CN103870638A - 基于光纤传感网鲁棒性评估的传感器一维布设方法 - Google Patents

基于光纤传感网鲁棒性评估的传感器一维布设方法 Download PDF

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CN103870638A CN201410066182.2A CN201410066182A CN103870638A CN 103870638 A CN103870638 A CN 103870638A CN 201410066182 A CN201410066182 A CN 201410066182A CN 103870638 A CN103870638 A CN 103870638A
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Abstract

一种基于光纤传感网鲁棒性评估的传感器一维布设方法。该方法包括：通过测量获得传感网所要监测区域的长度L；根据工程要求确定传感网中所需光纤传感器种类；通过实验初始化所需参数：衰减系数及阈值，；根据光纤传感网鲁棒性评估模型计算得到相邻两传感器间距范围；以及两传感器间的最佳距离；最后根据求得的最佳距离确定监测长度为L的监测区域所需光纤传感器个数m及其分布。本发明根据光纤传感网鲁棒性评估模型对一维光纤传感网传感器间距的量化计算，能够优化大型一维光纤传感网，在不减弱传感网的监测能力的前提下有效的减少传感器数量，降低传感网不必要的冗余，降低工程成本，使一维光纤传感网鲁棒性达到最高。

Description

基于光纤传感网鲁棒性评估的传感器一维布设方法
技术领域
 本发明属于光纤智能传感技术领域，具体涉及一种一维光纤传感网传感器布设的方法，适用于一切分立式光纤传感器。
背景技术
光纤传感器网可以被广泛的定义为：一组由两个或两个以上的光纤传感器复用在一起，布设在被测物里面或非常接近被测物，对其各个性能参数进行测量的一种传感网络。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。光纤传感网提供了几乎所有对于应用和环境的传感解决方案：从大规模结构，包括桥梁和建筑，到大型的自然环境。  
传感网络是由多个光纤传感器通过复用技术联合成网，从而实现对传感网监测区域内的物理量进行监测。对于较大区域的监测，布设大量光纤传感器复用的光纤传感网络的确能够实现对整个区域进行全面监测，但随着传感器数量的不断增加，对于测量精度及整体工程的成本都有一定的损害。专利CN101694674A介绍了一种基于布设点的弹性力学受力来调整多数量多类型的传感网传感器区域布设，以便使传感器间的数据融合能够达到更好的结果。专利CN101247303A提出了一种弧线型规则带状无线传感网络布设方法，这种方法通过计算相邻节点最大部署间距，以满足给定连通度要求，并实现在给定要求下网络规模最小化。
目前针对光纤传感网的传感器布设方法少之又少，在实际工程中传感器布设除关键部位外主要是依靠工程师的实际经验。本发明依据光纤传感网鲁棒性评估模型，提供了一种一维光纤传感网的传感器布设方法，使得一维光纤传感网在保证鲁棒性最高的前提下，使用的传感器数量最少。这样在传感网络较为庞大，传感器数量较多的情况下，可以在满足要求的前提下，即不影响传感网的监测能力，又可以优化传感网减少传感器数量，节约成本。
发明内容
本发明目的是提供一种基于鲁棒性评估模型的一维光纤传感网传感器布设方法，利用这一方法可以优化大型一维光纤传感网，在不减弱传感网的监测能力的前提下有效的减少传感器数量，降低传感网不必要的冗余，使得一维光纤传感网鲁棒性达到最高，从而降低工程成本。
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一维区域监测。
本发明提供的基于光纤传感网鲁棒性评估的传感器一维布设方法的步骤如下：
第1、通过测量获得传感网所要监测区域的横向宽度L；根据工程要求确定传感网中所需光纤传感器种类；通过实验初始化所需参数：衰减系数                                               
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE002
及阈值
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE006
；
第1.1、监测能力
在鲁棒性评估模型中，将在监测区域内传感器S能够检测到区域内某一点P上所施加的物理量变化的概率定义为传感器S对P点的监测能力，记作单个光纤传感器监测能力：
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE008
，表征传感器S对P点的监测能力随S与P距离的增大，呈e指数衰减趋势，其中
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE010
为传感器S的矢径；
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE012
为P点的矢径；并定义了阈值
Figure 267763DEST_PATH_IMAGE004
，以确定传感器S何时不再能有效监测点P上的物理量变化：若
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE014
则认为S能够有效监测P点物理量变化；若
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE016
则认为S不能有效监测P点物理量变化；
第1.2、衰减系数
Figure 519752DEST_PATH_IMAGE002
的确定
衰减系数
Figure 481892DEST_PATH_IMAGE002
与光纤传感器的种类有关，不同种类的光纤传感器的衰减系数不同；
为得到该种传感器的衰减系数
Figure 110320DEST_PATH_IMAGE002
，选取一个传感器S任意布设在监测区域内，在距该传感器
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE018
的位置施加待测物理量，采集传感器数据；之后利用支持向量机（SVM）进行数据处理，用采集的数据对SVM进行训练和检测，得到均方差mse；由于SVM对数据的检测精度与mse成反比，即精度越高，mse越小，因此将
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE020
作为判断传感器对一点能否有效监测的参量，用f表示，记为
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure 103333DEST_PATH_IMAGE020
；根据第1.1步中单个传感器S对监测区域内一点的监测能力公式：
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE024
得到该种传感器的衰减系数
Figure 526224DEST_PATH_IMAGE002
