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基于QPSO的WSAN中执行器优化部署研究

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计算机应用研究 2012年第10期29卷 3873-3875页

作者：闫效莺程国建周冠武西安石油大学计算机学院西安710065 西安交通大学机械学院西安710049

为了提高WSAN的工作效率,在量子粒子群算法的基础上,提出一种WSAN中执行器节点的优化部署策略。该策略中多个粒子群在独立搜索解空间的同时,以一定的通信频率共享最优值。仿真结果表明,该部署策略可提高节点的实时覆盖率,并与最新的WSA... 详细信息

为了提高WSAN的工作效率,在量子粒子群算法的基础上,提出一种WSAN中执行器节点的优化部署策略。该策略中多个粒子群在独立搜索解空间的同时,以一定的通信频率共享最优值。仿真结果表明,该部署策略可提高节点的实时覆盖率,并与最新的WSAN部署策略进行了对比。

关键词：无线传感器执行器网络量子粒子群优化实时覆盖节点优化部署粒子进化通信频率

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基于无线传感器网络的电气故障点定位仿真

计算机仿真 2023年第11期40卷 86-90页

作者：张迪韩铮王雪丽赤峰学院物理与智能制造工程学院内蒙古赤峰024000 天津工业大学智能信息处理技术与系统实验室天津300387

由于电网结构中的电气设备及输电线寿命有限,若运维不及时,电气故障会严重影响电网的稳定运行,因此,实现故障快速自动定位是降低故障影响程度和避免电力损失的关键途径之一。提出无线传感器网络的电气故障点定位方法。引入无线传感器网... 详细信息

由于电网结构中的电气设备及输电线寿命有限,若运维不及时,电气故障会严重影响电网的稳定运行,因此,实现故障快速自动定位是降低故障影响程度和避免电力损失的关键途径之一。提出无线传感器网络的电气故障点定位方法。引入无线传感器网络,根据节点覆盖度和能量均衡,优化部署无线传感器网络节点,完成电气设备的故障信息的采集。采用小波包和支持向量机对故障信息去噪,最后在二进制粒子群算法中输入去噪后的故障信息,实现电气故障点的定位。仿真结果表明,提出方法定位电网故障时所需的训练时间更短,且误识率低于1%,识别率高达98%,输出的电气故障信号定位幅值波形图与实际情况一致,实验结果验证了上述方法的应用性能良好,具有较高研究价值。

关键词：无线传感器网络节点优化部署数据去噪二进制粒子群算法电气故障点定位

基于WSN的兰新高铁沿线风速监测与列车风致安全预警研究

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基于WSN的兰新高铁沿线风速监测与列车风致安全预警研究

作者：程龙兰州交通大学

学位级别：硕士

兰新高速铁路穿越风灾极为恶劣的大风区,强风对列车安全运营构成了严重威胁。开展兰新高铁沿线重点风区的风速监测与列车风致安全预警研究,对于完善兰新高铁沿线风速监测,为车辆在强风区安全运行提供理论研究价值。本文针对兰新高铁沿... 详细信息

