黄河流域生态环境监测WSN路由优化方法研究

无线传感器网络(WSN)被广泛应用于黄河流域生态环境智能监测,传感器节点能耗和寿命是无线传感器网络路由选择面临的关键问题。为了降低路由选择过程中的节点能耗,防止节点过早死亡,将演化算法应用于WSN路由选择优化,在传统优化算法的基础上进行改进,将改进的自适应演化算法应用于路由选择优化,并随机选取黄河流域100个节点的WSN拓扑结构模型验证本算法的有效性。结果表明:改进算法和传统演化算法、蚁群算法相比,在无线传感器网络路由选择优化中,有效降低了传感器能耗,缩短了算法收敛时间,延长了WSN寿命,增强了连接可靠性,实现了黄河流域生态环境实时监测保护。     

水文无线传感网覆盖的多目标优化算法研究

在复杂的自然环境下,人工部署采集节点比较困难,可以采用抛洒水文无线传感器进行水文信息采集。传感器网络的覆盖面积与生存期限都是优化的目标,对于此类多目标优化问题,通过增加邻域搜索来改进遗传算法求问题的非支配解集,仿真结果表明,该算法能扩大解空间,改善解的质量。     

无线传感器网络在输水管道泄漏监测中的应用

针对长输管道泄漏的检测和定位问题,提出了一种无线传感器网络解决方案。它结合了强大的泄漏检测和定位算法以及高效的无线传感器节点片上系统(SoC)架构。事实上,基于压力测量,提出了一种基于泄漏检测预测卡尔曼滤波(LPKF)水管线监测(WPM)方法。对传感器采集到的数据进行滤波、分析和压缩,采用基于卡尔曼滤波(KF)的算法,而不是使用各种算法对节点电池造成严重损坏,局部低功耗预处理可以有效地节省传感器节点的功耗。     

基于无线传感网的水雨情监测节点设计关键技术研究

及时准确采集和传输信息是水雨情监测系统的基本要求.文章分析了当前水文站点对水雨情的监测技术现状,随着无线传感器网络(WSN)的应用和普及,提出了在复杂环境下建立水雨情无线传感器网络的必要性,并对组建的网络节点硬件设计和节点定位问题做了分析和研究.     

一种改进的多传感器系统网格状分簇路由协议算法(英文)

针对现有的多传感器网络系统分簇路由协议负载能量不均衡、簇头节点分布不均、网络生命期较短等问题,设计了一种新的网格状分簇路由协议算法(New Grid Clustering Hierarchy,NEWGRID).该算法利用网格分割技术将区域分割为等大的均匀区域,在以网格交叉节点为圆心的某个圆范围内进行簇头选举.该路由协议引入阈值函数选择簇头.当节点剩余能量高于阈值函数时,节点竞争为候选簇头,同时区域簇首与基站之间的通信由传统的单跳切换为多跳.仿真实验结果表明,该算法比现有的算法在多传感器网络系统能量消耗、数据吞吐量、簇头节点分布方面具有明显优势.     

神经网络式距离保护的混合训练算法

针对BP算法存在的缺陷，如训练速度慢，易收敛于局部极小点及全局搜索能力弱等，利用遗传算法能够进行全局最优化搜索这一特点，在改进的自适应遗传算法的基础上，提出了一种新的用于BP网络训练的混合算法，即改进的自适应遗传算法与BP算法相结合的混合训练方法。将所提出的混合训练方法应用于神经网络式距离保护中，利用ATP仿真计算的结果进行训练及检验,结果表明：所提出的算法与单一的BP算法相比，不仅可避免陷入局部极小点，而且提高了网络的训练速度，同时满足对距离保护的速度和精度的要求。     

网络化电能质量监测与分析系统的设计

概括了网络化电能质量（PQ）监测与分析系统的主要特性和关键研究课题。采用一种经济型的网络化监测与分析系统结构，并通过整数线性规划问题最优解求取的方法进行监测点数量和布置点的优化设计，实现系统构建的经济优化。提出了一种PQ事件源定位的改进型算法，基于虚拟PQ监视器（PQM，即电能质量采集终端）的定义实现系统覆盖矩阵和方向矩阵的扩展，经过简单的矩阵运算可实现事件源的自动精确定位。分别采用5节点环状系统和简单的辐射型配电系统验证了经济优化算法和事件源自动精确定位算法的有效性。     

