1. 研究目的与意义

近几年关于生物气味定位和跟踪的研究得到了快速的发展，如对空气中生存的蛾、老鼠、在水中的龙虾和口角类动物等的研究。生物使用气味来发现同类、进行交流、改变行为、躲避入侵者和搜寻食物。气味定位在本质上是一个行为问题，不同的动物会采用不同的方法。例如有些动物利用不同层面流体的信息（如龙虾）或地表的残渣（如蚂蚁），其他动物可以跟踪定位空气中的气味（如蛾）或使用各种综合的信息（如狗）。

受到生物气味定位的启发，近年来，一些学者开始研究如何将气味/气体跟踪、定位与移动机器人技术相结合，通过使用移动机器人来“主动”地发现、跟踪并确定气味/气体的源头，即所谓的主动嗅觉问题。主动嗅觉也可称为移动机器人气味/气体定位或主动电子鼻，它是研究如何利用移动机器人主动地确定气味/气体源位置的过程。

主动嗅觉在环境监测、违禁物品检查和大型工厂仓库保安方面，可以主动感知目标化学物质并确定其位置，这比一般的被动感知系统要有效的多。另外，主动嗅觉在有害气体泄漏检测、火源检测、灾后倒塌的建筑物搜救和反恐排爆等社会生活方面也将扮演越来越重要的角色。

2. 研究内容和预期目标

移动机器人依靠主动嗅觉和听觉的目标搜索策略、算法及其实现的研究在近几年得到迅速的发展。一个具体应用就是移动机器人在二维平面区域内依靠气敏和声敏传感器搜索地下气味源和地上发声源的任务。

本次毕业设计的预期目标：首先对机器人主动嗅觉及目标搜索的研究现状予以归纳，对已有的典型算法进行性能分析，并提出评判；然后根据分析所得的已有算法的不足，对算法提出改进措施，并通过计算机仿真验证改进算法的多种性能；最后对算法提出改进设想。

本次设计利用主动嗅觉传感系统发现并跟踪烟羽，在此基础上，通过一定的算法或策略，判定气味/气体的源头就在附近。

3. 研究的方法与步骤

由于气味/气体分子的扩散速度通常比风速要慢得多，所以在无风或微风的情况下主要是空气湍流决定烟羽的结构。在风速稳定和比较高的情况下，会产生比较稳定的烟羽；否则，烟羽不稳定甚至无法形成烟羽。

在室内无风或微风的环境下开展主动嗅觉的研究更具有现实意义；基于多机器人群体智能方式，采用分布式搜索策略，也是解决主动嗅觉问题的一个不错选择。

在虚拟的环境中假设一个固定的气体源，在环境中规定气压大小的分布情况，从而便可以确定环境中的风向。不仅如此烟羽的扩散情况也随之而确定。然后在环境中确定一个虚拟机器人的点，一开始通过一定的算法程序，使机器人自由随意的运动，当检测到一个气味包后，机器人沿逆风向运动一段距离。确定一条直线的运动距离后机器人反复运动，将气体源目标的误差缩小到最小。

4. 参考文献

[1] 孟庆浩,李飞.主动嗅觉研究现状[j].机器人,2006,28(1):89-96

[2] o. holland, c. melhuish. some adaptive movements of animats with single symmetrical sensor[a]. from animals to animats 4: proceedings of the fourth international conference on simulation of adaptive behaviour[c]. cambridge: mit press,1996.55-64

[3] r. andrew russell. chemical source location and the robomole project [j]. australasian conference on robotics and automation, cd-rom proceedings isbn 0-9587583-5-2, 2003

5. 计划与进度安排

第一周，阅读参考文献，写出开题报告。

第二周，拿出设计路径及实施步骤的初步方案，并论证。

第三周，做出仿真环境。