面向林火监测的无线传感器布局规划模型

针对林火监测无线传感器的特点, 基于遗传算法建立一个传感器规划模型. 该模型在规划过程中通过考虑林区地形、 传感器信号范围和信号穿透力等因素, 根据所使用的传感器个数和覆盖度要求等约束条件终止算法, 其收敛速度和迭代次数可控, 可用于地形变化较大的林区火险监测传感器的布局规划, 用尽可能少的传感器满足对林区的覆盖度要求.     

国家重点生态功能区植被覆盖度变化及其对地形因子的响应——以湖北省长阳县为例

区域植被覆盖变化监测是研究资源环境承载力的基础,其对区域可持续发展至关重要.该研究基于2000年—2015年的NDVI数据,借助于偏差分析、变异系数分析、地形差异修正指数模型等方法,对县域植被覆盖度变化特征及其对地形因子的响应进行研究,主要结论如下:1)2000年—2015年植被覆盖度整体上处于较高水平,呈现出小幅度的...     

基于山地植被指数估算临县植被覆盖度

植被覆盖度是生态环境监测的重要指标,而复杂地形因素影响对山地植被遥感信息的准确提取.以山西省临县为研究区,采用归一化植被指数(NDVI)和归一化差值山地植被指数(NDMVI)分别估算临县2011年7月和2016年4、7、9、12月的植被覆盖度,在对比分析植被指数地形敏感性的基础上,分析黄土丘陵区复杂地形条件下NDMVI对植被覆盖度的估算效果,并对临县近年来植被覆盖度的变化情况进行分析.结果表明:2016年4月使用NDMVI覆盖度估算模型的地形敏感度最弱,估算植被覆盖度的效果最好.从2011年至2016年临县植被覆盖度整体呈现增加的趋势,中高度(50%～70%)、高度(70%～100%)植被覆盖度区面积增加约20%.在空间上,临县中部黄土丘陵沟壑区、西部黄河沿岸丘陵基岩裸露区植被也有了明显的改善,植被覆盖度由中低度、中度覆盖区转为中高度和高度覆盖区,植被覆盖度改善明显.归一化差值山地植被指数(NDMVI)更适合于山地区域植被覆盖度估算.     

不同树种对林间无线传感网信号传播特性的影响

为保证在智慧林业中无线传感器网络信号采集与传输的准确性,探究不同树种对林间无线传感网信号传播特性的影响。本文基于无线信号衰减模型,在五种林区环境中,分别研究了433MHz和2.4GHz频段无线信号的衰减规律,利用对数距离衰减模型对信号接收强度值进行拟合。结果表明：五种环境下信号衰减指数介于2.297～2.853之间,拟合优度在0.907～0.967之间,信号接收强度值与距离之间的关系均符合对数距离衰减模型;通过对不同树种林间两种频段信号的传输衰减特点分析可知,林间无线传感器信号传输的主要影响因素为林分郁闭度,以及低矮灌木等林间障碍物密度,树种不是决定性因素。本文还为实现林区环境中无线传感器网络高效、合理规划和部署提供了重要的参考价值。     

基于遗传算法的无线传感器网络覆盖问题的多目标优化

覆盖是无线传感器网络的一个基本问题,在确定的监测区域内,使用尽可能少的传感器节点而又能实现最优的覆盖度,这样不仅节约能源,而且减少信道访问冲突,延长网络的生存周期.本文对无线传感器网络的覆盖问题进行了研究,建立了网络覆盖问题模型,并通过基于Pareto排序的遗传算法来求解这个多目标优化问题.     

地形调节植被指数构建及在植被覆盖度遥感监测中的应用

提出一种无需异源数据支持就能有效消除山区地形影响的地形调节植被指数(TAVI).以Landsat TM影像为数据源,采用TAVI进行复杂地形山区植被覆盖度遥感监测;并选择典型样区进行植被指数与太阳入射角余弦值cosi回归分析、比较,定量验证地形调节植被指数抗地形影响的效果.结果表明,TAVI与cosi一元线性回归方程斜率仅为0.01,相关系数只有0.01,TAVI获得预期的抗地形影响的效果;利用TAVI反演的植被覆盖度空间分布呈面状展开,没有出现地形纹理状的分布形态,获得了满意的抗地形影响的效果.     

