[發明專利]光纖傳感網魯棒性實驗獲取方法

在審

• 申請號: 201510060942.3
• 申請日: 2015-02-06
• 公開（公告）號: CN104677411A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 張紅霞;宮語含;賈大功;劉鐵根;張以謨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01D21/00
• 分類號: G01D21/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 李益書

1.一種光纖傳感網魯棒性實驗獲取方法，其特征在于該方法的步驟如下：

第1、確定光纖傳感網中所需的傳感器種類和傳感網結構的基本信息；建立魯棒性參數實驗，通過實驗確定光纖傳感網中傳感器衰減系數α及傳感網閾值γ，0≤γ≤1；

在進行光纖傳感網魯棒性分析時定義了兩個重要的參數：衰減系數和閾值；

閾值是由光纖傳感網對監測區域內所要監測的物理量的測量精度決定的，取值范圍為0≤γ≤1，精度越高γ取值越小；

衰減系數α取決于光纖傳感網中傳感器類型及該類傳感器所監測的物理量種類，理想情況下，同種類型的光纖傳感器用于監測同一種物理量時的衰減系數相同；

第1.1、根據工程要求確定光纖傳感網中傳感器類型，以及光纖傳感網的拓撲結構；

在光纖傳感網中可以包含多種類型的光纖傳感器，由于不同種類型光纖傳感器的衰減系數不同，因此在進行魯棒性參數實驗之前要首先確定光纖傳感網中傳感器種類；之后根據實際工程需要確定光纖傳感網的拓撲結構；

第1.2、通過參數實驗獲得魯棒性評估所需的衰減系數α及閾值γ；

若光纖傳感網中包含n種不同類型的光纖傳感器，則在進行傳感網魯棒性評估時光纖傳感器的衰減系數也為n個，α_i為第i種傳感器的衰減系數，i=1,…,n；選取一個第i種傳感器，將該傳感器布設在監測區域內的一點S，且該點的坐標為(x_s,?y_s)，在監測區域內另選一點M作為監測點，且M點坐標為(x_m,?y_m)，之后，在M點上施加待測物理量進行衰減系數實驗，采集實驗數據，利用支持向量機算法進行數據處理，得到實驗中S點處的傳感器對于監測點M的監測能力f_i=1/???????????????????????????????????????????????，其中mse為均方差；然后，根據魯棒性評估模型中光纖傳感器的監測能力公式可得：

；

閾值γ是光纖傳感網魯棒性評估的另一個重要參數，與光纖傳感網所要達到的精度有關，因此在實際工程中根據精度要求自行定義γ的值；

第2、在待監測區域內均勻選取實驗點；分別對實驗點施加待測物理量，并分別采集光纖傳感網對每個實驗點的傳感數據；

首先將光纖傳感網布設于監測區域內，然后，在監測區域內均勻的選取實驗點，且所選實驗點的位置應避開傳感器所在位置，設在監測區域內選取m個實驗點，P_j為第j個實驗點，j=1,…,m?，實驗點的數量越多傳感網魯棒性評估的精度越高；在確定實驗點位置之后，對一個實驗點P_j施加物理量，采集光纖傳感網在監測區域內由這一物理量引起的傳感數據；如此重復，分別對所選取的每一個實驗點施加物理量，每個實驗點采集q組實驗數據；

第3、選取數據處理算法，根據蒙特卡洛方法計算光纖傳感網在該監測區域內的覆蓋率；

第3.1、確定基于遺傳算法的支持向量機作為數據處理算法，分別對每一個實驗點數據進行處理；

選取基于遺傳算法的支持向量機作為數據處理算法，利用支持向量機分別對各個實驗點采集的數據進行處理，將點P_j的實驗數據分為訓練集與檢測集，訓練集用于訓練SVM，檢測集用于檢測訓練結果；與第1步參數實驗數據處理方法相同，將檢測結果的均方差mse用于表示光纖傳感網對點P_j的監測能力f_j=1/；如此重復，分別對每個實驗點的實驗數據進行處理，從而得到m個監測能力值f_j?，j=1,…,m；

第3.2、根據蒙特卡洛方法確定光纖傳感網在監測區域內的覆蓋率C；

蒙特卡洛方法是將所求解的問題轉化為某種隨機分布的特征數，利用隨機抽樣試驗，計算該隨機事件發生的頻率，以這一頻率估計隨機事件發生的概率；將m個實驗點的監測能力值f_j?分別與閾值γ相比較，若f_j?≥γ則認為傳感網能夠有效監測P_j點；否則認為傳感網不能監測P_j點；統計光纖傳感網能夠有效監測點的數量k?，k?≤m；根據蒙特卡洛方法，光纖傳感網在該監測區域內的覆蓋率C=k/m；

第4、根據光纖傳感網拓撲結構枚舉并計算傳感網的工作狀態及概率；并根據光纖傳感網魯棒性評估模型計算傳感網魯棒性；

光纖傳感網的工作狀態取決于網絡的拓撲結構，不同的拓撲結構的工作狀態并不相同，通過枚舉光信號在網絡中的傳送路徑即可得到光纖傳感網的工作狀態；由于光纖傳感網中傳感器損壞的概率很低，因此傳感網工作狀態概率主要取決于傳感網中的連接光纖能夠正常工作的概率；若假設1cm的連接光纖損壞的概率為p，第i根連接光纖長度為L_i，則第i根光纖未損壞的概率表示為：p_i=(1-p)^Li；由此計算出光纖傳感網的工作狀態概率；最后根據魯棒性評估模型計算光纖傳感網的實驗魯棒性。