兰新高速铁路穿越风灾极为恶劣的大风区,强风对列车安全运营构成了严重威胁。开展兰新高铁沿线重点风区的风速监测与列车风致安全预警研究,对于完善兰新高铁沿线风速监测,为车辆在强风区安全运行提供理论研究价值。本文针对兰新高铁沿线大风区危险路段,提出基于ZigBee无线传感器网络的大风监测系统,研究大风区环境下无线传感器网络节点的优化部署策略,并对列车风致安全预警问题进行分析讨论。具体研究内容有以下四个方面:（1）ZigBee无线传感器网络大风区风速监测系统的总体架构设计。总结了无线传感器网络的系统结构、节点结构、路由协议及应用领域,采用基于射频芯片CC2530的ZigBee技术构建兰新高铁沿线大风区WSN风速监测系统。监测网络呈带状结构分布,节点内部通过ZigBee通信协议组网,形成不同分簇网络,各簇首节点与地面汇聚节点连接,进而将沿线收集的风速信息传送到监控中心。（2）兰新高铁沿线大风区风速监测的无线传感器网络节点优化部署方案。研究带状无线传感器网络在监测区域内的部署策略,针对传感器节点对目标区域进行有效覆盖的问题,采用确定性多边形部署方式,研究在保证监测区域的全覆盖以及数据传输要求下,使用确定性多边形部署的覆盖模型,计算出不同种类传感器节点个数与覆盖率、节点感知半径之间的关系。另外在网络中部署适当的异构节点,通过求解网络寿命成本比RLC的最大值,确定最佳sink节点个数,从而在延长网络寿命的同时使网络成本最小。（3）基于AHP模糊推理的大风区无线传感器节点优化部署评价指标。综合考虑风力因素、线路地形因素对实际部署的影响程度,分析其覆盖方式、节点能耗和使用寿命等评价因素,建立以AHP层次分析法为基础的模糊推理模型:先确定因素权重,再计算各层因素的隶属度函数,最后转化为信度,得到最终的综合评价指标,为实际节点的部署提供参考。（4）讨论列车风致安全的兰新高铁安全限速预警问题。提出了基于列车风致安全的百里风区限速预警系统设计。首先通过研究影响列车在百里风区的主要运行指标和限速准则,设定风区不同路段,不同风速下列车安全行驶的速度范围,再根据风区WSN监测系统实时风速数据,对线路中行驶的列车提供准确合理的限速预警信息。论文构建的WSN大风监测系统及列车限速预警方案具有一定的工程参考价值。

关键词：兰新高铁无线传感器网络风速监测节点优化部署限速预警

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钢筋混凝土桥梁耐久性无线远程监测系统研究

钢筋混凝土桥梁耐久性无线远程监测系统研究

作者：靳昕西安建筑科技大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土桥梁耐久性是指在预定作用和预期维护和使用条件下,桥梁结构及其相关部件能在预定期限内维持其所需的最低性能要求的能力。耐久性数据的监测与评价对于桥梁安全运行、保障人民生命财产安全具有重要现实意义。由于地理位置分... 详细信息

钢筋混凝土桥梁耐久性是指在预定作用和预期维护和使用条件下,桥梁结构及其相关部件能在预定期限内维持其所需的最低性能要求的能力。耐久性数据的监测与评价对于桥梁安全运行、保障人民生命财产安全具有重要现实意义。由于地理位置分布广泛与技术局限性,目前存在的耐久性监测系统等不仅缺乏远程监测、实时传输等功能,而且数据处理、系统可靠性等方面都存在缺陷,文中以钢筋混凝土桥梁耐久性为研究对象,主要解决其耐久性数据远程监测的传感器节点优化部署与数据融合问题。首先,文中分析了耐久性监测的设计原则和系统需解决的关键技术,并以此构建了钢筋混凝土桥梁耐久性监测整体方案,完成了无线远程监测系统的硬件设计、软件设计和监控中心功能设计,利用多源信息融合技术对数据进行了处理。其次,研究了钢筋混凝土桥梁耐久性数据监测中无线传感器网络节点部署问题与节点部署优化模型,进行了节点感知模型确定工作,利用模拟退火算法、遗传算法和模拟退火遗传算法解决了传感器节点的优化部署,使节点最大可能的完全覆盖监测区域。最后,为了验证模拟退火遗传算法的有效性,开发MATLAB工具箱,建立GUI界面,采用单独的模拟退火算法和遗传算法与模拟退火遗传算法进行对比实验,根据实验结果可得出该算法能有效提高传感器节点的覆盖率。文中通过数据融合算法解决了传统监测系统中数据处理的问题,有效的提高了数据传输的效率、提高了数据精度,通过节点优化部署方案提高了传感器节点的覆盖率、提高了系统的可靠性,为钢筋混凝土桥梁耐久性无线远程监测提供了一种新思路。

关键词：桥梁耐久性无线远程监测数据融合节点优化部署

利用无线传感器网络的人员定位方法及位置信息路由策略

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利用无线传感器网络的人员定位方法及位置信息路由策略

作者：王文韬北京交通大学

学位级别：硕士

灾害发生时,对施救人员进行定位可以提高救援效率和搜救准确性;同时,对被困人员进行位置跟踪可以指导其有序疏散从而减少二次损失与伤害。由于在设施布设、网络性能、投入成本等多方面的优势,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,W... 详细信息