鄂尔多斯市棋盘井镇植被覆盖度变化空间特征

通过2001年、2009年和2017年3期Landsat影像及DEM数据,基于像元二分模型,利用重心迁移、动态度模型、差值分析等方法,分析了鄂尔多斯棋盘井镇植被覆盖度时空变化特征,并探讨了地形因子对研究区植被覆盖度空间分布的影响.结果表明:在整个研究期,棋盘井镇植被覆盖度总体呈上升趋势,植被覆盖以中、高植被覆盖度为主,所占比重达到65.0%以上;动态度分析中,极低植被覆盖度动态度变化程度很大,低植被覆盖度动态度变化程度中等;中、东部空间变化明显,极低、低植被覆盖度向西南方向迁移,中、高植被覆盖度向东北方向迁移;植被覆盖度随着高程、坡度的增长呈逐渐递减的趋势,在高程为1 000～1 600 m、坡度为3°时植被覆盖度较高,坡向对植被覆盖度的影响不明显.结论:棋盘井镇植被覆盖度整体呈上升趋势,高程、坡度是影响棋盘井镇植被覆盖度空间分布的主要地形因子.     

林区道路集材车安全装载监测模型的研究

针对林区道路出现的集材车辆超载和交通事故多发的现象,提出了基于压力传感器的集材车辆安全装载与安全车速实时监测模型。利用该模型能实时监测集材车的整车重量和安全装载重量,提供安全装载和安全车速监测与报警,可为集材车的安全装载提供可靠的监测模型。     

林区道路集材车安全装载监测模型的研究

针对林区道路出现的集材车辆超载和交通事故多发的现象,提出了基于压力传感器的集材车辆安全装载与安全车速实时监测模型。利用该模型能实时监测集材车的整车重量和安全装载重量,提供安全装载和安全车速监测与报警,可为集材车的安全装载提供可靠的监测模型。     

裂纹监测涡流传感器优化设计及试验研究

为了提高涡流传感器监测裂纹灵敏度,应用COMSOL软件AC/DC模块建立了涡流传感器监测系统模型,并搭建试验系统证明了其正确性;优化了涡流传感器的结构参数,基于优化结果试制了涡流传感器,并进行了预制裂纹监测试验.模型分析与试验结果表明:提离距离越小,基材厚度越薄,系统监测灵敏度越高;涡流传感器各通道通过裂纹区域时,跨阻抗幅值和相位都增大,以综合跨阻抗幅值和相位的变化率作为系统输出信号,提高了监测灵敏度,传感器分辨率达到1mm.     

WebGIS与WSN的林区火险监测系统设计

如何对森林火险进行实时、准确的监测预警,进而为林火的预防和灭火指挥提供决策支持,已成为急待解决的问题。以林区火险灾害预警为背景,应用无线传感器网络(WSN)与网络地理信息系统(WebGIS)技术,设计了一套能够实时对林区火险监测并预警的分布式监测系统,旨在实现火险信息的实时采集、传输、管理、分析和发布等功能。使用带有zigbee网络节点的烟雾传感器、温湿度传感器、风力传感器等模块采集林区环境信息,经过Sink网关汇聚前端节点数据后,通过GPRS(或CDMA)等无线通信方式传送至监控中心,系统监控中心根据接收到的环境数据进行分析和处理,以电子地图的形式展现火险监测和预警情况。介绍了Web地图服务系统结构及WebGIS软件平台,叙述了无线传感器网络的组成及工作原理,给出了本系统的软硬件设计方案及系统具备的主要功能。实验测试结果表明,该系统具有对重点林区的火险情况进行实时监测、火险预警、信息发布服务以及为相关职能部门提供决策支持等功能,具有较好的应用前景。     

