面向盐湖采卤与盐田监测的仿生机器鱼群体的应用基础研究

采用群智能理论和仿生机器鱼群体的分布式智能控制方法，进行盐湖钾镁盐矿床智能开采的路径规划与盐田田底盐层的实时监测研究，阐明仿生机器鱼群体的智能协调协作机制，揭示出自然界中生物群体自身蕴涵着的在看似混沌的个体交互中导致有序智能群体涌现行为产生的潜在的内部运行机理，为基于生物群体行为的启发而进行的大规模智能群体系统的群体工程的设计和应用奠定了理论和实践基础，亦为运用先进的多仿生机器鱼控制与协调技术进行盐湖资源开发和有效利用并兼顾可持续发展提供了符合科学发展观的思路。本项目利用仿生学原理，以面向盐湖生产用仿生机器鱼原理样机的设计及配套智能传感器的研制、盐湖采盐船的导航、盐田田底盐层环境状态的实时监测和模拟为研究对象，以群智能算法为建模工具，对建立适于数字化盐湖盐厂生产的多机器鱼群体的协调控制理论与方法进行深入探讨。通过本项目的研究，可为面向盐湖生产任务的群机器人系统的构建提供理论指导及实验依据。

仿生机器鱼是当前水下仿生机器人和智能控制领域国际前沿多学科交叉的研究热点问题之一，项目以察尔汗盐湖盐田生产矿层监测的应用需求为研究背景，以面向盐湖生产用仿生机器鱼智能监测系统为研究对象，重点在动力学及运动学行为分析、机构设计、环境建模、路径优化、导航、避障算法、智能控制与协调作业机制、原型样机研发等研究内容的基础上，研究了群体智能理论及分布式控制方法，针对盐湖钾镁盐矿床智能开采中监测环境的实时动态干扰，在控制方法以及仿生机器鱼操控技术等方面，取得了若干基础理论研究进展和关键应用技术性的探索工作突破，建立了“盐田采矿作业监测一体化”监测控制体系，为推广应用夯实并提供了前瞻性理论研究基础。形成了一套可以有效交互通信的水下智能监测系统的信息融合管控理论体系，对传统仿生机器鱼的协调与协作控制机制有很好的借鉴意义。.尽管在水质监测应用中已有为数不多的仿生机器鱼样机出现，但仅局限于淡水湖或海水环境而已，还不曾有针对腐蚀性和结晶性极强、氯化物浓度极高的盐湖卤水环境的监测样机系统应用研究的研发先例，可供借鉴的研发经验较少，要实现机器鱼研究的设计制造及控制有相当难度。.为适应盐湖工作环境，应对突出的盐湖卤水中的腐蚀和防护问题，项目执行期中自主研发的“盐田采矿作业监测一体化”监测系统平台，选用耐腐蚀、耐结晶的材料。以仿生机器鱼成型机为运动载体，在湖区缺氧、高寒、干燥等恶劣的自然环境下，操控游弋时，内嵌声呐具有导航、避障、精准识别卤水深度等功能；外挂水质监测仪能在线检测出复杂卤水体系中氯离子、钠离子两种典型常规化学元素含量及PH值、电导率、温度参数；并能以测出的卤水深度作为中间参数而估算出光卤石矿层厚度，达成实验终极目标。盐田监测局部试点示范应用效果显著，验证了项目研究工作的科学性、可用性和独创性。.围绕目标问题，项目寻求协调与协作控制的创新点，建立了仿生机器鱼监测管控体系平台，丰富了既有研究内容，填补了青藏高原湖泊中仿生机器鱼监测应用的空白，突破了国际国内尚无面向盐湖监测的仿生机器鱼系统应用基础研究的历史，存在着很大的创新空间，探索性的科研攻关，为项目在理论技术与应用上取得一批原创性和突破性的研究成果提供了很好的机遇。实验验证极具理论意义和实用价值，在盐湖资源开发与勘探任务中有着良好的应用前景，实践了科技服务于企业生产的研究目标及任务。