光纤传感网鲁棒性评估模型及其应用研究

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光纤传感网对国家重大灾害预警、工程结构健康监测等领域都具有十分重要的意义,然而目前还没有专门针对光纤传感网的鲁棒性评估体系,人们对光纤传感网的鲁棒性评估只停留在定性的、模糊性的阶段。针对这个问题,本论文对光纤传感网的鲁棒性评估问题进行了有益的探索,提出了一种光纤传感网鲁棒性的评估方法和量化指标,将光纤传感网对整个监测区域的覆盖率的数学期望定义为光纤传感网的鲁棒性,由此建立了光纤传感网的通用鲁棒性评估模型,实现了鲁棒性定量且直观的评估。在此基础上详细说明了线形、环形、星形以及总线形这四种基本拓扑结构的鲁棒性计算过程,给出了这四种拓扑结构的鲁棒性的表达式。利用支持向量机和蒙特卡洛方法,从模拟和实验两方面研究了衰减系数、阈值、传感器个数、拓扑结构及监测区域等因素对鲁棒性的影响。最后完成了模型的实验验证并将该评估模型应用到几种具体的实例中,验证了模型的有效性和正确性。本论文的工作对判定光纤传感网的适应能力、应用场合以及对传感网的方案设计具有重要指导意义。本论文的主要工作:1.提出了针对光纤传感网的鲁棒性评估方法与量化指标,建立了光纤传感网的鲁棒性评估模型,为解决光纤传感网中鲁棒性评估存在的模糊性问题提供了一个可行的方案。2.结合支持向量机,从模拟和实验上分别验证了仅用较少数量的分立式光纤传感器就能实现整个监测区域的连续分布式测量,并由此得出光纤传感器的感知模型。3.基于鲁棒性评估模型,理论推导出四种基本拓扑结构鲁棒性的表达式。通过模拟分析了传感器概率模型中的衰减系数α、阈值函数中的阈值γ、传感器的个数、拓扑结构及监测区域对鲁棒性的影响,并完成实验验证。4.基于蒙特卡洛方法,对该鲁棒性评估模型进行了误差分析。分别计算了四个传感器组成的线形、环形、星形、总线形及一种双环形拓扑结构的鲁棒性,计算结果表明相同情况下双环形结构的鲁棒性要高于其它四种拓扑结构。
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