灾害发生时,对施救人员进行定位可以提高救援效率和搜救准确性;同时,对被困人员进行位置跟踪可以指导其有序疏散从而减少二次损失与伤害。由于在设施布设、网络性能、投入成本等多方面的优势,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)成为室内节点定位技术的理想选择。本文选取常见的室内应急救援场景,在研究了无线传感器网络节点部署、定位算法及路由策略等问题后,提出了一套切实可行的应急救援定位系统,实现了室内人员位置信息的快速准确获取与及时可靠上传。具体工作包括：对常见建筑物室内构型进行分类,将其分为内廊区域与大空间区域,根据两种空间的特点分别设计了三维空间下节点数量优化的固定部署方法,实现了空间全覆盖、网络全连通。该部署方法方便了位置服务协议的展开,为定位算法与路由策略的实现提供了网络基础。最后引入随机模型对节点部署方法的有效性进行了分析。在确定了节点部署方法后,根据定位场景的不同,设计了内廊区域的粗粒度定位算法与大空间区域的细粒度的定位算法。粗粒度算法以未知节点一跳邻居锚节点组合来判断未知节点大致范围,在线性空间中满足了定位需要。大空间中细粒度定位算法又分为需测距式与非测距式两类。需测距的定位过程采用改进的RSSI(Received Signal Strength Indication)测距算法,通过求解多元方程组得出未知节点估计坐标,在此过程中使用了具有群智能的并行模式搜索(Parallel Pattern Search with Swarm Update,PPSSU)算法;非测距方法先采用加权质心定位算法求出未知节点估计值,再通过简化的无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter,UKF)对所求得坐标值再精确。获取未知节点坐标后,研究了将坐标信息上传至汇聚节点的路由策略。在对无线传感网网络路由相关问题认真梳理后,提出了一种改进的位置辅助多径路由方法。改进算法的路由查找过程基于锚节点位置信息,数据转发选用节点不相交多径路由策略。与单径路由和一般多径路由算法相比,该路由算法实现了对未知节点定位信息的可靠高效传输。在算法性能分析与网络环境仿真过程中,使用Matlab和NS-2仿真软件对整个定位系统的平均定位精度、系统响应速度、数据转发时延、路径可靠性等指标进行了分析。最后得出结论：采用本文提出的定位系统可以降低部署成本,优化网络环境,准确获取人员位置坐标,可靠转发位置信息分组并及时上传,为救援和疏散提供了技术保证,为搜救工作和迅速撤离赢得主动。

关键词：节点优化部署全覆盖改进的RSSI测距加权质心算法无迹卡尔曼滤波位置信息辅助多径路由策略

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基于ZigBee的滑坡监测系统设计与优化

基于ZigBee的滑坡监测系统设计与优化

作者：吕俊达三峡大学

学位级别：硕士

针对滑坡监测系统的特点,提出并设计了一套基于ZigBee技术的监测系统。ZigBee技术是无线传感器网络技术的一种,其拥有低功耗、网络容量大、延迟短等优点,广泛应用于工业、农业等领域,并取得了良好的监测效果。传统的滑坡监测技术主要靠... 详细信息

