【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于管道清理，具体涉及一种基于新型路径探索算法的排水管道清理系统和方法。
技术介绍
1、排水管道是城市基础设施的重要组成部分，它负责排除城市生活和工业产生的污水，保障城市的环境卫生和防洪安全，然而，由于管道的老化、破损、堵塞等原因，排水管道的运行效率和质量会随着时间的推移而降低，给城市管理带来诸多问题和风险。因此，及时有效地对排水管道进行检测和清理是非常必要和重要的。
2、目前，排水管道的检测和清理主要依靠人工或人机协同的方式进行，存在以下缺点：
3、人工作业方式效率低，局限大，存在安全隐患，排水管道内的环境复杂多变，有水、有泥、有气、有垃圾等，人工进入管道进行检测和清理不仅费时费力，而且容易受到有害气体和细菌的侵害，危及人员的生命安全。
4、人机协同作业方式成本高，精度差，难以实现智能化，目前市场上已有一些管道检测和清理机器人，但它们大多需要人工操控或监控，不能实现自主导航和自适应控制，对管道的拓扑结构和内部状态缺乏有效的感知和识别，难以适应不同的管道环境和任务需求，检测和清理的效果难以保证。
技术实现思路
1、本专利技术主要提供了一种基于新型路径探索算法的排水管道清理系统和方法，用以解决上述
技术介绍
中提出的技术问题。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为:
3、一种基于新型路径探索算法的排水管道清理系统，包括一个中央控制单元，用于接收和处理来自清理机器人的实时数据，以及向清理机器人发送控制指令
4、多个清理机器人，用于在排水管道内进行自主导航和自适应清理；
5、其中，清理机器人包括一个变径机构，用于调节机器人的直径，使机器人能够适应不同尺寸的管道；
6、一个清理装置，用于对管道内的污垢进行清理；
7、一个传感器模块，用于感知机器人的状态数据，并将该数据发送给中央控制单元；
8、一个通信模块，用于接收来自中央控制单元的控制指令，并将指令转换为机器人的运动控制信号；
9、一个电源模块，用于为机器人提供电能，当电量低于设定的阈值时，会自动返回充电站进行充电。
10、本专利技术还提供了一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，包括以下步骤：
11、步骤一：根据排水管道的拓扑结构和清理机器人的初始位置，生成一个初始的路径图；
12、步骤二：根据初始的路径图，为每个清理机器人分配一个初始的目标点，目标点为路径图中的一个节点；
13、步骤三：根据每个清理机器人的目标点，为每个清理机器人规划一条最短路径，最短路径为路径图中从机器人当前位置到目标点的一条边的序列；
14、步骤四：根据每个清理机器人的最短路径，向每个清理机器人发送控制指令，使每个清理机器人按照最短路径运动，并对管道内的污垢进行清理；
15、步骤五：接收和处理来自每个清理机器人的实时数据，根据实时数据，动态更新路径图；
16、步骤六：判断是否所有的节点和边的权重都为0或-1，如果是，表示所有的管道区域都已经被清理过或者不可清理，结束清理过程，如果否，返回步骤二，继续进行清理。
17、其中，步骤一的具体步骤如下：
18、首先，根据排水管道的拓扑结构，将管道网络抽象为一个有向图g＝(v，e)，其中v为节点的集合，e为边的集合，每个节点vi∈v代表一个管道分叉点，每条边eij∈e代表一段管道，连接两个节点vi和vj，i，j＝1，2，...，|v|，其中|v|为节点的数量；
19、然后，根据清理机器人的初始位置，将机器人的集合表示为r＝{r1，r2，...，rn}，其中n为机器人的数量，每个机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，都有一个初始位置pk∈v，表示机器人rk位于节点pk上；
20、接着，为每个节点和每条边赋予一个权重，权重反映了该节点或该边的清理优先级，初始时，所有的权重都为1，w(vi)＝1，w(eij)＝1，
21、最后，将有向图g，机器人集合r，以及节点和边的权重函数w，组合成一个初始的路径图p＝(g，r，w)，用于存储和更新管道网络的拓扑信息，清理机器人的位置信息，以及清理的优先级信息。
22、其中，步骤二的具体步骤如下：
23、首先，根据初始的路径图p＝(g，r，w)，获取每个节点的权重，将权重最高的节点的集合表示为其中v为路径图中的节点的集合，w为节点的权重函数；
24、然后，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，计算其与每个权重最高的节点vi∈v*的距离，距离的定义为从机器人当前位置pk到节点vi的最短路径的长度，其中e为路径图中的边的集合，l为边的长度函数，将距离最近的节点的集合表示为
25、接着，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，计算其与每个距离最近的节点的方向，方向的定义为从机器人当前位置pk到节点vi的最短路径的第一条边的方向，即其中e为路径图中的边的集合，l为边的长度函数，将方向最接近的节点的集合表示为其中θk为机器人rk的当前方向；
26、最后，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，从方向最接近的节点的集合中随机选择一个节点作为其目标点，即将目标点的集合表示为t＝{t1，t2，...，tn}，该集合为本步骤的输出结果，用于为每个清理机器人分配一个初始的目标点。
27、其中，步骤三的具体步骤如下：
28、首先，根据每个清理机器人的目标点t＝{t1，t2，...，tn}，获取路径图p＝(g，r，w)中的有向图g＝(v，e)，其中v为节点的集合，e为边的集合，w为节点和边的权重函数；
29、然后，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，计算其从当前位置pk到目标点tk的所有可能的路径，路径的定义为从pk到tk的一条边的序列，即πk＝{eij∈eleij is a partof a path from pk to tk}，将所有可能的路径的集合表示为其中l为路径的数量；
30、接着，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，计算其每条可能的路径的权重，权重的定义为路径中所有边的权重之和，即将权重最高的路径的集合表示为
31、
32、然后，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，计算其每条权重最高的路径的长度，长度的定义为路径中所有边的长度之和，即其中l为边的长度函数；
33、接着，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，计算其每条长度最短的路径的方向，方向的定义为路径的第一条边的方向，即其中θ(pk，vi)为从机器人当前位置pk到节点vi的最短路径的第一条边的方向，将方向最接近的路径的集合表示为
34、其中θk为机器人rk的当前方向；
35、最后，对于每个清理机器人rk∈r，k＝1，2，...，n，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于新型路径探索算法的排水管道清理系统，其特征在在于，包括一个中央控制单元，用于接收和处理来自清理机器人的实时数据，以及向清理机器人发送控制指令；
2.一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤一的具体步骤如下：
4.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤二的具体步骤如下：
5.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤三的具体步骤如下：
6.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤四的具体步骤如下：
7.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤五的具体步骤如下：
8.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤六的具体步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种基于新型路径探索算法的排水管道清理系统，其特征在在于，包括一个中央控制单元，用于接收和处理来自清理机器人的实时数据，以及向清理机器人发送控制指令；
2.一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤一的具体步骤如下：
4.根据权利要求2所述的一种基于新型路径探索算法的排水管道清理方法，其特征在于：其中，步骤二的具体步骤如下：<...
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