[01646091]多无人飞行器森林火灾自主监测与紧急救援系统

(一)课题来源与背景： 森林火灾是森林最危险的敌人,由于森林火灾扑灭困难,及时发现火势,并在其尚未蔓延时便就地展开救援行动,就显得极为关键。国内对森林进行监测的方法面临着一些难以克服的问题,而在火灾发生后的救援阶段,由于森林内路况复杂,救援时间很容易被拖延。由于上述原因,近年来,国内外许多学者对基于无人机的森林火灾监测,多飞行器的调度与协调,飞行器悬挂运送等问题展开了研究。 （二）研究目的与意义： 据2004年统计数据,天津市森林面积为58750hm2,其年涵养水源总量为0.85亿吨,对生态影响重大。由于地处华北,时常受到沙尘暴的袭击,天津市重点火险区仍然面临着非常严峻的防火形势。我们充分发挥在之前工作上的成功经验,通过本项目的研究,对天津市森林火灾进行更好的预防和更有力的救援,从而将科学技术转化为生产力,在保护自然环境的同时创造出更好的经济效益,为天津市经济文明与绿色文明做出贡献。 （三）主要论点与论据： 1.烟雾和火焰是伴随森林火灾发生的两大特征,研究人员往往以此判断图像中的火灾区域。 2.对给定林区,火灾发生时飞行器能尽快赶至火点,属于多智能体的调度与协调问题。 3. 视觉信息是机器人等智能体感知外界环境的最重要来源。近年来,为多智能体网络配置摄像机完成对区域的最优覆盖得到了大量专家的关注。 4. 直升机等旋翼飞行器具有灵活的运动机能和垂直起降的特点,属于一类典型的欠驱动系统,通常对旋翼飞行器的研究集中于悬停控制,姿态控制,轨迹跟踪,编队控制等方面。 （四）创见与创新： 本项目在机载传感器监测模型的建立与快速融合,基于最优覆盖的多飞行器路径规划与飞行控制,基于多无人机环境感知的火灾概率图建立与更新,基于多传感器融合的火灾点快速定位,多飞行器紧急救援与运送策略,系统仿真/实验平台开发与测试等几个方面都取得了一定的创新成果。详见技术总结报告。 （五）社会效益与存在问题： 本项目按照预期进行,并超额完成了任务书中的指标,不存在问题。在接下来的工作中,一方面,将加强与企业、研究所的合作,力争将本项目研究成果应用于实际,促进“学研”结合;另一方面,在本项目积累的技术基础之上,将针对动力学特性更为复杂的多无人机协同吊运系统、不规则刚体负载、双摆线负载吊运系统等规划与控制问题,开展深入研究。 （六）成果简介与历年获奖情况： 依托于本项目,在论文、专利、奖励等方面,获得了如下的成果： 1、在论文方面,共发表学术论文8篇,已录用待发表1篇,其中SCI期刊4篇,EI会议5篇,SCI一区2篇,二区2篇,IEEE汇刊3篇。超额完成任务。 发明专利方面,授权发明专利1项,受理发明专利3项。超额完成。 3、在获得学术奖励方面,获得了一系列奖励： 2018年天津市自然科学一等奖;第五届陈翰馥奖;2018年天津市杰出人才;2018年天津市高等教育级教学成果一等奖（第1完成人）;2017年吴文俊人工智能自然科学一等奖;2017年天津市专利奖金奖;2017年中国自动化学会高等教育教学成果奖一等奖。 4、在学术交流方面,积极与国内外同行进行学术交流,并积极宣传本项目研究成果,参加机器人与自动化领域重要学术会议10多次,包括CCC、ICARM、ROBIO、YAC等,进行分会场报告,汇报项目研究成果。