基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)化環(huán)境下氨氣泄漏定位方法研究.pdf

1、近年來，隨著食品冷鏈及化工等行業(yè)的快速發(fā)展，氨氣泄漏事故發(fā)生日益頻繁，而國內(nèi)目前主要解決方法是事后處理和補救，很難做到及早發(fā)現(xiàn)及時解決。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，無線定位技術(shù)廣泛地應(yīng)用于軍事、環(huán)境、交通等各個領(lǐng)域。針對突發(fā)性的氣體泄漏事故，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到氣體泄漏事故的定位中，這對于快速找到泄漏源，及時處理泄漏事故，遏制氨氣的大規(guī)模擴散有重要的意義。在這一領(lǐng)域，雖然國內(nèi)外有很多類似研究，但是存在著很多問題，比如采用簡化

2、的氣體擴散模型、假設(shè)已知泄漏源速率、大部分為仿真分析以及沒有結(jié)合真實的結(jié)構(gòu)化環(huán)境等。
　　 本文通過理論分析、算法設(shè)計、仿真比較、實驗研究和系統(tǒng)設(shè)計，詳細(xì)地闡明了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的氨氣泄漏源定位方法實現(xiàn)的過程，并對不同環(huán)境下的定位算法做了系統(tǒng)的研究，在此基礎(chǔ)上設(shè)計了面向泄漏源定位的氨氣無線監(jiān)測系統(tǒng)，解決了目前國內(nèi)外研究中存在的不足。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)根據(jù)氨氣泄漏源定位的技術(shù)需求，研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技

3、術(shù)在結(jié)構(gòu)化環(huán)境下氨氣泄漏定位中的適用性，分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要定位算法以及在氨氣泄漏源定位中的可行性。
　　 (2)氨氣泄漏模型和擴散模型是進一步建立氨氣泄漏源定位模型的前提，通過進行仿真研究和實驗研究，分析了目前廣泛應(yīng)用的氨氣泄漏模型和擴散模型，并建立了實驗室氨氣揮發(fā)量模型以及實驗室氨氣擴散模型。
　　 (3)研究靜風(fēng)環(huán)境下氨氣泄漏源定位方法。根據(jù)實際環(huán)境的不同，在泄漏源速率已知情況下，研究加權(quán)質(zhì)心法和加權(quán)非線性最小

4、二乘法等定位算法的建立方法；泄漏源速率未知情況下，研究基于二元牛頓迭代法和非線性最小二乘法定位模型建立方法。在建立定位模型的基礎(chǔ)上，通過仿真實驗和實驗室模擬實驗，研究模型在不同面積下的定位誤差和相對定位誤差。
　　 (4)研究恒定風(fēng)速下氨氣泄漏源定位方法。通過分析目前經(jīng)典的氣體擴散模型，確定泄漏源定位算法所采用的模型。根據(jù)泄漏源速率已知和未知的情況，分別研究了基于高斯模型的分步直接測距法建立方法和基于湍流擴散模型的非線性最小二乘

5、法建立方法。通過仿真實驗和現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)，研究算法在不同面積下的定位誤差、相對定位誤差和定位誤差方差。
　　 (5)研究氨氣泄漏部件識別方法以最終實現(xiàn)精確定位。分析結(jié)構(gòu)化環(huán)境下各種器件的泄漏頻率及泄漏頻率的修正方法，并根據(jù)泄漏源定位算法的誤差和誤差方差，建立了基于置信度和基于貝葉斯理論的兩種泄漏部件識別方法。最后結(jié)合一個結(jié)構(gòu)化的冷庫機房環(huán)境，分析了兩種泄漏部件識別方法的實現(xiàn)過程以及定位結(jié)果。
　　 (6)針對目前氨氣監(jiān)測系