无线传感器网络中自适应数据存取

数据存取,也称信息中介,是指生产者(传感器节点)将产生的感知数据按照某种策略存放在特定的位置上,而消费者(基站、用户、传感器节点)将查询请求按照对应策略路由到数据存放位置获得感兴趣的数据.利用数据速率和地理位置信息来减少网状拓扑结构传感器网络中数据存取的代价.首先,依据生产者和消费者的关系建模为"一对一"(一个生产者,一个消费者)、"多对一"(多个生产者,一个消费者)、"多对多"(多个生产者,多个消费者)3种模型来对存取代价进行分析.其次,基于上述模型,提出利用数据速率和地理位置来确定数据存放位置的自适应全局最优贪婪算法ODS(optimal data storage)和局部最优近似算法NDS(near-optimal data storage)以及最优数据传输模式.最后,ODS和NDS都依据数据速率、生产者和消费者地理位置、网络拓扑来决定存放位置,并且通过自适应地调整来减少数据存取能量消耗.实验结果表明:NDS不仅能够节省能耗,而且在70%的情况下达到与ODS相同的效果.     

无线传感器网络中基于聚类的自适应数据存储

数据存储是无线传感器网络的研究重点.本文分析无线传感器网络中数据存储和访问的相关代价,研究了网状拓扑结构网络中数据存放位置的选择问题.将数据存储问题抽象为传感器节点聚类问题,实现了三种基于聚类的分布式数据存储方法CBDS.为了能够降低能量消耗,CBDS依据生产者和消费者的位置信息、网络拓扑信息及数据速率计算数据存放位置,并且依据这些参数的变化自适应地调整数据存放位置.实验结果表明:CBDS较传统的数据存储方法不仅减少了能量消耗,延长了网络的生命周期,并且降低了访问延迟.     

基于数据驱动的管道云边协同泄漏检测方法

随着管道运输规模的不断扩大和泄漏检测流程的日趋复杂,管道泄漏检测系统中数据采集、传输和处理等任务难度呈几何级数上升.鉴于此,针对基于数据驱动的管道云边协同泄漏检测方法展开研究,首先针对系统在数据获取方面中压力数据采集量大、数据之间存在冗余的问题,提出一种自适应数据压缩与采集算法;然后依据云边协同调度策略的需求,对云边协同系统中各个环节进行任务细粒度划分,并根据划分后子任务的计算时延和传输时延提出云边协同下管道泄漏检测系统的任务拓扑模型;最后将系统的优化目标定义为在任务执行时间限制下的边缘控制器利用率,进而通过遗传算法求解时间限制下的最优调度策略.仿真分析验证了管道云边协同泄漏检测方法的有效性,所提出方法可以实现管道泄漏事件快速报警.     

自适应云资源大块数据对象并行存取方法

对自适应云资源大数据块对象进行并行存取时,由于没有利用数据挖掘理论构建大数据对象的并行存取模型,导致并行存取的时间长、内存占比高、提取正确率低等问题,由此提出自适应云资源大数据块对象的并行存取方法.利用聚类算法对大数据块对象中的数据进行缺失值填充,并将填充后的数据进行分割处理,获取新的数据集;获取大数据块对象的输入层神经元,计算数据采样梯度函数,结合数据挖掘理论构建大数据块对象的并行存取模型;将自适应云资源大数据块对象放入模型中进行自适应寻优处理,以此完成自适应云资源大数据块对象的并行存取.实验结果表明,利用上述方法对大数据块对象进行并行存取时存取时间短、内存占比低、存取的正确率高.     

基于小样本不均衡数据的供水管道泄漏智能检测算法

针对能源电厂供水管道泄漏视觉检测存在数据样本少、不均衡等问题,提出一种基于小样本不均衡数据的供水管道泄漏智能检测算法。首先,提出一种基于多掩码混合Multi-mask mix的数据增强方法,通过随机生成掩码层对原始图像进行区域提取与混合,在Multi-mask mix中引入支持向量机(SVM)获取管道正常和泄漏特征,为混合掩码块提供更准确的先验标签;其次,提出一种均衡化策略并应用于图像层面和掩码层面,以实现数据均衡化;最后,基于深度学习的Resnet18网络模型实现管道泄漏检测与识别。实验结果表明,该算法处理图像数据后可使Resnet18模型对管道泄漏识别准确率提升1.1%～4.4%,说明深度学习模型能有效提升管道泄漏检测的分类精度,优于现有其他算法。此外,该算法现已成功应用于能源电厂供水管道泄漏检测。     

基于信息融合的管道泄漏检测应用研究

基于目前已经在石油输送管道中应用的SCADA系统,将信息融合技术应用于管道泄漏检测系统中.该方法应用管道泄漏时的多种特征信号,采用最优加权融合算法将多元信息综合处理,扩展了时间和空间上的检测范围,提高了泄漏检测系统的灵敏度和可靠性.在实验室用水泵和不锈钢管道组成的水循环系统进行了模拟实验.     

