[发明专利]基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种评价方法，特别是一种评价光纤传感网对于区域监测能力的方法，适用于一切分立式光纤传感器，属于光纤智能传感领域。

背景技术

光纤传感网是将大量实现不同功能的光纤传感单元和解调单元按照一定的拓扑结构有机组合在一起而形成的一种信息传感和解调网络。能够实现多参量、多点的监测和控制，在光纤传感网络中，多个传感器可以共享终端设备，由此带来的经济效益不但在于设备成本的节省，而且也涵盖了包括安装和维护在内的更主要的环节。光纤传感网络能够实时采集待测区域内监测对象的被测信息，然后将这些信息传输给控制台，实现远距离监控，对地质灾害预报、重大灾害预警、结构健康监测等具有重要意义。

传感网络能够实现对于区域内作用的物理量进行实时监测。但目前对于传感网的区域监测的研究多是提出新的方法或结构来提高传感网在区域内的覆盖率，并没有具体的提出如何量化评价传感网对一个区域的监测能力的方法。专利CN101383736A提出通过优化监测区域内的无线传感网络的节点布设，从目标检测功能的角度来提高区域的监测覆盖率。专利CN102238562A是利用元胞自动机和遗传算法来对无线传感网进行覆盖优化，在保证覆盖率的前提下降低能耗。

目前还没有提出过针对光纤传感网络及其监测能力的量化评价方法。当光纤传感网中有传感器或连接光纤损坏时，传感网对于区域的监测能力必然会有所减弱。如果能够在传感网监测能力减弱到一定程度时及时进行维修，则既可保证传感网的正常工作，又可降低维修成本。

发明内容

本发明旨在提供一种基于支持向量机（SVM）的光纤传感网区域监测能力的评价方法，利用这一方法通过计算光纤传感网对于监测区域的覆盖率，可以实现评价光纤传感网对于区域的监测能力，从而判定传感网内是否存在失效点，是否需要进行维修。这一方法适用于光纤传感网的不同拓扑结构，同时适用于温度和应力的区域监测。

 

本发明提供的基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的评价方法的步骤如下：

第1、利用软件模拟传感网对待测区域进行监测，通过模拟得到充分监测待测区域范围的光纤传感器所需的个数M；在进行现场实验时，传感网中的传感器个数应多于M，设现场实验中传感器个数为N，即N                                                M。

第1.1、利用Matlab对实验进行模拟，即在Matlab中模拟一个与待测区域大小相同的仿真区域，并按照光纤传感网的星形、环形、总线形或线形等拓扑结构，在这一仿真区域上设置传感器位置，为了能够对区域进行充分的监测，传感器的位置应保证在仿真区域内的每个方位都布设传感器。

第1.2、通过在仿真区域施加待测物理量（应力或温度），采集模拟情况下传感网的数据。利用支持向量机（SVM）进行训练及检测，得到均方误差（mse）。

第1.3、在模拟的情况下，传感器个数从1开始不断增加，直到mse基本保持不变时，记录此时的传感器个数M。在进行现场实验时，光纤传感器的个数NM。

由于模拟是在完全理想的情况下进行的，所以模拟时得到的均方误差会小于由现场实验得到的SVM的均方误差，即模拟时SVM的检测精度会高于现场实验时的检测精度。

第2、选取标准点并确定评价标准，所谓标准点是在传感网能够对待测区域进行充分监测的情况下，在待测区域内任选一点作为确定评价标准的基准点，以判断传感网能否对待测区域内的其他点进行有效监测，或当传感网中存在缺损时，对于待测区域的监测能否达到监测标准。对标准点施加待测物理量，所施加的物理量从小到大逐步增大，最大幅值应小于物理量施加在待测区域时的临界值；利用SVM进行数据处理，得到作为评价标准的均方误差；

第2.1、将第1步中的N个光纤传感器按照星形、环形、总线形或线形的拓扑结构连接构建传感网，并将该传感网布设在所要监测的待测区域上；

第2.2、在N个传感器都能正常工作的情况下，在待测区域内任选一点作为标准点；

第2.3、将待测物理量施加在标准点上，采集传感器数据；