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基于无线传感网的边坡防灾监测关键技术研究
| 论文题名： | 基于无线传感网的边坡防灾监测关键技术研究 |
| 关键词： | 铁路运输;边坡防灾监控系统;程序设计;无线传感器网络 |
| 摘要： | 我国是一个多山川等复杂地质环境的国家。随着我国铁路建设的快速发展，山区铁路里程在全国铁路总里程中占的比重越来越大。由于多雨水气候的山区地质灾害发生频繁，所以需要将边坡防灾监控系统部署在此区域的铁路沿线，以防止铁路的安全正常运营受到坍塌、泥石流等自然灾害的影响，避免其危害到国家和人民的生命财产安全。 随着计算机技术、网络技术、微电子技术和无线通信技术的飞速发展，低功耗和多功能的传感器得以应用而生，使得大规模廉价的小型传感器可以部署在被监测区域内，无线传感器技术的应用范围也将更加广泛，为铁路沿线的边坡防灾与监测带来了新的研究方向。本文根据铁路边坡防灾监测的需求，设计了采集节点模块、网关节点模块和地面服务器模块三部分组成的完整的防灾监测系统。通过各个模块的协调工作完成对山区铁路沿线的地质环境进行监控，预测和防治坍塌、滚石等突发事件，并及时向调度中心的工作人员发出预警信息。 由于传感器节点自身能量有限，而山区边坡环境复杂恶劣，不利于对传感器节点进行更新或者能量补充，所以传感器节点的能耗速率将是决定边坡防灾监测系统性能和寿命周期的关键。本文分析了传感器节点的能量消耗的分布情况，指出了能耗主要发生在数据传输阶段，所以为了提高系统性能，需要设计一个良好有效的无线传感网路由协议。在分析对比当前几类常用的无线传感网路由算法之后，针对分簇算法和蚁群算法的不足点，结合边坡防灾监测系统路由的特征，提出了基于虚拟网格非均匀分簇的蚁群改进算法，对选举簇头的方法和簇头网络间的路由进行了优化。在分簇阶段，算法将节点的剩余能量和位置信息作为非均匀分簇的主要因素。在簇头网络路由阶段，算法将剩余能量和路径适应度作为节点下一跳概率选择的依据，并且将求解过程中最差解的负反馈融入信息素的更新策略中。最后，为算法的实现设计了协议报文和相邻节点表的数据结构。仿真实验结果表明，在边坡防灾监测系统中，改进后的算法，加快了寻找最优路径的过程，降低了节点的能量损耗，使网络的能量负载更加均衡，有效延长系统的生命周期。 |
| 作者： | 潘勇卓 |
| 专业： | 软件工程 |
| 导师： | 刘峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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