基于改进MOGWO的复杂交通隧洞车辆定位布设优化

高心墙堆石坝填筑料运输车辆洞内定位对大坝建设智能管理至关重要。然而,当前洞内定位研究中多依据人工经验进行感知节点的布设,缺乏综合考虑感知覆盖率和通信损耗指标,且难以适应复杂隧洞环境;此外,经典灰狼算法在求解工程优化NP-hard问题时存在收敛效率低、易陷入局部最优的不足。针对上述问题,提出了基于改进MOGWO的复杂交通隧洞车辆定位布设优化模型。首先,基于对水利工程运输隧洞封闭性和受限性的探究及无线传感器多径传播特性的分析,建立了以感知覆盖率和通信损耗为优化目标的定位传感器布设数学模型。然后,采用混沌初始化、非线性时变和莱维飞行策略改进多目标灰狼算法以提高算法收敛效率和全局寻优能力,进而应用其求解上述模型,获得Pareto最优解集。最后,将提出的优化模型应用于工程实际,结果表明,优化方案相比人工经验布设方案在感知覆盖率和通信损耗方面分别优化了12.22%和26.98%,且数据丢包率低,具有一定的优越性和可行性。     

基于免疫-中心点聚类算法的无功电压控制分区

针对传统分区方法电气距离定义的缺点，提出一种新的电气距离即空间电气距离。依据系统中各节点之间无功电压变化关系，将系统各节点映射到一个多维空间中，节点之间的空间距离便是其电气距离，依据此距离将各节点进行归类，从而把无功电压控制分区问题转化为数学上的空间聚类问题。针对无功电压控制分区的特点并借鉴聚类算法，提出免疫 — 中心点聚类的无功电压控制分区算法并将其运用于IEEE 118节点系统，对分区结果进行分析并与其他算法结果比较，验证所提出的算法的准确性和可行性。     

能量获取传感网络图像压缩传输的波束成形节点选择方法

图像监测与传输的高能耗直接影响着传感网络持续监测性能,提高传感网络的传输能效性能具有重要的实际意义。为有效提升图像监测与传输的性能,研究面向图像压缩传输的能量获取传感网络的波束成形节点选择方法。首先根据能量获取的能量预测模型、波束成形的传感网络传输以及图像压缩传输模型,以最小化非目标接收基站的平均旁瓣幅值为优化目标,以节点选择数量为约束条件,建立面向图像传输的波束成形节点选择优化模型。然后提出基于改进蚁群算法(IACO)的图像压缩传输波束成形节点选择算法,提出方法中的启发函数不仅考虑能量获取能量和图像压缩与传输能量,而且在信息素更新公式中也结合剩余能量和非目标接收基站的平均旁瓣性能。通过实验仿真分析,在非目标接收节点的平均旁瓣性能和能量利用率方面,提出的IACO算法都优于标准蚁群算法(ACO)及随机节点算法,有效验证了提出IACO算法有效性。     

面向水环境监测的无线传感网络协作波束形成远距离传输优化方法

在无线传感网络技术应用于水环境的自主监测过程中,无线传感网络限制的传输距离成为制约其发展的主要问题之一。针对当前水环境监测及无线传感网络远距离传输存在的问题,提出了基于改进的高斯骨架差分进化的波束合成远距离传输优化方法。首先根据远距离传输要求建立优化模型,该模型不仅考虑接收节点方向协作波束的主瓣增益,还考虑了旁瓣对其他非接收方向的干扰问题;然后提出了改进高斯骨架差分优化方法,该方法在交叉过程中增加对旁瓣幅值的判断,加速了节点功率优化的收敛速度。实验对比和验证分析结果表明,该方法在不同主瓣增益要求条件下最小旁瓣增益性能比典型优化算法提升了6.8%~10.2%,比随机优化方法提升了31.8%~35.4%,不仅能够满足实际要求,而且能够有效减少对其他非接收方向的干扰,为实现水环境监测远距离传输提供了有效的理论和技术支撑。     

基于改进ABC-BP的大坝变形监控模型研究

针对传统大坝变形监控模型的不足,在对人工蜂群(ABC)算法给予改进的基础上,开展了基于人工蜂群(ABC)与BP神经网络的大坝变形监控模型建模原理、实现方法以及工程算例分析研究。通过引进自适应比例和平均欧式距离,克服了标准人工蜂群算法易陷入局部最优的缺点;进而利用改进后的人工蜂群算法,对BP神经网络的初始权值与阈值进行寻优。算例分析表明,将改进后的人工蜂群算法与BP神经网络技术相结合,并用于大坝变形监控模型的构建,有效提升了模型的拟合和预报能力。     

基于节点的长距离输水系统网络结构抗毁性测度

为量化长距离输水系统网络结构抗毁性,根据输水系统拓扑网络特征,分析输水节点结构重要性与网络结构抗毁性的耦联关系;从节点中心位置、节点被并行中心节点替代程度两个维度,刻画输水系统节点位置对网络结构抗毁性的影响,建立耦合中心性、容毁性的节点结构重要性表达;通过计算平均节点结构重要度,确定节点对系统破坏贡献程度,分析节点结构重要度离散水平,综合表达输水系统网络结构抗毁性。工程案例表明:处在中心且不可替代的节点最重要,对网络结构抗毁性影响最大,应重点监控并优化;节点结构重要度分布越离散,网络结构抗毁性越低。该方法可为从长距离输水网络结构视角分析其系统可靠性提供定量测度手段。     

