随着工业的不断发展,气体在工业各个领域的应用变得越来越多,已经成为工业生产中不可代替的材料之一。然而,有毒有害气体泄漏造成的危害严重影响人民的生命和生活环境。本文以室内气体扩散为背景,针对室内气体发生泄漏后的定位问题,采用集员滤波算法对其展开研究,最终得出气体源的可行区域,以弥补目前使用传统的点估计算法在气体源定位方面的不足。本文的主要工作有以下几个方面:(1)首先讨论了气体源定位问题的研究目的和意义,介绍基于点估计的随机状态估计和基于集合的集员滤波之间的区别,阐述集员滤波算法的优势,给出选用椭球作为可行集的原因,并简单介绍了基于椭球的集员滤波算法的几种常用算法。(2)简要介绍并比较了常用的气体扩散模型,给出选用气体湍流扩散模型的依据,并把扩展集员滤波算法引入到气体源定位领域。由于集员滤波算法不仅需要初始位置,而且需要知道初始椭球的大小,因此将非线性最小二乘法引入到气体源预定位中,提出基于非线性最小二乘法的计算初始椭球的方式,加快集合的收敛速度,并保证真实气体源包含在定位集合中,从而提高定位的可信度,同时与自定义初始椭球相比较。(3)气体扩散过程容易受风场的影响,风场的信息对气体源定位至关重要,而现实情况下对风度和风向的测量往往不精确,由此考虑无风度风向测量的气体源定位算法。一般来说,风度和风向均可看成固定量和湍流引起的随机量之和,基于此建立无风度测量的气体扩散模型、无风向测量的气体扩散模型和无风度风向测量的气体源扩散模型,并采用扩展集员滤波算法对气体泄漏源定位。(4)由于气体一般储存在有限空间,因此气体在泄漏过程中肯定会受到障碍物的阻挡,此时传感器检测到的浓度就是气体源直接扩散到传感器点和障碍物反弹到传感器点的浓度之和。通过镜像气体泄漏源,引入损耗系数,分别建立单边靠墙和双边靠墙的气体扩散模型。但由于损耗系数的取值有一定的随机性,因此将损耗系数看成状态变量,从而提高模型的鲁棒性,并在Matlab下仿真分析。