基于深度强化学习的火灾疏散指示系统的设计与实现

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caipeng1999
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
火灾一直是突发频率较高、毁灭性较大、影响恶劣的主要灾害,潜在地威胁着公众安全和社会发展。国家政府向来重视安全消防工作,如何迅速而安全地引导逃生人员逃离危险区域也引起了很多关注。最短路径优先算法、蚁群算法和Q-Learning算法等是经常用于疏散路径规划的算法。值得注意的是,最短路径优先算法,如Dijkstra,只能规划静态路径,而实际疏散中所需要的路径规划往往是动态的。蚁群算法计算路径的用时较长,而且易于收敛到局部最优解。Q-Learning算法在规模较大的问题上几乎是不可行的,大量的状态会产生维度灾难。近年来,深度强化学习的发展愈来愈成熟,在人工智能等领域取得了极大的成就。深度强化学习可以模仿人类大脑提供有利的决策,这让人开始衡量能否把深度强化学习应用到火灾疏散领域中,给火灾疏散问题提供全新的解决方案。  本文设计了一个路径规划算法,并在此基础上实现了一个火灾疏散指示系统。系统使用了一个深度强化学习模型即深度Q网络,该模型把卷积神经网络和Q-learning算法结合,拥有前者的图像高层特征提取能力和后者的学习策略能力。针对火灾疏散问题的特殊性,本文设计了具体的深度网络模型,使用了改进过的Q-learning算法。本文设计的系统将楼层内不断变化的环境信息进行数据预处理,输出一系列连续的包含复杂环境信息的二维图像。深度Q网络从这些二维图像中不断地提取特征,然后使用一种梯度下降算法进行权重更新。最终,模型收敛到最优策略,并根据该策略在复杂的环境中选择回报值最大的决策。  本文对火灾疏散问题的需求进行了详细的分析,然后相应地对系统的软硬件架构进行总体设计。在硬件部分,系统实现了一个以烟雾探测器T4和汇聚网关A1C为基础的传感器网络,主要负责在第一时间感知火灾的发生;在软件部分,系统采用分层思想,搭建了以Spring、Mybatis为框架基础的应用服务器,并实现了WEB客户端和APP客户端供用户使用。最后,对系统的服务器和客户端进行了功能和性能测试。经过大量测试和实验后发现,本文实现的火灾疏散指示系统可以为处于危险状况的逃生人员迅速地提供一条合理有效的逃生路径,实现人员疏散。
其他文献
近年来,计算机硬件水平飞速发展,计算机视觉和图像处理发展速度也是相当可观,监控视频的智能化愈来愈受到科研机构和学者们的关注,部分智能监控的产品也逐渐实现。检测作为视
随着信息技术的不断发展,多媒体信息化也在飞速的发展。伴随着《阿凡达》等3D电影在各大影院的火热上映,3D媒体受到了越来越多的关注与研究,关于3D技术的研究也被推向了高峰,
超宽带无线通信技术是一种新型的无线通信技术。空前的信号带宽可以带来许多优点——例如可以避免平坦衰落等。与此同时,超宽带也面临着挑战:按照奈奎斯特采样理论,超宽带接收
随着无线通信技术的不断发展以及各类电子设备的无线化和智能化,人们可以随时随地与任何人或设备进行信息通信、办公或娱乐等。包含在线视频、网络通话、云存储业务等在内的
物联网构建一个万物互联的泛在网络,其节点能量、存储空间、网络带宽等资源远远少于传统网络,且其链路具有不稳定性特征。对于物联网中的路由问题,研究热点在于如何利用有限
认知无线电是一个革命性的概念,它可以提高频谱资源的利用率。在认知无线电网络中,合作频谱感知可以有效提高频谱检测性能,它可以克服单个用户由于自身硬件条件不足或者所处
语音转换的研究是目前语音信号处理中继说话人识别技术、语音合成技术之后的又一个新的研究领域,它的研究具有非常重要的理论价值和应用价值。但目前存在的语音转换技术与人们
随着智能手机、平板电脑等智能终端的普及与移动互联网技术的飞速发展,无线业务数据的爆炸式增长促进了无线通信系统的升级与换代。传统的蜂窝结构网络正面临着从语音服务到
未来移动通信最大的特点是能够提供高传输速率,支持日益增多的具有不同服务质量(Quality of Service, QoS)要求的各类无线通信应用。然而,在宽带无线通信系统中,高传输速率可
超分辨率图像重建(Super-resolution Reconstruction, SRR)是一种通过利用数字信号处理技术提高图像分辨率的方法。它首先用照相机或摄像机的成像系统在同一位置采集同一场景