基于图论的多定压节点管网水力计算方法的研究

多定压节点管网具有复杂的拓扑关系,可充分发挥图论的优势对其进行水力计算.通过引入虚节最和虚环的概念将多定压节点问题转化为单定压节点问题,对相关矩阵按照定压和非定压节点、虚管段和实际管段、树支和链支管段进行分块表示.推导出了采用链支流量矩阵进行管网水力计算的解析表达式,在此基础上得到了适于计算机求解的离散模型,同时将此方法应用于实际算例并与Hardy Cross法的计算结果进行了对比.     

大型物理模型无线网络设计及其数据错误率研究

通过实验测试研究了常规无线网络中数据错误率与网络节点数量、节点巡测时间之间关系。结果表明,数据错误率随节点数量增大相应增加,随巡测时间增大相应减小;为保证95%以上的数据准确率,常规无线网络节点数量应小于10、节点巡测时间大于500 ms。上述成果表明,常规无线网络无法满足大型物理模型数百个测点数据传输需求。为此,提出了一种改进型无线网络,即将常规无线网络单级结构改为主从结构,实行数据分级传输,从网络负责收集对应节点数据,再汇总至主网络,从而降低主网络交互频率及其数据错误率。应用该新型结构后,理论分析100个节点数据传输仅需10个从网络即可保证数据准确率达到95%以上。     

基于Hotbooting-Q算法的抽水蓄能电网电能交易风险识别方法

为提升电网电能交易收益以及风险识别精准度,提出了基于Hotbooting-Q算法的抽水蓄能电网电能交易风险识别方法.搭建了基于深度Q学习算法的电网电能交易博弈模型,并运用Hotbooting技术求解模型Q值表及V值表,获取最佳交易策略;同时构建了抽水蓄能电网电能交易风险识别模型,将获取的最佳交易策略输入模型,分别求解交...     

移动平台闸站监控系统的设计与实现

针对水利闸站监控系统对于应急信息和措施的需求, 提出了移动平台水利闸站监控系统。首先分析了系统的 整体框架结构, 然后实现了一套移动客户端软件完成水利闸站监控的功能。将手机客户端与云平台服务器相连, 通 过网络通信方式获取闸站现场传感器信息, 远程采集和存储数据, 客户端移动终端系统具有前端处理与计算能力通 过移动无线网络访问服务器, 实现了对多控制节点的远程监控。结果表明该系统能及时有效地获取闸站水利信息 并进行调度, 提高了水利信息化水平。     

基于复杂网络方法的既有雨水管段脆弱性判定

为减轻城市暴雨造成的洪涝灾害,找出影响既有雨水管段脆弱性的薄弱环节,介绍了城市雨水管网系统脆弱性及雨水管段脆弱性的概念,总结了既有雨水管段脆弱性所涉及的影响因素,综合分析了各功能模块之间的相关程度,并且在此基础上结合复杂网络拓扑模型,提出了一种利用节点的重要度来确定既有雨水管段脆弱性判定的方法。结果表明,该方法能够体现节点之间的重要性差异,使节点脆弱性的判定更加准确,为后续进行城市雨水管网改造、修建提供理论依据,为将来建设海绵城市建设重要分支之一的智慧排水管网系统提供事故管段预警,提高事故抢修和维修服务的效率。     

复杂河流网络节点重要度分析

流域中,具有一定水力联系的河流、交叉口、水利工程设施等纵横交错地构成了一个复杂的河流网络.应用复杂网络理论,建立了河流网络模型,并描述了节点的重要度.将该网络模型应用于海河流域,建立了含有565个节点的海河流域网络.计算了海河流域网络节点的度指标和介数指标,并分别划分为8个等级和12个等级,对不同等级的节点进行节点重要度分析.通过对比分析节点的度指标和介数指标,证明了介数指标更能准确刻画河流网络节点的重要性.复杂网络中节点重要度分析可以为水利规划提供理论依据.     

多目标约束下给水管网水质传感器选址优化算法的研究

利用EPANET2模拟扩展周期非稳态水力水质条件下管网节点污染物浓度变化,根据各个节点被注入污染物后,在管网模拟结束时得到的选址目标值的大小来确定节点有可能作为污染物注入的节点,目标值越大,该节点被选择的可能性越大.另外,本文提出了基本粒子群算法与遗传算法交叉、变异算子相结合的整数编码的优化算法来求解水质传感器选址问题,并编制了相应的计算程序.文中结合算例,以经过归一化后的节点平均坐标作为衡量选址结果的指标,得到了不同污染物注入开始时刻、注入持续时问和质量注入速率条件下传感器选址节点平均坐标的累计分布函数图,为传感器的选址提供参考.