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基于扩展集员估计的气体源定位方法

重庆大学学报（自然科学版） 2020年第5期43卷 104-113页

作者：陆轶石华云重庆市公安局两江新区分局科技信息化科重庆401122 上海航天控制技术研究所上海201109

提出一种基于扩展集员滤波框架的室内气体源分布式定位方法。相对于基于随机模型的统计估计方法(扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波),此方法只需要知道未知噪声的边界,不考虑噪声的随机性。利用静态湍流模型迭代计算定位误差边界,将位置... 详细信息

提出一种基于扩展集员滤波框架的室内气体源分布式定位方法。相对于基于随机模型的统计估计方法(扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波),此方法只需要知道未知噪声的边界,不考虑噪声的随机性。利用静态湍流模型迭代计算定位误差边界,将位置状态真实值有效地包含在估计范围内,从而能达到的定位可信度。同时引入最小二乘法进行初步定位,以克服扩展集员滤波的初始点选取问题。最后通过基于无线电子鼻的室内定位仿真实验,证明算法的可行性和有效性。

关键词：扩展集员估计静态湍流模型最小二乘法气体源定位

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三维空间的自适应气体源定位方法

计算机工程与设计 2020年第11期41卷 3241-3248页

作者：崔益豪王巍王彤朱天宇田立勤河北工程大学信息与电气工程学院河北邯郸056038 河北工程大学河北省安防信息感知与处理重点实验室河北邯郸056038 江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 华北科技学院河北省物联网数据采集与处理工程技术研究中心河北廊坊065201

现有气体源定位方法大多在在二维平面上开展研究,与气体扩散的三维特性不符,且无法兼具烟羽发现、烟羽跟踪以及气体源确认功能,为此提出一种三维空间的自适应气体源定位方法。利用改进烟花算法协调多无人机进行气体源定位,烟花爆炸产生... 详细信息

现有气体源定位方法大多在在二维平面上开展研究,与气体扩散的三维特性不符,且无法兼具烟羽发现、烟羽跟踪以及气体源确认功能,为此提出一种三维空间的自适应气体源定位方法。利用改进烟花算法协调多无人机进行气体源定位,烟花爆炸产生火花的过程即对目标空间的搜索过程,改进烟花算法特殊的爆炸机制和选择策略使该方法可以自适应地进行烟羽发现、烟羽跟踪以及气体源确认,完成气体源的定位任务。采用高斯烟羽模型进行仿真验证,实验结果表明了所提方法能够在三维空间环境下快速准确地定位到气体源。

关键词：气体源定位无人机三维自适应烟花算法

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基于改进烟花优化算法的三维空间气体源定位

中国安全生产科学技术 2024年第3期20卷 69-76页

作者：冯崧曾祥进黄瑜豪武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 湖北三峡实验室湖北宜昌445804 武汉工程大学荆门化工新材料产业技术研究院湖北荆门448000

为探究三维空间中气体源定位及其源强反算问题,提出1种改进烟花爆炸算法(GWOFA)。将定位过程分为全局定位过程和局部定位过程。全局定位过程即结合灰狼优化算法和莱维飞行在三维空间中的全局搜索过程;局部定位过程是在全局定位的结果上... 详细信息

为探究三维空间中气体源定位及其源强反算问题,提出1种改进烟花爆炸算法(GWOFA)。将定位过程分为全局定位过程和局部定位过程。全局定位过程即结合灰狼优化算法和莱维飞行在三维空间中的全局搜索过程;局部定位过程是在全局定位的结果上的进一步开发过程,其通过引入边界条件的爆炸半径选取方式和选择策略更加高效地改进烟花优化算法实现。研究结果表明:本文算法相比于支持向量机回归模型(LinearSVR)、GWO算法和粒子群算法具有更高精确度,相比于GWO算法和粒子群算法具有更高稳定性和更低随机性;在气体源定位问题上,本文算法整体表现优于LinearSVR、GWO算法和粒子群算法。研究结果可为解决三维空间中气体源定位问题和相关参数估计问题提供新的思路方法。

关键词：气体源定位烟花爆炸算法莱维飞行灰狼优化算法

基于改进加权质心和遗传算法的气体源定位研究

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现代电子技术 2019年第20期42卷 84-89页

作者：郑艳华何永玲广州大学物理与电子工程学院广东广州510006 广东药科大学医药信息工程学院广东广州510006

为了提高室内危险气体泄漏点的定位精度,通过对现有气体扩散模型的研究,给出一种无风无边界连续泄漏点源浓度的扩散模型。首先应用改进加权质心定位算法通过第一次粗定位和第二次的精细定位获得定位结果。另外,利用遗传算法对室内气体... 详细信息

