泥石流临灾预警无线传感器网络节能问题的研究与应用

发布时间：2020-06-29 23:18

【摘要】：由于泥石流灾害环境的复杂性和特殊性,在对泥石流广域监测方面一直以来都缺少合适的方案。而无线传感器网络拥有低功耗,低成本,快速响应等特点,可恰到好处的运用到泥石流的灾情监测当中,这对于保护坡下居民的人财安全具有重要意义。然而,在当前的无线传感器网络中存在一个普遍而又重要的问题——节点如何能够高效节能。由于节点大部分均由电池供电,节点上集成的各类传感器耗能比较大,如若让节点持续处于工作状态,电池能量将在数日消耗殆尽。这和节点需在野外工作数月的要求相背甚远。当前,对于无线传感器网络节能方案的研究主要分为三个方法：1.拓扑控制协议。2.路由控制协议。3.休眠控制管理。此前学者研究的侧重点主要在于拓扑控制协议以及路由控制协议。而对于第三种方法休眠控制管理的研究较少。然而,在现如今的无线传感器网络的应用中,传感器的能耗较之节点通讯时的能耗相差无几,因此需要对节点的休眠控制管理进行深入的研究。故本文提出了一种基于小波神经网络的预测方案,实现节点的有序休眠,完成节点能耗的科学控制的目的。对节点的休眠进行科学的管理控制的方案。具体来说它有两点优势：1)当节点处于睡眠模式当中时,节点的能耗可忽略不计。故智能系统就让节点在工作模式和睡眠模式之间来回切换,周期工作；2)节点的采样率将根据环境的变化而变化。综合这两点优势可使得节点在需要工作的时候频繁工作,在需要节能的时候适时休眠,大大延长了无线传感器网络的寿命且不影响到网络的可靠性。由于泥石流爆发时监测环境的特殊性,我们并没有找到合适的低功耗的唤醒传感器来唤醒睡眠中的节点,所以本文提出采用小波神经网络的预测性能来预测下一时间点各传感数据的可能性,从而根据预测到的数据来适时的调节节点的采样率,达到延长网络寿命的同时又不削减网络可靠性的目的。众所周知,神经网络即使经过多次训练学习也将存在误差,不能十分精确的进行预测,故本文采用收敛时间与收敛精度都较为优秀的粒子群算法对其进行优化。在不过多影响网络预测时间的前提下,尽可能的提高小波神经网络的预测精度。通过以上解决方案,我们可以使得节点的寿命延长至1年半以上,同时也能够保证整个网络有效可靠。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P642.23;TN929.5;TP212.9
【图文】：

为了能够有效地减少泥石流造成的人财损失，我们必须实时的监测泥石流易逡逑发地区，结合中长期，短期和临灾预警Ｈ种方案，在泥石流爆发之前将人员和财逡逑产转移。目前的泥石流灾害监测系统大都致力于中长期或者短期的监测预警。所逡逑Ｗ本文则提出一种基于无线传感器网络p,临泥石流爆发的预警系统，即着力于灾逡逑情发生之前的几个小时。该方案能够弥补中长期、短期的缺点，并且能够结合中逡逑长期和短期优势，减少泥石流所造成的损失。在泥石流即将爆发前后这段时间内，逡逑止壤内部压力，王壤水分及节点位移都将发生明显的变化。为此我们在节点上逡逑集成了止壤内部压力传感器，上壤水分传感器来感知相关数据的变化达到监测逡逑泥石流动态的目的。逡逑１．２研究意义逡逑无线传感器网络拥有低成本、低功耗、自组织、易扩展等优良特点，在军事、逡逑医疗、灾难预警等各行各业都得到了相当的应用。本篇文章利用了无线传感器网逡逑络的高灵活性，高适应性的特点，无需在监测区域安排人力去现场监管，只需远逡逑

我们为了延长节点的寿命达到延长整个系统的寿命的目的，减少节点逡逑的＂最坏响应时间＂此达到提高系统的可靠性的目的。所从当Ｒ越大之时，我逡逑们所提出的方案在系统中发挥的效果越好。图５－６为Ｈ种不同方案的质量比的柱逡逑状图。逡逑Ｒ逡逑０．３２５邋逦邋逦－－邋－‘＂－…－…．－一＾邋邋邋邋邋邋邋邋邋￣……－－……－逡逑0．

本文编号：2734488