隨著工業(yè)化的快速發(fā)展,空氣污染問題日益嚴峻。大氣污染事故發(fā)生時,環(huán)境部門如果不能迅速定位污染源的位置,進一步控制污染事故的擴散,將會對生態(tài)環(huán)境和人民健康造成嚴重的危害。我國在大氣污染源定位領域的研究已取得一定成果,主要是以固定監(jiān)測站的實時監(jiān)測與移動機器人主動嗅覺技術為主。無人機具有較高的機動性和快速響應能力,在空中進行污染物的跟蹤與定位具有獨特的優(yōu)越性。本文以四旋翼無人機作為移動監(jiān)測平臺,在總結(jié)與借鑒移動機器人主動嗅覺技術的基礎上具體展開以下幾個方面的研究工作:(1)大氣污染源定位的背景濃度場設計。分析了常用的污染物擴散模型,利用Matlab和Fluent軟件構(gòu)建了高斯穩(wěn)態(tài)光滑濃度場和復雜紊流條件下的不連續(xù)濃度場用于測試大氣污染源定位算法。(2)大氣污染源定位算法的研究。對Z字形算法進了改進并結(jié)合大氣污染物濃度的空間變化,提出了變步長Z字形-濃度梯度大氣污染源定位算法,并通過仿真與分析驗證了該算法的優(yōu)越性。(3)基于無人機的大氣污染源定位系統(tǒng)的設計。搭建了四旋翼無人機的移動搭載平臺,構(gòu)建了氣體監(jiān)測模塊和避障模塊,并完成了大氣污染源定位系統(tǒng)軟件的設計。(4)基于無人機的大氣污染源定位實驗...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和研究意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容
    1.4 論文結(jié)構(gòu)安排
2 基于無人機的大氣污染源定位算法的研究
    2.1 大氣污染源定位的背景濃度場設計
        2.1.1 常用的大氣污染物擴散模型
        2.1.2 基于高斯模型的穩(wěn)態(tài)光滑污染物濃度場
        2.1.3 復雜紊流條件下的不連續(xù)污染物濃度場
    2.2 基于無人機的大氣污染源定位算法
        2.2.1 無人機主動嗅覺大氣污染源定位策略
        2.2.2 變步長Z字形-濃度梯度大氣污染源定位算法
        2.2.3 光滑濃度場下的大氣污染源定位算法仿真與分析
        2.2.4 不連續(xù)濃度場下的大氣污染源定位算法仿真與分析
    2.3 本章小結(jié)
3 基于無人機的大氣污染源定位系統(tǒng)硬件設計
    3.1 基于無人機的大氣污染源定位系統(tǒng)硬件整體設計
    3.2 無人機搭載平臺
        3.2.1 無人機的結(jié)構(gòu)和飛行原理
        3.2.2 無人機飛行控制系統(tǒng)
        3.2.3 無人機動力系統(tǒng)
        3.2.4 無人機通訊系統(tǒng)
        3.2.5 無人機的組裝和調(diào)試
    3.3 Arduino mega2560微控制器模塊
    3.4 氣體監(jiān)測模塊
        3.4.1 氣體傳感器
        3.4.2 氣體監(jiān)測模塊的測試
    3.5 避障模塊
        3.5.1 超聲波傳感器
        3.5.2 超聲波模塊的測試
    3.6 本章小結(jié)
4 基于無人機的大氣污染源定位系統(tǒng)軟件設計
    4.1 總體設計
    4.2 氣味源定位系統(tǒng)硬件連接關系及原理
    4.3 氣味源定位算法軟件的實現(xiàn)
    4.4 避障策略及軟件實現(xiàn)
        4.4.1 基于無人機的模糊避障策略
        4.4.2 無人機模糊避障的軟件實現(xiàn)
    4.6 本章小結(jié)
5 基于無人機的大氣污染源定位系統(tǒng)測試
    5.1 大氣污染源定位系統(tǒng)原理性測試
    5.2 現(xiàn)場實驗
        5.2.1 實驗環(huán)境的搭建
        5.2.2 無人機氣味源追蹤與定位
    5.3 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻
作者簡歷



本文編號：3846089