为了提高室内危险气体泄漏点的定位精度,通过对现有气体扩散模型的研究,给出一种无风无边界连续泄漏点源浓度的扩散模型。首先应用改进加权质心定位算法通过第一次粗定位和第二次的精细定位获得定位结果。另外,利用遗传算法对室内气体泄漏源进行全局最优的精细定位,通过Matlab仿真实验进行定位误差分析,得到采用改进加权质心定位算法和遗传算法的定位相对误差分别低于5%和3.5%。最后搭建了测试系统用乙醇气体源进行泄漏点定位实验,验证了两种定位算法的准确性。

关键词：气体源定位气体泄漏加权质心定位遗传算法误差分析定位验证

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群智能算法在气体源定位中的应用综述

计算机工程与应用 2019年第18期55卷 21-33页

作者：王巍崔益豪王彤朱天宇田立勤河北工程大学信息与电气工程学院河北邯郸056038 河北省安防信息感知与处理重点实验室河北邯郸056038 江南大学物联网工程学院江苏无锡214122 华北科技学院河北省物联网数据采集与处理工程技术研究中心河北廊坊065201

近几年频繁发生的气体泄漏事件使得气体源定位成为了公共安全领域亟待解决的问题。气体源定位问题本质上可以转化为最优化问题,群智能算法作为一种高效的优化算法,为其提供了一个全新的解决方案。介绍了气体源定位问题的研究背景和研究... 详细信息

近几年频繁发生的气体泄漏事件使得气体源定位成为了公共安全领域亟待解决的问题。气体源定位问题本质上可以转化为最优化问题,群智能算法作为一种高效的优化算法,为其提供了一个全新的解决方案。介绍了气体源定位问题的研究背景和研究现状;根据群智能算法在气体源定位中应用的研究思路和研究内容对具有代表性研究成果进行了分类综述和对比分析;对目前基于群智能算法的气体源定位研究中存在的问题和未来发展趋势进行了分析和展望,对气体源定位问题的进一步研究提供一定的参考作用。

关键词：气体源定位群智能算法蚁群算法粒子群算法

基于改进GA-PSO算法的三维WSN气体源定位研究

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实验室研究与探索 2022年第12期41卷 138-143页

作者：黄浪尘许诺张诚湖南工业大学电气与信息工程学院湖南株洲412007

在三维空间针对不同风场下采用无线传感器网络(WSN)定位泄漏气体源问题,提出一种基于风场特征与bounding-box方法的改进遗传-粒子群(GA-PSO)算法。利用bounding-box方法对粒子群搜索空间进行优化处理,减少GA-PSO算法随机搜索产生的无效... 详细信息

在三维空间针对不同风场下采用无线传感器网络(WSN)定位泄漏气体源问题,提出一种基于风场特征与bounding-box方法的改进遗传-粒子群(GA-PSO)算法。利用bounding-box方法对粒子群搜索空间进行优化处理,减少GA-PSO算法随机搜索产生的无效运算;根据气体湍流扩散模型模拟不同风场特征下气体浓度分布,提出风速修正权重,提高GA-PSO算法搜索目的性。在不同三维风场下将改进GA-PSO算法与多种气体源定位算法进行对比,仿真结果表明,改进GA-PSO算法得到的定位点在无风条件下的平均相对误差为2.66%,有风条件下的平均相对误差为2.84%,定位准确度普遍优于常规算法。

关键词：无线传感器网络改进GA-PSO算法气体源定位三维风场特征气体湍流扩散模型

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基于加权质心算法的气体源定位系统

现代电子技术 2018年第11期41卷 73-76页

作者：郑艳华潘新平林荣列王婉芝陆奕海黄清辉陈锐贤广州大学物理与电子工程学院广东广州510006

为了快速准确地确定气体泄漏源的位置,提出基于加权质心算法的气体源定位法。采用气敏传感器对目标区域的气体浓度进行检测,并通过无线传感器网络把收集的数据反馈给协调器,协调器把打包好的数据传递给主处理器,处理器依靠测量的结果计... 详细信息