“单生产多重消费”算法的提出与实现

提出了"单生产多重消费"算法以提高局域网中的数据广播效率.该算法改变了典型"生产者-消费者"问题中消费者之间的竞争关系.通过消费者间的协同及消费者与生产者间的同步来避免对数据的重复读取与组包操作,进而提高数据传输效率.算法已通过编程实现,并应用于多个项目,实践表明,该算法是可行有效的.     

大规模无线传感器网络中基于振荡轨迹的数据存储与发现机制

在大规模无线传感器网络中,在不存在基站节点的情况下,节点组成对等网络,任何一个节点都有可能成为数据消费者节点或者数据生产者节点.传感器网络是一种资源受限的自组织网络,节点的能量和计算能力不足以支持复杂协议的设计.如何让随机产生的消费者节点和生产者节点能够有效迅速地发现对方并进行数据查询工作是传感器网络研究中的一个难点.利用数据为中心的存储策略,提出了一种振荡轨迹的数据存储发现机制.该方案要求消费者节点和生产者节点将查询或者数据存储到相应的振荡路径上.该方案不需要节点存储全局的网络信息,每个节点根据局部信息和预设的反射角度进行路由选择和数据转发.理论上,所有的振荡轨迹满足两两相交的特性,保证了数据查询成功率,而且消费者节点在查询数据时所需要的跳步距离是有界的,同时该方案能够保证数据负载的平衡.     

输油管道泄漏监测的自适应数据采集系统

管道泄漏监测与控制技术已经成为管道安全运行的关键问题,目前人为破坏导致的管道泄漏已占相当的比例;管道在运行过程中有正常的运行噪声和环境因素产生的噪声,也有管道泄漏和在管道上从事破坏活动所产生的噪声;如何实现对不同噪声信号的精确采集,是对管道泄漏点进行准确定位、确保管道安全运行的关键问题;运用现场可编程门阵列(FPGA)所具有的巨大的I/O带宽和高速的运算能力,实现了对噪声监测的自适应数据采集系统设计;系统以FPGA为核心,将数据采集、数据存储处理及数据通信等功能模块集成在一块芯片上,提高了系统的集成度;经过测试证明了系统工作稳定可靠,为利用噪声监测管道泄漏提供了基础.     

基于数据驱动的群智感知任务分配算法

摘要：群智感知技术的应用实现了人群感测作用的最大化,作为社会网络研究的核心技术之一,然而对于感知参与者的位置和轨迹不确定性的问题造成群智感知数据实时性较差。为此,本文提出了一种基于空间任务分配的移动群智任务分配算法,该算法采用动态和自适应的数据驱动方案获取最优的模式来解决感知动态化问题;算法基于公开历史轨迹的移动模型（基于马尔科夫模型）,根据初始任务按照贝叶斯推理来估算下一位置,基于该算法的数据采集策略可以实现有本地服务引导未来数据的收集,从而完成整个感知的回路反馈。本文所提出的任务分配被证明基于不确定轨迹的移动群智感知任务分配是有效的。     

基于FPGA的多传感器管道内漏磁检测系统

针对传统管道漏磁检测器检测精度的不足,提出了新式的基于FPGA的高精度管道漏磁检测系统设计,以适应813 mm管径的管道检测任务。主要介绍了系统逻辑设计,实现了多达400路传感器漏磁检测信号的采集与存储。该设计融合了多种总线协议,可有效解决管道漏磁检测中的采集速率、功耗和精度的问题。经实验验证,方案切实可行,为设计高精度管道漏磁检测系统提供了新的解决方案。     

Implementation of an energy-efficient scheduling scheme based on pipeline flux leak monitoring networks

Flow against pipeline leakage and the pipe network sudden burst pipe to pipeline leakage flow for the application objects,an energy-efficient real-time scheduling scheme is designed extensively used in pipeline leak monitoring. The proposed scheme can adaptively adjust the network rate in real-time and reduce the cell loss rate,so that it can efficiently avoid the traffic congestion. The recent evolution of wireless sensor networks has yielded a demand to improve energy-efficient scheduling algorithms and e...     

