基于太阳辐射的无线传感器网络气温数据修正算法研究

发布时间：2017-08-26 15:17

  本文关键词：基于太阳辐射的无线传感器网络气温数据修正算法研究

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【摘要】：随着无线传感器网络技术的飞速发展,基于此技术的无线气象传感器网络这一新型的气象要素监测方案被提了出来。通过使用成本非常低的集成温度传感器来监测环境气温信息,可以极大的降低气温监测的成本。然而在这种方案中,传感器在运行过程中将会受到太阳辐射、降水、风等各种气象要素的影响,使得其采样到的气温数据偏离实际数据。本文提出了一种基于太阳辐射的无线气象传感器网络气温数据修正方法,在本研究中,我们主要贡献如下：(1)提出了传感器气温数据时间序列修正方法。首先通过样条插值方法对数据进行时间样本的统一化处理；其次结合大气物理学相关知识,发现节点气温数据与标准气温数据之间的时间偏差；最后通过编程实现时间相位差的修正。实验结果表明此方法可以很大程度上修正太阳辐射为零的时间段内的气温偏差。(2)在时间差修正的基础上,根据太阳辐射数据建立修正算法。首先计算出做了时间修正后的节点气温数据与标准气温数据之间的气温偏差,其次对太阳辐射数据做相同的时间平移处理,并用统计学的方法计算得到太阳辐射-气温偏差数值对应关系表,最后使用这一关系表对时间修正后的节点气温数据做数值修正。实验结果表明,经过此轮数值修正之后,太阳辐射不为零的时间段内的气温偏差被有效地削减了。(3)在太阳辐射-气温偏差关系表的基础上,使用曲线拟合等方法,得到修正函数表达式。首先根据太阳辐射-气温偏差离散关系表,通过曲线拟合,得到具体的太阳辐射-气温偏差关系函数式；然后结合已建立的修正方法,根据这一函数推导出具体的气温修正函数式；最后将该方法得到的修正效果与使用离散表得到的效果做了对比,验证了该方法不但是可行的,而且还能进一步提高修正后温度数据的准确度。
【关键词】：无线传感器网络 太阳辐射 气温 数据修正
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 前言9-17
• 1.1 课题来源9
• 1.2 研究目的和意义9-12
• 1.3 国内外研究现状12-14
• 1.3.1 无线传感器网络的研究现状12-13
• 1.3.2 太阳辐射与地面气温的研究现状13-14
• 1.4 研究内容和方法14-15
• 1.5 研究成果15-16
• 1.6 论文组织结构16-17
• 第二章 相关理论及方法17-35
• 2.1 无线传感器网络17-25
• 2.1.1 无线传感器网络的网络结构17-18
• 2.1.2 无线传感器网络的网络协议18-20
• 2.1.3 无线气象传感器网络节点的硬件设计20-23
• 2.1.4 无线气象传感器网络的部署23-25
• 2.2 大气中的辐射能量传输与地面气温25-30
• 2.2.1 热辐射与辐射平衡25-26
• 2.2.2 太阳、地球及大气放出辐射与吸收辐射的性质26-27
• 2.2.3 地面接收到的太阳辐射能27-28
• 2.2.4 地面气温28-29
• 2.2.5 太阳辐射、地球辐射对传感器节点的影响29-30
• 2.3 数据分析相关理论30-34
• 2.3.1 数据插值30-32
• 2.3.2 曲线拟合32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 基于太阳辐射的气温数据修正方法35-57
• 3.1 无线气象传感器网络数据特征35-36
• 3.2 数据修正方法概述36-38
• 3.3 数据插值处理38-41
• 3.4 时间差修正41-45
• 3.5 太阳辐射-气温偏差关系表建立45-47
• 3.6 修正算法设计47-48
• 3.7 修正效果48-52
• 3.8 性能评估52-56
• 3.9 本章小结56-57
• 第四章 基于太阳辐射-气温偏差拟合函数的气温修正方法57-71
• 4.1 太阳辐射-气温偏差关系表的数据特征57-58
• 4.2 多项式曲线拟合处理58-62
• 4.3 实际气温估算公式的建立62-63
• 4.4 修正效果63-68
• 4.5 性能评估68-70
• 4.6 本章小结70-71
• 第五章 气温数据修正程序的设计与实现71-76
• 5.1 程序开发目的71
• 5.2 程序关键模块实现71-75
• 5.2.1 绘图模块72-73
• 5.2.2 日期选取模块73-74
• 5.2.3 数据控制模块74-75
• 5.3 本章小结75-76
• 第六章 总结和展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 进一步的工作77-78
• 致谢78-79
• 参考文献79-85
• 作者攻读学位期间取得的学术成果85
• 作者简介85
• 作者攻读学位期间参加的研究课题85
• 作者攻读学位期间发表的学术论文85
• 作者攻读学位期间取得的其他学术成果85

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本文编号：742084