATLAB實(shí)現(xiàn)兩種形式的轉(zhuǎn)換。生成的柵格地圖如圖2-1所示：圖2-1環(huán)境模型柵格圖2.1.3柵格間距離計(jì)算方法為了方便得到所求問題的解，用計(jì)算機(jī)識(shí)別的矩陣表示柵格間的距離[33]。


本文編號(hào)：3112868