未知复杂环境下移动对象目标搜索及Ad-hoc网络组建与调整方法研究

Nowadays, large-scale disasters throughout the world have become important social and political concerns. After disasters happened, many stationary tasks, such as saving survivors in debris, extinguishing fire of buildings, etc. need first responders to complete on site. However, due to the unknown and complexity of disaster environments, it is hard for the first responders to find stationary tasks. In such circumstances, search personnel (i.e., mobile objects) are usually search and establish ad hoc network in disaster environments so as to collect and transmit information of stationary tasks to first responders. However, most of current moving agent-based approaches for searching and ad-hoc establishment and adjustment do not consider the unknown and complexity of disaster environments, so they cannot satisfy the requirements of mobile objects working in unknown and complexity environments. To this end, this project will research on searching, ad-hoc network establishment and adjustment of mobile objects in unknown and complexity environments. Based on the concept of agents to describe the mobile objects, we will propose corresponding approaches to guide mobile objects to efficiently search and establish ad-hoc network in unknown and complexity environments. At the same time, the proposed approaches will be evaluated on the simulation platform of RoboCup Rescue Simulation System and real environments.

如今，大规模自然灾害已成为重要的世界性的社会和政治问题。灾害发生后，许多救援任务，如从废墟中救出幸存者，扑灭建筑物火灾等，需要救援人员到指定地点去完成。然而，由于灾后环境的未知性和复杂性，救援人员很难快速找到环境中救援任务地点（目标点）。在这种情况下，搜索人员（移动对象）通过在灾后环境中搜索并组建Ad-hoc网络为救援人员收集与传递救援任务信息。然而，在现有的大部分移动对象搜索与Ad-hoc网络组建方面的研究并没有考虑到环境未知、复杂的特点，无法满足移动对象搜索与Ad-hoc网络组建的需求。为此，本项目拟开展对未知、复杂环境中移动对象搜索、Ad-hoc网络组建与调整方法的研究，基于agent的移动对象和栅格化的环境建模，提出相关方法来使移动对象实现在未知、复杂环境中搜索、Ad-hoc网络组建和调整。 同时，我们还将通过专业的城市灾难仿真平台RCRSS和真实测试来验证、改进我们所提出的方法。

本项目针对灾后环境的特点以及灾后搜索人员在移动、感知、通信等方面的有限能力，基于Agent的移动对象和栅格化的建模方法，主要研究了在未知、复杂环境下，移动对象搜索、Ad-hoc网络组建与调整等方面的关键技术，并通过专业的城市灾难仿真平台和无线传感器节点进行研究测试与验证。.本项目的主要研究工作及进展如下：.（1）未知、复杂环境中移动对象搜索方法的研究. 考虑了灾后环境的未知性和复杂性的特点，以及移动对象在灾后环境中有限的移动和感知能力，提出了未知、复杂环境中移动对象搜索策略的制定方法和搜索路径的规划方法。.（2）基于移动对象部署的Ad-hoc网络组建方法的研究. 考虑到灾后环境中基础通信设施的破坏，以及移动对象有限的感知与通信能力，为方便移动对象在灾后环境中及时、有效的信息传递与共享，提出了面向灾后环境的移动对象部署和Ad-hoc网络组建的方法。.（3）基于感知和能耗的Ad-hoc网络中移动对象调整方法的研究. 考虑到未知、复杂环境中目标点的动态性和Ad-hoc网络长期连续工作的需要，为节省移动对象在信息收集与传递中的能耗，同时保持整个Ad-hoc网络的工作效率，提出了基于能耗和工作效率的Ad-hoc网络中移动对象的动态调整方法。.（4）灾后救援仿真系统实验. 在理论研究的基础上，通过对机器人救援仿真系统RoboCup Rescue Simulation System (RCRSS)的修改，对本研究提出的相关模型、方法、性能等进行了充分的实验和测试。. 本项目组在研究过程中，共发表了期刊论文14篇（其中SCI检索论文13篇）、国际会议论文1篇，申请发明专利8项。. 本项目在解决我国灾后救援领域中的搜索、信息收集与传递技术等方面的落后问题，有了突破性的进展。本研究成果，对于提高移动对象在未知、复杂的灾后环境中搜索、信息收集与传递的效率，对于提高救灾工作的时效性和准确性，减少自然灾害的人员伤亡和经济财产损失等方面，具有重要的理论和实践意义。