输油管道微小泄漏球形检测器的设计与实现

针对输油管道微小泄漏检测方法有限、检测成本高、阻塞管道风险大等问题,提出了新的解决方案:设计了一个基于ARM—Linux和MEMS传感器的球形管道内检测器,其直径小于待检测管道直径。详细论述了该检测方案的原理、球形检测器的硬件组成、软件设计等内容。通过在输水管道内的多次模拟泄漏实验,证明该球形检测器检测流程简单、运行安全,能有效地检测出泄漏并给出较精确的定位信息,为输油管线微小泄漏的高精度、低成本的实用检测提供了有力的技术支持。     

智慧管网算法研究与应用

随着智能信息化的发展,智慧管网在人们的日常生活和城市的发展中的需求越来越大,然而智慧管网算法问题一直是一个难题。针对管网爆管点查找模糊、流量监测数据精度不高和管网成本评估分析困难等问题,根据流向分析与缓冲分析结合的思想,设计一种基于流向的管网爆管分析算法,采用管线管网漏损率和多因素的综合资产评估方法设计了管网评估算法,采用面积比流量、沿线水头损失、水力等效原则和管网水力平差等设计了管网水力计算算法。最后通过乐山市市中区管网数据进行了实验分析,有效地实现了智能化的流量监控、预警提示、爆管点分析、智能规划维修路线以及管网成本评估等功能,达到了智慧管网算法的基本需求。     

数传电台与GPRS相结合的水厂遥控系统研究和设计

针对城镇水厂供水系统,采用数传电台与GPRS相结合的远程遥控方式,完成井群水泵控制及供水管网流量压力等相关参数采集和传输;此外,根据供水管网分布广、管线长、管道泄漏精确定位难的特点,提出负压力波-流量法诊断供水管网泄漏的方案,实现供水系统参数实时采集、处理、无线传输及远程监控等功能。     

面向管道系统的无线传感器网络三维节点部署算法

管道系统是事关国民经济发展的基础设施,而节点的三维部署问题是基于无线传感器网络的管道监控系统的基础性技术问题.首先把三维管道结构映射为XY和XZ 2个二维平面结构,分别对其进行传感器节点部署优化分析.然后在此基础上,设计了面向管道系统的三维传感器节点的部署算法.最后对算法进行了覆盖性能、连通性能以及能耗性能的评价,结果表明,该算法能有效解决管道系统节点三维部署问题,为超长油气管道、城市自来水管网及污水管网监测提供理论指导和实践依据.     

天然气管道大孔泄漏速率的建模与分析

通过对天然气管道泄漏过程的分析,建立了气体的大孔泄漏模型。对大 孔泄漏过程存在的3 种状态进行讨论分析,验证了在高压情况下只存在管内亚临界流、孔口 临界流和管内孔口都是临界流两种情况,在低中压情况下只存在管内亚临界流、孔口临界流 和管内孔口均为亚临界流两种情况,并且分析了不同泄漏点和不同压力情况下发生泄漏的速 率变化情况。采用本文的计算模型可以较好的计算出不同泄漏孔径的泄漏速率,为长输管道 的定量风险评价提供依据。     

Delay-tolerant delivery of quality information in ad hoc networks

We investigate the delivery of information in ad hoc networks. We consider information sources and information consumers, and the network in between. Information has a certain quality indicator that fades over time. Consumers (applications that process incoming data) can receive and process disseminated information from its generation time until the associated quality reaches the lowest possible level. We adopt optimal stopping theory and an optimal online search algorithm in order to study the problem of optimally scheduling information consumption. The assumptions of our study include an efficient epidemic information dissemination scheme, which is a popular scheme for wireless sensor networks nowadays. We adopt the latter scheme for a combined setting where receiving nodes delay the reporting of information to applications in search for better quality while the overall network optimizes transmissions through the epidemic abstraction. Our findings are quite promising for the engineering of delay-tolerant applications (and the relevant middleware) in ad hoc networks.     

一种无线传感网的Sink节点移动路径规划算法研究

为寻找传感节点均匀分布时Sink节点的最优移动路径和最大网络生存时间,提出一种无线传感网的Sink节点移动路径规划算法(MPOA).在MPOA算法中,将Sink节点的数据收集范围分解成多个圆环,将监测区域分解成多个网格.根据Sink节点的停留位置和多跳通信方式,采用数学公式表示每一个网格的单位节点能耗,从而获得Sink节点移动的网络生存时间优化模型.采用修正的混合粒子群算法求解该优化模型,获得网络生存时间、Sink节点的停留位置和移动路径的最优方案.仿真结果表明:MPOA算法可寻找到Sink节点的最优移动路径,从而平衡网络能耗,提高网络生存时间.在一定的条件下,MPOA算法比Circle,Rect和Rand算法更优.