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多无人平台在突发事件应急管理中的应用研究

宋志强  
【摘要】:针对当前应急管理机制无法有效应对突发事件的情形,有必要创新应急管理理论和方法,为今后高效应对突发事件特别是社会安全类突发事件提供有效的解决方案,以提升突发事件应急管理的水平。本文在深入分析和总结多无人平台相关研究的基础上,提出将多无人平台应用于突发事件应急管理的思想,综合运用管理学、系统科学、计算机科学、控制理论、应急管理理论等,构建基于多无人平台的突发事件应急管理解决方案,从管理和控制相结合的角度探索基于多无人平台的应急管理理论、方法和技术,并将其应用于突发事件的事前预警预防、事中应对处置、事后管理三个阶段,分别给出基于多无人平台的应急管理策略或解决方法,以期进一步增强未来我国在应对突发事件特别是社会安全类突发事件的应急管理能力,提高应急管理水平。主要研究内容与研究结果如下:(1)首先给出基于多无人平台的应急管理系统框架,对网络化多平台系统体系结构、多平台系统软件体系结构、有人平台人机协同交互界面等进行总体设计,设计多平台通信协议,为今后多平台应急系统的构建奠定基础。(2)研究同构无线传感器网络节点的栅栏覆盖部署问题,基于二部图理论,对1-栅栏覆盖问题进行数学描述,采用基于拍卖的1-栅栏构建算法求解该问题。提出基于异构移动传感器节点的覆盖漏洞检测和修复策略,以使被监测区域达到完全覆盖,保证整个区域任何地点可能发生的异常情况均能被传感器监测到。(3)提出在“硬”数据传输机制和“软”信息云应急平台的基础上,构建基于软/硬数据的预警策略,构建社会安全类事件预警指标体系,为我国建立和完善社会安全类突发事件预警和应急管理提供理论参考。(4)采用离散粒子群优化算法对多无人平台多目标分配问题进行研究,结果表明该算法可较快速找到最优解或可行解。对多无人平台持续作业问题进行建模,提出混合整数线性规划模型,形式化多无人平台系统的调度问题,使任务可被多个无人平台以“接力”的形式不间断地执行。(5)系统研究了协同跟踪的三种模式,即对峙跟踪、尾随跟踪和接力型跟踪,丰富了目标跟踪理论及其应用。提出基于微分几何的协同对峙跟踪控制律,使得多个无人机与目标保持对峙距离,且各无人机间保持一定相位。设计了协同尾随跟踪控制律,该控制律可使多无人平台保持编队形式对运动目标进行尾随跟踪。设计了基于Voronoi图和UGV运动控制的接力型跟踪策略。(6)提出构建融无线个域网技术/无线局域网技术/无线城域网技术、移动通信技术(3G/4G)和卫星通信技术为一体的多无人平台参与的应急搜救系统,以有效应对日益严峻的突发事件。对于静止目标,基于平行线扫描思想对目标进行搜寻,研究无人平台投放策略及现场指挥中心选址问题。针对运动目标的情形,设计面向运动目标的平行线搜寻策略和X型搜寻策略两种协同搜寻策略,通过仿真、分析得出X型搜寻策略更优的结论。


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1 宋志强;多无人平台在突发事件应急管理中的应用研究[D];南京大学;2015年
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