AUV海底热液喷口探测方法研究

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题名	AUV海底热液喷口探测方法研究; Research on Methods of AUV Hydrothermal Vents Prospecting
作者	石凯
学位类别	博士
答辩日期	2008-06-04
授予单位	中国科学院沈阳自动化研究所
授予地点	沈阳自动化研究所
关键词	热液喷口占据栅格梯度搜索 AUV 贝叶斯规则
其他题名	Research on Methods of AUV Hydrothermal Vents Prospecting
中文摘要	自1979年海底热液喷口被首次发现以来，因其巨大的经济和科研价值引起了科学界的巨大关注。海底热液喷口释放的热液与周围海水混合，形成热液羽流，其范围可以达到数千米。热液羽流的存在使在几千米深的海底定位范围只有几米的热液喷口成为可能。湍流的作用使热液羽流与喷口位置存在不确定性，而在搜索区域中包含多个热液源会增加这种不确定性，这是海底热液喷口探测需要克服的难题之一。本文主要研究了使用AUV探测海底热液喷口的方法。这个问题从更大范畴来说属于机器人化学羽流源定位问题（也称为移动机器人气源/味源定位），其潜在应用包括污染与环境监测，化学工厂安全，搜索与救援，反恐，麻醉品控制，爆炸物清除，以及热液喷口探测等。首先，从AUV探测的角度研究了海底热液羽流的特性，分析了海底热液羽流的模型并根据模型对羽流进行了动态仿真。从化学羽流源定位的角度研究了两种海底热液喷口探测策略──梯度搜索策略和构建占据栅格地图(Occupancy Grid Mapping，OGM)的策略。并利用仿真羽流环境验证了上述两种定位策略的可行性。梯度搜索策略通过基于行为的方法实现，将梯度搜索任务分解为五个行为，并设计了行为间的转换规则，AUV按此规则在不同的行为间转化，跟踪羽流浓度梯度的方向，最终到达浓度极值点。通过将每个栅格的二值状态重新定义为是否存在一个活跃的热液源，可以将OGM应用于热液源定位。融合传感器数据得到的后验概率地图可以反映每个栅格中存在热液源的可能性。本文采用基于贝叶斯规则的算法融合传感器数据。由于热液源的数量稀少，使用标准贝叶斯方法往往对栅格的占据概率做出过高估计，无法清晰的定位热液源。为此，又研究了一种精确算法和一种基于后验独立假设（Independence of Posteriors，IP）的近似算法，并分析了三种算法的优缺点。最后，将占据栅格地图应用于分阶段海底热液喷口探测，利用栅格地图帮助实现探测的自主嵌套。
语种	中文
公开日期	2010-11-29 ; 2011-06-22
页码	73
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.sia.ac.cn/handle/173321/441]
专题	沈阳自动化研究所_水下机器人研究室
推荐引用方式 GB/T 7714	石凯. AUV海底热液喷口探测方法研究, Research on Methods of AUV Hydrothermal Vents Prospecting[D]. 沈阳自动化研究所. 中国科学院沈阳自动化研究所. 2008.