變形監測中無線感測器網路套用的理論與技術

《變形監測中無線感測器網路套用的理論與技術》是依託武漢大學，由徐亞明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：變形監測中無線感測器網路套用的理論與技術
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：徐亞明
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

無線感測器網路具有安裝省時省力、組網方便、造價低廉等優點，在變形監測領域將具有廣闊的套用前景。但是無線感測器節點本身存在著計算能力有限，能量有限及傳輸頻寬有限的特點，欲實現大規模套用仍存在亟待解決的問題。本項目擬以無線感測器網路套用於變形監測中的理論與技術展開研究，重點關注時鐘同步、數據壓縮、數據傳輸和數據處理等關鍵問題。採用理論分析、實驗研究、仿真分析及實際測試相結合的方法，建立時鐘同步精度的供需模型並實現相應的時鐘同步機制。在揭示監測數據時空相關程度的基礎上探索適用於無線感測器網路的分散式數據壓縮算法。結合各類監測數據的特點設計實現高效可靠的無線感測器網路多跳數據傳輸協定。利用不同類型監測數據各自的特點進行協作處理，提高監測成果的可靠性。其研究成果將解決變形監測領域套用無線感測器網路的關鍵理論和技術問題，對於拓展無線感測器網路的套用具有積極作用。

結題摘要

無線感測器網路具有安裝省時省力、組網方便、造價低廉等優點，在變形監測領域將具有廣闊的套用前景。但是無線感測器節點本身存在著計算能力有限，能量有限及傳輸頻寬有限的特點，欲實現大規模套用仍存在亟待解決的問題。本項目以無線感測器網路套用於變形監測中的理論與技術展開研究，主要展開了以下四個方面的研究：（1）時鐘同步精度供需模型及協定設計研究；（2）時空相關性分散式數據壓縮算法探索；（3）可靠的無線數據傳輸協定研究；（4）GPS軟體接收機與偽衛星的協作處理研究。時鐘同步方面，提出了一種新的全網路時鐘同步算法，該算法同時考慮了整個監測網路中所有節點的相位偏差和頻率偏差進行集中式計算，並顧及了各節點與其所有鄰域節點之間的時鐘同步參數關係，克服了基於生成樹和泛洪算法的不足，能夠提高全網路的時鐘同步精度並降低全局偏差和局部偏差。數據壓縮方面，從壓縮比、計算複雜度、能量效率、失真率及時間延遲等數據壓縮算法的評價指標出發，對於符合聯合稀疏模型的數據組來說，分散式壓縮感知的數據壓縮性能優於各自獨立壓縮感知。傳輸協定方面，提出了一種結合時空相關性的無線感測器網路節點數據補全算法。選取了相關項目的監測數據進行測試。並採用均值插補法、臨近插補法和所提出的時空相關性插補法進行對比，結果顯示時空相關性插補法能達到較好的效果。在軟體接收機方面，介紹了一種基於雙天線接收機的偽衛星定位技術，雙天線之間的距離固定且小於偽衛星信號載波波長的一半。將兩組載波相位測量值進行單次差分，通過非線性最小二乘方法解算出雙天線連線中點的空間坐標，用雙通道軟體接收機輸出的實測數據，驗證了這種利用載波相位差值的偽衛星定位方法能夠達到亞米級的定位精度。最後利用所研製的基於無線感測器網路的變形監測系統在核安全殼表面裂縫監測中進行了套用，體現了其優越性。