为了快速准确地确定气体泄漏源的位置,提出基于加权质心算法的气体源定位法。采用气敏传感器对目标区域的气体浓度进行检测,并通过无线传感器网络把收集的数据反馈给协调器,协调器把打包好的数据传递给主处理器,处理器依靠测量的结果计算出气体源位置,并可视化显示。以乙醇蒸汽为实验目标气体,平均定位相对误差小于5.9%,验证了该方法的准确性。

关键词：气敏传感器加权质心算法 STM32处理器 ZigBee无线传感器网络气体源定位相对误差

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基于改进粒子群优化算法的气体源定位研究

传感器与微系统 2023年第7期42卷 36-39页

作者：周围孟凡钦汪芮鞠国铭张旭河北工业大学机械工程学院天津300130 天津职业技术师范大学机械工程学院天津300222

为了提高粒子群优化(PSO)算法在气体泄漏源中的定位精度,针对标准PSO算法中存在的收敛早熟等问题,提出了一种惯性权重非线性递减和异步变化的学习因子相结合的改进PSO(IPSO)算法。该方法能够提高算法的性能,并加快粒子的收敛速度,引入... 详细信息

为了提高粒子群优化(PSO)算法在气体泄漏源中的定位精度,针对标准PSO算法中存在的收敛早熟等问题,提出了一种惯性权重非线性递减和异步变化的学习因子相结合的改进PSO(IPSO)算法。该方法能够提高算法的性能,并加快粒子的收敛速度,引入二阶振荡环节来增加种群的多样性。通过函数优化实验与其他PSO算法对比,进行有效性分析和误差分析,由气体扩散模型仿真实验得出:定位结果误差值在1%范围内,表明IPSO算法不仅能够优化粒子学习能力,还能够有效提高算法的收敛精度和稳定性。

关键词：气体源定位改进粒子群优化算法气体扩散模型惯性权重二阶振荡

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基于扩展集员滤波的室内气体源定位方法

基于扩展集员滤波的室内气体源定位方法

作者：石华云重庆大学

学位级别：硕士

随着工业的不断发展,气体在工业各个领域的应用变得越来越多,已经成为工业生产中不可代替的材料之一。然而,有毒有害气体泄漏造成的危害严重影响人民的生命和生活环境。本文以室内气体扩散为背景,针对室内气体发生泄漏后的定位问题,采... 详细信息

随着工业的不断发展,气体在工业各个领域的应用变得越来越多,已经成为工业生产中不可代替的材料之一。然而,有毒有害气体泄漏造成的危害严重影响人民的生命和生活环境。本文以室内气体扩散为背景,针对室内气体发生泄漏后的定位问题,采用集员滤波算法对其展开研究,最终得出气体源的可行区域,以弥补目前使用传统的点估计算法在气体源定位方面的不足。本文的主要工作有以下几个方面:(1)首先讨论了气体源定位问题的研究目的和意义,介绍基于点估计的随机状态估计和基于集合的集员滤波之间的区别,阐述集员滤波算法的优势,给出选用椭球作为可行集的原因,并简单介绍了基于椭球的集员滤波算法的几种常用算法。(2)简要介绍并比较了常用的气体扩散模型,给出选用气体湍流扩散模型的依据,并把扩展集员滤波算法引入到气体源定位领域。由于集员滤波算法不仅需要初始位置,而且需要知道初始椭球的大小,因此将非线性最小二乘法引入到气体源预定位中,提出基于非线性最小二乘法的计算初始椭球的方式,加快集合的收敛速度,并保证真实气体源包含在定位集合中,从而提高定位的可信度,同时与自定义初始椭球相比较。(3)气体扩散过程容易受风场的影响,风场的信息对气体源定位至关重要,而现实情况下对风度和风向的测量往往不精确,由此考虑无风度风向测量的气体源定位算法。一般来说,风度和风向均可看成固定量和湍流引起的随机量之和,基于此建立无风度测量的气体扩散模型、无风向测量的气体扩散模型和无风度风向测量的气体源扩散模型,并采用扩展集员滤波算法对气体泄漏源定位。(4)由于气体一般储存在有限空间,因此气体在泄漏过程中肯定会受到障碍物的阻挡,此时传感器检测到的浓度就是气体源直接扩散到传感器点和障碍物反弹到传感器点的浓度之和。通过镜像气体泄漏源,引入损耗系数,分别建立单边靠墙和双边靠墙的气体扩散模型。但由于损耗系数的取值有一定的随机性,因此将损耗系数看成状态变量,从而提高模型的鲁棒性,并在Matlab下仿真分析。

关键词：气体源定位气体扩散模型集员滤波算法有限空间