针对滑坡监测系统的特点,提出并设计了一套基于ZigBee技术的监测系统。ZigBee技术是无线传感器网络技术的一种,其拥有低功耗、网络容量大、延迟短等优点,广泛应用于工业、农业等领域,并取得了良好的监测效果。传统的滑坡监测技术主要靠人力采集,无法做到实时监测,且获取数据受气候条件限制。本文通过对ZigBee网络技术的研究,致力于将ZigBee技术应用至滑坡监测,开发了从传感器数据采集端到上位机软件的整套滑坡监测系统,同时对ZigBee监测节点在滑坡监测过程中的信号传输质量及监测节点的部署方案进行了较为深入的研究,具体的研究成果如下:（1）基于滑坡监测系统的特征,构建出了用于监测的无线网络的整体结构。即在确定了监测区域的基础上,设计出以ZigBee自组局域网络实现对监测区域的覆盖,并将局域网内采集的数据通过GPRS+ZigBee构成的网关上传至互联网的整体网络结构方案。（2）依据实际滑坡监测时对无线网络信号质量的要求,设计并组装了以CC2530芯片作为实现ZigBee无线网络的通讯节点的核心硬件设备,并在多种自然环境下进行了节点的组网测试,研究了不同环境场景下节点间RSSI值随节点间距变化的规律,并记录采集数据。进而通过最小二乘法,拟合出RSSI值在不同环境下随节点间通讯距离变换的关系式,可定量的计算出通讯节点在不同环境下保持良好通讯质量的间距阈值,为节点在滑坡体上实际部署提供参考的同时,也为滑坡监测信号质量评价奠定了基础。（3）提出了基于数字图像处理技术与虚拟力算法相结合的ZigBee监测节点快速优化部署的仿真算法,利用在Google Earth上获取的三峡库区某处边坡的卫星图,对目标监测区域进行数字图像处理以及虚拟力算法优化部署后,快速获取了对目标区域高覆盖率监测需要的ZigBee监测节点数量以及该覆盖率下的节点部署示意图,从而为实际滑坡监测提供了一种快速确定目标监测区域实现无线网络覆盖需要多少个监测节点以及相关部署方案。结果表明,该算法较为高效,部署方案合理。（4）对整体的监测系统进行了从传感器和监测节点的硬件组装到上位机软件的开发。实现了将土壤水分计、滑坡位移计等多个传感器利用ZigBee网络技术上传采集数据,即传感器通过多种转接模块以及电路设计实现与ZigBee监测节点相链,将采集到的数据通过RS485数字信号经RS485转TTL模块传递给ZigBee节点,最后通过GPRS+ZigBee的网关传输至PC端。同时,针对滑坡监测的要求,在Qt环境下开发了上位机软件,完成了从数据接收、历史数据存储到实时曲线显示的多种功能。

关键词：边坡工程滑坡监测系统设计 ZigBee技术无线信号强度测试节点优化部署

一种基于WSN部署优化和CPCRLB的目标跟踪算法

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智能计算机与应用 2023年第3期13卷 148-156,162页

作者：高华金江潇潇王永琦上海工程技术大学电子电气工程学院上海201620

针对传统的静态无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)中存在的覆盖率低、节点能量有限等问题,本文首先提出了一种基于麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)的节点优化部署方案,提高了整个WSN的覆盖率,并降低了网络通... 详细信息

针对传统的静态无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)中存在的覆盖率低、节点能量有限等问题,本文首先提出了一种基于麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm, SSA)的节点优化部署方案,提高了整个WSN的覆盖率,并降低了网络通信能耗;其次,在节点优化部署的基础上,提出了一种基于条件后验克拉美-罗下界(Conditional Posterior Cramer-Rao Lower Bounds, CPCRLB)与能耗优化的目标跟踪算法,并设计了一种能同时兼顾跟踪精度与能耗的目标函数。仿真结果表明,本文所提算法能够有效提高网络覆盖率,并能在保证跟踪精度的条件下,最大限度地降低网络能耗。

关键词： WSN 麻雀搜索算法覆盖率能耗节点优化部署 CPCRLB

冬小麦大田中基于改进蚁群算法的传感器部署优化

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现代信息科技 2023年第14期7卷 142-146页

作者：王森姚建斌华北水利水电大学信息工程学院河南郑州450046

我国作为当今世界的农业大国,小麦的产量在很大程度上影响着我国的粮食总产量和人民的生活水平。以当今智慧农业为导向,分析了传统农业和早期智慧农业的特点及其在传感器部署方面存在的问题。利用蚁群算法并结合传感器距离、覆盖范围两... 详细信息

我国作为当今世界的农业大国,小麦的产量在很大程度上影响着我国的粮食总产量和人民的生活水平。以当今智慧农业为导向,分析了传统农业和早期智慧农业的特点及其在传感器部署方面存在的问题。利用蚁群算法并结合传感器距离、覆盖范围两个贪婪因子优化了传感器的节点部署,实现了通信覆盖范围更广、网络连通率更高、网络功耗更低的目标。仿真实验结果表明,该算法的传感器部署密度和部署数量均有明显的降低。

关键词：智慧农业小麦生长环境监测节点优化部署