《基於空間耦合壓縮感知的複雜流場煙羽精確捕獲研究》是依託天津大學，由孫彪擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於空間耦合壓縮感知的複雜流場煙羽精確捕獲研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫彪
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
面對日趨嚴重的城市突發環境污染問題，開展針對毒害氣體泄漏的複雜流場煙羽捕獲研究，對保障人民生命及財產安全，促進經濟社會的和諧發展具有重大現實意義。由於當前氣體感測器存在採樣率瓶頸，導致煙羽捕獲精度難以提高。為解決此難題，本項目擬研究基於空間耦合壓縮感知的煙羽捕獲方法，以達到降低採樣率、提高捕獲精確度的目的。為此，本項目系統地開展以下幾方面的關鍵基礎問題研究：建立與真實煙羽更吻合的煙羽稀疏信號模型，提升仿真研究的可信度；研究空間耦合矩陣的測量機理及最最佳化設計方法；研究基於訊息傳遞方法的分散式壓縮感知信號重建策略。本研究將為複雜流場中的煙羽精確捕獲研究提供理論支持。研究成果在毒害氣體泄漏監測、生化反恐/排爆等諸多方面有潛在套用。
結題摘要
面對日趨嚴重的城市突發環境污染問題，開展針對毒害氣體泄漏的複雜流場煙羽捕獲研究，對保障人民生命及財產安全，促進經濟社會的和諧發展具有重大現實意義。由於當前氣體感測器存在採樣率瓶頸，導致煙羽捕獲精度難以提高。為解決此難題，本項目旨在研究基於空間耦合壓縮感知的煙羽捕獲方法，以達到降低採樣率、提高捕獲精確度的目的。為此，本項目系統地開展了以下幾方面的關鍵基礎問題研究：建立與真實煙羽更吻合的煙羽稀疏信號模型，提升仿真研究的可信度；研究空間耦合矩陣的測量機理及最最佳化設計方法；研究基於訊息傳遞方法的分散式壓縮感知信號重建策略。在研究過程中，本項目取得了一系列重要成果，具體如下：（1）建立了一個開源多場景氣體信號資料庫，採集了室內、室外、風洞三種環境下的1000多段氣體信號數據，可為相關領域的研究人員提供可靠的測試和對比實驗數據集；（2）提出了適用於氣體濃度信號的多通道分析稀疏模型，可為相關領域的研究人員提供良好的信號稀疏表達工具；（3）提出了基於深度學習理論的壓縮感知採樣架構，實現了採樣—量化—重建的端對端設計方式，可為壓縮感知領域研究人員提供理論及硬體架構支撐；（4）國際上首次提出星型及環形多通道氣體感測器架構，不僅具備大尺度複雜流場中的煙羽信息採集能力，而且能夠準確獲得氣味泄漏源的空間方向信息，提高了煙羽捕獲系統的性能；（5）設計了兩類新型壓縮採樣矩陣，可有效降低壓縮採樣硬體複雜度，提升系統續航時間，可廣泛套用於大規模無線感測器網路、無線體域網等能量供給限制較大的場合；（6）設計了三類新型壓縮重建算法，能夠為相關領域研究人員提供面向各種不同類型套用場景的壓縮感知重建算法綜合工具。綜合以上研究成果，本課題能夠為複雜流場中的煙羽精確捕獲研究提供理論及技術支持。研究成果在毒害氣體泄漏監測、生化反恐/排爆等諸多方面有潛在套用。
