基于WSN的气体源点定位技术研究

摘要

近年来，工业的发展尤为迅速，工厂在生产过程中会产生工业废气，有些废气会对我们的生活造成严重影响，同时还会对我们生存的环境造成严重的污染。化工厂有时候会出现意外突发状况----化工气体泄漏事件，当突发事件发生时，如果能够对泄漏点迅速定位，就能迅速对泄漏事件做出反应，大大降低气体泄漏带来的影响。气体源的定位是通过一定的方法对气体排放源头进行迅速定位，以便于对气体污染做出迅速处理。随着各种微型传感器的出现，无线传感网络以其低成本，低功耗的优点被广泛的应用到军事、环境、医疗等领域。
　　本研究主要内容包括：⑴针对各种不同的无线传感网络定位技术进行了分类和讨论，介绍了几种在研究中常用的定位算法，并分析了这几种定位算法的优缺点以及其局限性。⑵针对气体扩散的物理特征以及影响气体扩散的一些因素进行简单的分析，同时还介绍了研究中常用的气体湍流扩散模型和高斯烟羽模型，在无风和有风的条件下对气体湍流扩散模型进行论述，随后对高斯模型进行了简单的分析和仿真论证。⑶采用等值线对气体扩散进行模拟。介绍了等值线的绘制工具和绘制方法，随后介绍了Surfer软件绘制等值线的优势，接着本文以具体实例对利用Surfer软件绘制等值线的步骤进行详细的介绍，并对气体等值线的一些规律进行阐述，同时还对绘制的气体扩散等值线进行了简单的分析。⑷对研究中常用的气体源点定位的算法进行了简单的论述，结合不同算法的优缺点，本文采用加权质心定位算法针对无风条件下的气体源点进行定位，并根据具体的实验进行仿真验证，验证了加权质心算法的可行性。针对有风条件下加权质心算法定位误差较大的问题，本文结合粒子滤波定位器的特点和适用范围，采用粒子滤波算法来对气体源点进行定位，以降低有风条件下系统对气体源点定位的误差。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 课题的研究现状

1．3 主要工作和文章安排

第二章 基于WSN的定位技术

2．1．1 系统整体方案

2．1．2 检测节点模块

2．1．3 协调器模块

2．2 定位的分类

2．2．1 相对定位和绝对定位

2．2．2 需要测距的定位和无需测距的定位

2．2．3 集中式定位和分布式定位

2．2．4 递增式定位和并发式定位

2．3 典型定位算法

2．3．1 TDOA定位算法

2．3．2 三边定位算法

2．3．3 质心定位算法

2．3．4 DV-Hop定位算法

2．4 有关名词

2．4．1 定位相关的术语

2．4．2 性能指标

2．5 本章小结

第三章 气体扩散模型

3．1 影响因素

3．1．1 环境因素

3．1．2 地理因素

3．2 湍流模型

3．2．1 无风条件下扩散模型

3．2．2 有风条件下扩散模型

3．3 高斯模型

3．4．1 等值线简介

3．4．2 等值线的绘制方法

3．4．3 绘制等值线

3．5 本章总结

第四章 气体源点定位算法研究

4．1．1 气体源三边定位算法

4．1．2 气体源多边定位

4．2．1 气体源质心定位算法

4．2．2 气体源加权质心定位

4．2．3 实验仿真

4．3 有风条件下气体源点定位技术研究

4．3．1 贝叶斯滤波算法

4．3．2 基本粒子滤波器

4．3．3 序贯重要性采样

4．3．4 序贯重要性重采样

4．3．5 气体源点的粒子滤波定位算法

4．3．6 实验仿真

4．4 本章总结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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