CFRP预警传感器的研究

利用碳纤维增强复合材料(CFRP)的导电性和压电效应,根据碳纤维断裂时所形成的电阻阶跃信号,分别采用直接铺层和预先铺层2种方法制成对结构不同状态进行监测的CFRP预警传感器,该预警传感器具有造价低、耐腐蚀、监测信号易于获取等优点,并将此传感器应用于5根钢筋混凝土梁的试验研究.结果表明,CFRP预警传感器对于钢筋混凝土梁宏观行为的预测具有较好的效果,在混凝土开裂、钢筋屈服等关键时刻,其电阻信号发生突变,触发预警信号,该传感器对于钢筋混凝土类构件的监测具有实用性.     

颗粒速度对电磁式磨粒监测结果一致性的影响机制

随着机械系统复杂程度及运行可靠性要求的逐渐提高，电磁式磨粒在线监测传感器被广泛研究并逐步应用于机械设备磨损状态监测领域.针对润滑油液中金属磨损颗粒运动速度的随机性导致电磁式磨损颗粒检测传感器检测结果一致性差的问题，建立了交变磁场中金属球体磨损颗粒磁特性模型，研究磨损颗粒局部磁感应强度分布规律以及磁能扰动计算方法；同时提出并实验测得了非铁磁性磨损颗粒的磁能损耗系数，进而对传感器输出的颗粒信号进行补偿.实验表明该方法可以消除磨损颗粒运动速度对传感器输出信号幅值的影响，极大地提高传感器对非铁磁性磨损颗粒检测结果的一致性.     

轧机工作辊振动在线监测的新方法

根据轧机振动监测的技术要求和轧机工作辊高速回转、频繁变换位置的工作特性,选择振动位移为监测参量,提出一种位王跟踪、非接触式直接监测工作辊振动位移的新方法,对测点位王的布王等进行分析.根据涡流位移传感器,设计一种具有快速自动移位功能的传感器系统,并对传感器的位置控制和轧机工作辊的振动监测系统进行了研究.研究结果表明,用直接监测位移法直接测得的工作辊振动位移时,所用频率低于500 Hz,避免了轴承振动信号的干扰,无工频噪声,因而信噪比高;而在用测试工作辊轴承座加速度的传统方法获得的信号中,工频干扰等噪声很严重,几乎淹没了有用信号,无法客观提取其低频段的振动频谱特征.     

有效监测时间和范围的一氧化碳传感器优化布置

为确定易自燃煤矿一氧化碳传感器的合理数量和位置,采用Dijkstra算法,求得任意两个节点间的最短路径,建立了邻接节点路径矩阵和邻接节点时间矩阵.规定一个有效监测时间,把邻接节点时间矩阵化为有效监测矩阵,从而得到各节点的有效监测分支集合.利用极小边支配集原理提出了最少全覆盖布点法,给出了一氧化碳传感器的优化布置方案.研究结果表明:有效监测时间不同,布点的数量、位置以及分支覆盖度也不同.     

纯电动汽车电子加速踏板可靠性控制研究

为确保加速踏板信号的可靠性,采用非接触式霍尔传感器作为电子加速踏板位置传感器,对踏板位置传感器信号提出一种改进的一阶低通滤波算法,进行2次滤波消除信号突变,并结合电动汽车电机驱动特性对加速踏板位置传感器信号进行故障诊断.通过建立踏板信号控制模型仿真,测试了整个控制过程的可靠性.结果表明,踏板信号出现毛刺及过高、过低或同步误差较大等异常时能准确判断出各种故障状态,该控制方式可满足纯电动汽车电子加速踏板可靠性控制的要求.     

