基于无线传感网的边坡防灾监测关键技术研究.pdf

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1、学校代码密级：公开：基于无线传感网的边坡防灾监测关键技术研究学科专业软件工程培养院系计算机与信息技术学院；硕士学位论文基于无线传感网的边坡防灾监测关键技术研究作者：潘勇卓导师：刘峰北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务

2、和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期年月签字日期：如丨年月丨日学校代码：密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于无线传感网的边坡防灾监测关键技术研究作者姓名：潘勇卓学号：导师姓名：刘峰职称：教授专业学位类别：工学学位级别：硕士北京交通大学年月致谢本论文的工作是在我的导师刘峰教授的悉心指导下完成的，刘峰老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来刘老师对我的关心和指导。张宁老师、宋晓虹老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向张宁老

3、师、宋晓虹老师表示衷心的谢意。张宝鹏老师对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，张雪妹、毛伟、廖涛、贺彩峰等同学对我论文中的覆盖方案的实现与研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我的父母，感谢他们多年来对我的激励和养育之恩，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。北京交通大学硕士专业学位论文摘要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

4、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宄方向。本文根据铁路边坡防灾监测的需求，设计了釆集节点模块、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

5、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

6、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。关键词：铁路安全运营；无线传感器网络；边坡防灾与监控；路由协议北京

7、交通大学硕士专业学位论文，北京交通大学硕士专业学位论文：北京交通大学硕士专业学位论文目录目录引言课题研究背景国内外研宂现状国外研究现状国内研究现状论文研究范围本文组织结构无线传感器网络无线传感器网络概述无线传感器发展背景无线传感器网络的特点无线传感器网络的体系结构无线传感器的节点组成无线传感器网络的系统架构无线传感网能量消耗和节能技术节点的能量消耗无线传感网的节能技术无线传感器网络路由协议特殊性技术及其基本网络模型无线传感器网络路由协议要求常用的无线传感网路由协议分析常用无线传感网路由分类平面路由算法分层路由算法能量感知路由算法

8、智能模拟算法本章小结北京交通大学硕士专业学位论文目录边坡防灾监测系统系统开发软硬件平台系统的硬件开发平台系统的软件开发平台系统总体设计系统需求分析系统总体结构各功能模块的设计系统的薄弱点分析本章小结基于虚拟网格非均匀分簇的蚁群改进算法面向边坡防灾监测的路由协议分