基于視覺的火災(zāi)探測移動(dòng)機(jī)器人及其路徑規(guī)劃研究.pdf

1、森林資源是世界上極為重要的一種資源。近年來，森林火災(zāi)頻頻發(fā)生，對人們財(cái)產(chǎn)造成了極大損失，因此，預(yù)防森林火災(zāi)顯得尤為重要。隨著科技的發(fā)展，圖像處理技術(shù)逐漸的被人們所接觸。常用的森林火災(zāi)監(jiān)測方法是基于視頻對火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)測。這種方法對攝像頭數(shù)目及質(zhì)量有嚴(yán)格要求，成本較高，且不能全面的監(jiān)測森林火災(zāi)。因此，火災(zāi)探測機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。本文將基于視頻的火災(zāi)檢測算法應(yīng)用到移動(dòng)機(jī)器人上，并對移動(dòng)機(jī)器人的巡邏路徑進(jìn)行規(guī)劃。
　　傳統(tǒng)的森林火災(zāi)檢測算法大多

2、是單純的分析煙霧或火焰得出結(jié)果，其結(jié)果受光照等因素影響，準(zhǔn)確率較低。實(shí)際上，森林在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多的煙霧，因此可以認(rèn)為煙霧是火災(zāi)發(fā)生初期的信號，因此結(jié)合煙霧與火焰特征進(jìn)行森林火災(zāi)檢測具有重要意義。
　　本文根據(jù)圖像特征結(jié)合了煙霧和火焰特征，分別對煙霧和火焰的三個(gè)特征進(jìn)行融合判定。首先對煙霧的顏色特征進(jìn)行分析，得出顏色規(guī)則，提取顏色區(qū)域。之后對煙霧的飄動(dòng)性特征進(jìn)行分析，采用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測算法進(jìn)行檢測，并針對其缺陷進(jìn)行改進(jìn)，提取出

3、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并與顏色區(qū)域進(jìn)行與運(yùn)算得出疑似煙霧區(qū)域。最后根據(jù)煙霧自下而上的運(yùn)動(dòng)方向特征，估計(jì)其運(yùn)動(dòng)方向，排除非煙霧點(diǎn)。通過實(shí)驗(yàn)可知，該算法可以檢測到大部分煙霧點(diǎn)。
　　在判定煙霧存在之后，要對火焰進(jìn)行檢測。本文對火焰的顏色特征進(jìn)行分析，并改進(jìn)顏色規(guī)則，提取顏色區(qū)域。之后使用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測算法提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，并結(jié)合兩種特征得出疑似火焰區(qū)域，最后根據(jù)火焰點(diǎn)的閃爍頻率特征對是否存在火焰進(jìn)行判斷。通過實(shí)驗(yàn)可以得出，該算法可以在較多干擾的環(huán)境中識(shí)

4、別大部分火焰。
　　對于機(jī)器人在森林環(huán)境中運(yùn)動(dòng)路徑，本文基于是否存在障礙物兩種情況進(jìn)行討論，并采用改進(jìn)的蟻群算法對運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃。針對蟻群算法的收斂速度慢、易陷入局部最優(yōu)等缺陷，本文融入模擬退火思想，并在螞蟻初始位置、信息素更新規(guī)則處做出改進(jìn)。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)的蟻群算法能夠較快的找到最優(yōu)路徑。為了驗(yàn)證本文算法的有效性，本文基于移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)在不同場景下進(jìn)行檢測實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)器人在非煙霧及火焰干擾下能夠較為準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、有