基于Landsat影像的多时相植被覆盖度与地形因子关系研究——以平潭岛为例

以平潭岛作为研究区,运用线性混合像元分解法从遥感影像中反演1992年、2002年和2013年3个时相植被覆盖度,用数字高程模型(DEM)提取坡度、坡向和高程数据.将植被覆盖度与3种地形因子进行空间叠加分析,以研究该海岛植被长势与地形间的联系,对生态环境保护提供参考建议.研究结果表明:在平潭岛的平坦和缓坡地区,以低植被覆盖度为主,随着坡度上升,高植被覆盖度面积比例增加,在25°~35°坡度范围达到峰值,最后又下降.坡向对研究区植被覆盖度的影响微弱,不是主导植被长势的重要地形因子.低高程区的植被覆盖度低,高程变大,植被覆盖度也增大,在高程大于310 m的地区,受热量降低影响,植被覆盖度下降.后10 a植被下降较前10 a明显,虽有山区植被改善,但是建设区和地势低平区破坏越来越严重,需重点治理.     

基于GF-1遥感数据的大兴安岭林区雪水当量反演

【目的】以Landsat-8卫星数据为对照,探索国产GF-1卫星数据对林区积雪特征的估测能力,实现基于国产卫星对东北林区雪水水文过程的监测。【方法】以大兴安岭北部林区为研究区,结合同期的地面雪水当量野外观测数据,利用偏最小二乘回归与BP神经网络两种方法建立线性与非线性雪水当量反演模型。通过平均均方根误差(E_(RMSE))、平均相对均方根误差(r_(RMSE))和平均估测精度这3个评价指标对所建模型进行对比评价。同时,利用两种遥感数据建立的最优模型对研究区内雪水当量分布特征进行反演,并对反演结果进行对比分析。【结果】基于GF-1数据所建立的线性与非线性模型性能均略低于以Landsat-8数据构建的模型,其中GF-1数据最优反演模型精度为80.3%,较Landsat-8反演模型低1.6%;基于GF-1数据反演的雪水当量值与Landsat-8的基本相同;两类遥感数据反演得到的雪水当量在空间分布特征上基本一致,均反映了雪水当量与地形、植被及土地利用类型的高度相关性;由于山地林区植被和地形复杂,并且春季升温过程中地面积雪日消融速率快,GF-1数据以其高空间与时间分辨率上的优势能够更好地对研究区雪水水文过程进行监测。【结论】国产GF-1卫星能够替代Landsat-8卫星成为对大兴安岭北部林区雪水水文过程监测的遥感数据源。     

电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应

基于电涡流位移传感器测量原理,建立叶尖间隙的有限元模型.根据涡轮发动机等旋转叶片设备叶尖间隙的结构特征与测量需要,建立了具有矢量特性的叶片点阵模型.分析叶片厚度、叶片转速、传感器敏感区大小、信号采样速率引起的空间滤波效应,以及对叶尖间隙测量结果的影响.研究结果表明,一定叶片厚度情况下,叶片转速、传感器敏感区、信号采样速率存在最低要求,这一结论可为叶尖间隙测量系统设计提供重要理论依据.     

基于功率传感器的刀具磨损量预测方法

使用功率传感器监测机床加工功率,和切削力、声发射等传感器相比,功率传感器具有实用性强、对加工过程无影响等优点.针对采集到的功率信号,在分析信号特征相关性的基础上,提出了一个多目标优化RP-SBL的刀具磨损量预测方法.对信号特征进行后处理(Re-processing,RP)消除电网波动和切削中其他偶然因素的影响,进一步提高特征对刀具磨损敏感性.基于处理后的特征,运用稀疏贝叶斯学习(Sparse Bayesian Learning,SBL)方法建立刀具磨损量预测模型.此外,使用非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic Algorithm II,NSGA-II)对SBL模型相关参数进行优化以提高预测精度.实验研究表明,该方法能够实现刀具磨损量的准确预测.不同预测方法的对比表明,通过特征后处理提高信号特征对刀具磨损的敏感性,保证了刀具磨损量的准确预测,对SBL模型参数进行优化可进一步提高预测精度,减小预测误差的最大值.