基于多智能体群集的分布式环境探测算法研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文基于多智能体群集的分布式环境探测算法研究作者姓名：刘倩指导教师：赵海教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：通信与信息系统论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予曰期：2014年7月黼员会主席：雷为民评阅人：徐久强杜庆东东北大学2014年6月万方数据AThesisinCommunicationandInformationSystemsResearchonDistributedEnvironmentDetectionAlgorithmBasedonMulti-·agentFlocki

2、ngByLiuQianSupervisor：ProfessorZhaoHaiNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢=芷思。学位论文作者签名：墨幅日期：汐?争。6。落学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门

3、或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口学位论文作者签名：诗情签字日期：Ⅵl配．6。谚爵酗√。导师签签字日万方数据东北大学硕士学位论文摘要基于多智能体群集的分布式环境探测算法研究摘要由于多智能体系统与单个智能体相比，有很多优点，因此对多智能体的协同合作的研究在近年来受到学术界与工业界的广泛重视。其中基于多智能体群集的环境场探测具有很好的现实意义。多个智能体通过协同合作来对某环境区域(如核污染环境、赤潮(zk华)环境、有毒

4、气体泄漏区域等)进行梯度跟踪找到该环境区域浓度值的极大值，或对某些特征值跟踪，从而获得一定观测区域内环境标量场的分布情况，会为人们处理环境污染和突发事件以及认识自然环境带来很大的帮助。通常情况下，所探测环境场值分布的先验模型是无法得到的，每个智能体通过传感器只能测得环境场的标量信息，而不能测量出环境场中的梯度，因此需要多个智能体用测量值来估计梯度信息。本文首先提出了一种基于多智能体群集的环境场极值探测算法。该算法中多智能体仅仅根据自己以及自己的邻居对环境场的探测值信息，估计环境场的梯度方向，基于估计的梯度向量，利用分布式一致优化算法，得到驱使智能体运动的控制输入项，结合多

5、智能体群集策略，完成对环境场的极大值探测。该算法与现有算法相比，不需要预知环境场的分布模型，而且具有灵活的群集拓扑结构，而不需要一个固定的队形。通过仿真实验，验证了该算法的有效性和鲁棒性。其次，为了得到更多环境场的分布信息，在论文提出的环境场极大值探测算法的基础上，提出了基于多智能体群集的环境场等值线追踪方法。在该算法中，智能体计算出估计的梯度的正交向量，然后将该向量进行一致平均，得到沿等值线运动的控制输入项，结合多智能体群集策略，完成对等值线的追踪。在该算法中根据当前位置的环境场观测值与预设追踪值的大小关系，分情况进行了讨论，并通过仿真实验，验证了算法的等值线追踪算法的

6、有效性与适用性。关键词：多智能体；群集；极值探测；等值线追踪II万方数据东北大学硕士学位论文ResearchonDistributedEnvironmentDetectionAlgorithmBasedonMulti—agentFlockingAbstractMulti-agentsystemhasmuchmoreadvantagesthanasingleagent，asaresult，itattractsmuchattentionofresearcherstostudycollaborativemulti—agentsystemsinrecentyears．Andenv

7、ironmentfielddetectionbasedonmulti-agentflockinghasverygoodrealisticmeanings．Somecollaborativeagentscanfindmaximumvalueoftheenvironmentalconcentrationsbytrackingthegradientofthescalarfield(suchasnuclearpollution，algalbloomsinalake，toxicgasesleakage)．Moreover,theycan