面向中小型堤坝安全监测的无线传感器网络感知服务质量模型研究

针对防汛期间中小型堤坝出险形式多、隐患复杂多变、危害性大、难以及时监测的特点，利用无线传感器网络在时空尺度上监测的优势，基于多维灰色评估和随机稳定性理论与方法,建立及时、现场、低功耗、生命力强的网络监测体系。本项目在现有研究成果的基础上，在满足感知服务质量的约束条件下进行中小型堤坝安全监测的关键理论与技术研究，通过仿真和实验验证并改进相关理论研究结果。其核心思想是构建堤坝出险的感知模型，分析堤坝出险时的信号能量和频率频谱的特征变化，提出基于感知服务质量的决策融合模型及网内信号处理协同优化算法。本项目研究将为无线传感器网络与多维灰色评估理论和随机稳定性理论的结合提供借鉴，为中小型堤坝安全监测提供新思路和新方法，对保障人民生命财产和工农业生产都具有重要的意义。

堤坝会随着使用时间的延长而出现越来越多的安全隐患，需要对堤坝进行长期、有效的安全监测，从而能够及时、准确地做出决策和预警。本项目采用随机稳定理论和多维灰色评估理论等多个理论与无线传感器网络技术相结合的新方法，从理论分析、算法设计和实际应用三个层面展开研究，取得的主要创新成果如下：（1）提出了一种针对中小型堤坝特征的安全评估体系，包括基于多维灰色预测的堤坝安全监测模型、堤坝安全指标体系、基于无线传感器网络的堤坝质量评估机制、基于半马尔科夫链的节点能耗模型及针对中小型堤坝监测而设计应用的无线传感器配套设备。（2）设计了相关的路由算法和协议，包括跨层设计中的QoS体系结构、基于蚁群优化的无线传感器网络路由算法、异构WSNs负载平衡的HLBCTP协议设计、改进APIT定位算法等。（3）建立高效、便捷、可重构的堤坝监测原型模型；并提出了一种新的强化缓冲算子构造，研究了基于RBAC模型的权限管理改进模型以及一种适用多种类型嵌入式操作系统的PBHT调度算法等。