基于WSN的田野文物入侵偵測系統(tǒng)設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、田野文物具有重要的社會、歷史及經(jīng)濟價值。利用先進的技術(shù)手段快速有效的獲取田野文物環(huán)境狀態(tài)，評價田野文物風險等級，是建立田野文物入侵偵測系統(tǒng)的目的和發(fā)展方向。
　　課題根據(jù)田野文物保護工作實際需求，提出將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應用于田野文物入侵活動偵測中，針對田野文物監(jiān)測應用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)應用面臨的應用基礎(chǔ)性問題，如偵測對象選擇、偵測方法研究、數(shù)據(jù)壓縮及重構(gòu)、信號特征提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化、偵測系統(tǒng)構(gòu)建、工作流程等問題進行了研究，

2、主要創(chuàng)新點及研究內(nèi)容如下：
　　1.從田野文物入侵活動過程及特點出發(fā)，結(jié)合對現(xiàn)有方法的研究基礎(chǔ)上，研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的田野文物入侵活動偵測方法，提出將微地震信號作為偵測對象，并提出了相關(guān)的研究技術(shù)路線。
　　2.將壓縮感知理論應用于入侵偵測系統(tǒng)，利用壓縮感知理論的壓縮特性減少系統(tǒng)通信能耗。針對入侵偵測系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點、壓縮感知數(shù)據(jù)重構(gòu)算法及已有改進算法存在的重構(gòu)精度差、重構(gòu)速度慢等不足，提出了基于量子克隆免疫算法的壓縮

3、感知數(shù)據(jù)重構(gòu)算法Q-CSDR。Q-CSDR對數(shù)據(jù)進行自適應分幀，并將量子克隆免疫算法應用于壓縮感知數(shù)據(jù)重構(gòu)過程中以提高數(shù)據(jù)的重構(gòu)精度。通過仿真實驗結(jié)果表明，在稀疏度小于60的條件下，Q-CSDR算法仍能保持85％以上的重構(gòu)精度，高于其他對比算法。
　　3.提出了基于低頻率采樣條件下的信號特征提取算法，將信號功率譜二次處理算法進行針對性的改進并將其應用于微地震信號特征提取。通過仿真及實際實驗結(jié)果可以看出，在采樣速率為10sps條件下

4、，改進的信號功率譜二次處理算法特征提取性能優(yōu)于其他特征提取算法，并能夠?qū)⑷肭只顒臃诸惥忍岣咧?0%以上。最后分析了算法存在的局限性并提出了高頻率條件下的信號采集方法。
　　4.提出了基于混沌量子克隆免疫的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。通過構(gòu)建具有一定稀疏度的隱層節(jié)點種群來減少神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)冗余連接，并使用混沌量子克隆免疫算法對各種結(jié)構(gòu)下的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行尋優(yōu)，以找到性能最好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。仿真結(jié)果表明，相對于比較算法，本算法具有更好的收斂速度和收斂精

5、度，在逼近函數(shù)試驗中具有更小的逼近誤差。經(jīng)算法優(yōu)化后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠適應各種地質(zhì)環(huán)境條件下的分類工作，在刪除30%以上的隱層冗余節(jié)點后分類準確率仍保持在92%以上。
　　5.設(shè)計并實現(xiàn)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的田野文物入侵偵測系統(tǒng)，將入侵活動偵測方法、數(shù)據(jù)壓縮與重構(gòu)、信號特征提取、分類器性能優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)應用其中，構(gòu)建了穩(wěn)定、可靠的田野文物保護系統(tǒng)。實際實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)能夠適應各種地質(zhì)條件，在分類準確率高于93%的條件下穩(wěn)定工作240