；依据此法能够依次得到光纤传感网中n种传感器的衰减系数；
第1.3、阈值
Figure 913343DEST_PATH_IMAGE004
阈值
Figure 846926DEST_PATH_IMAGE004
与传感网所要达到的精度有关，其取值范围为
Figure 737522DEST_PATH_IMAGE006
，精度越高
Figure 596894DEST_PATH_IMAGE004
取值越小；在实际工程中可以根据所要达到的精度定义
Figure 268046DEST_PATH_IMAGE004
的值；
第2、通过计算得到相邻两传感器间距范围
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE026
；
第2.1、最大间距
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE028
计算方法
设传感网中两个传感器1和2的坐标分别为（0，0）和（，
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE032
），为评价两传感器间的距离，选取两传感器的中点A作为评价点，即当A点被监测到的概率刚好为
Figure 127025DEST_PATH_IMAGE004
时，我们认为两个传感器间的距离达到了一个最大的极限，记这一最大间距为
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE034
；A的坐标为（），根据第1.1步中单个光纤传感器S对监测区域内一点的监测能力公式，可以得到光纤传感网中多个光纤传感器联合对一点的监测能力公式，即光纤传感网监测能力公式：
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE040
为第i个传感器的矢径；为监测点的矢径；m为传感网中光纤传感器总个数：
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE044
得到：                      
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE046
；
第2.2、最小间距
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE048
计算方法
为了避免两个传感器在布设时间距过近，使传感器的有效监测区域相互叠加，而造成传感器的浪费，应规定一个传感器最小距离
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE050
；首先，先计算单个传感器的有效监测距离为d，根据第1.1步中单个传感器监测能力公式，可以求出单个传感器的有效监测距离为
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE052
，因此，在不考虑两个传感器的相互影响的情况下，规定
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE054
，即：
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE056
；
第3、确定两传感器间的最佳距离；
当传感网中只有两个传感器时，设两传感器所在直线为x轴，并且传感器1位置固定坐标为（
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE060
，0），移动传感器2，同时设传感器1和2对于其中线上能监测到的垂直x轴的最大纵向距离为y；由于传感器1和2联合监测的区域是一个二维区域，由于传感器2沿x轴的横向移动，传感器1和2的间距增大，对于这两个传感器在纵向上的监测距离就会减小，即y就会减小，当传感器1和2间距较近的时候，随着传感器沿x轴移动y的减小量小于传感器x轴的移动量，在这种情况下随着传感器2的移动传感网所能监测到的点个数增加；当传感器1和2间距增加到一定时，y的减小量将大于传感器x轴的移动量，这时传感网所能监测到的点个数将会随传感器2的移动减小；当y的减小量刚好等于传感器2沿x轴移动量时，定义这时传感器1和2的间距为最佳间距，记为
Figure 342235DEST_PATH_IMAGE058
；
根据2.1步中提到的光纤传感网的监测能力公式：
Figure 372508DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 530957DEST_PATH_IMAGE040
为第i个传感器的矢径；
Figure 242561DEST_PATH_IMAGE042
为监测点的矢径，得到
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE062
；
第4、确定监测长度为L的监测区域所需光纤传感器个数m，
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE064
，及其分布；
第4.1、确定监测区域边缘传感器布设位置；
对于一维光纤传感网边缘传感器是指位于两端的两个传感器，将这两个边缘传感器分别记作
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE068
；应与其所对应边缘的最远点的距离为单个光纤传感器的监测半径
Figure 994408DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 577837DEST_PATH_IMAGE068
应与其所对应边缘的最远点的距离也为单个光纤传感器的监测半径
Figure 889869DEST_PATH_IMAGE052
;
第4.2、确定传感器个数m及位置；
已经得到了位于边缘传感器
Figure 438924DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 811000DEST_PATH_IMAGE068
的位置，由于监测区域的总长度为L，则和
Figure 997448DEST_PATH_IMAGE068
间的距离为；根据第3步中得到的最佳间距
Figure 590890DEST_PATH_IMAGE058
，可以得到传感器
Figure 71550DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 426308DEST_PATH_IMAGE068
之间的监测区域所需的光纤传感器个数N，由于传感器位置已经确定在计算距离
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE072
间传感器个数时应减去传感器
Figure 603790DEST_PATH_IMAGE068
，因此监测区域所需的光纤传感器个数公式
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE074
，由于这个公式求出的N并不是一个整数，为保证取整后传感网对监测区域仍能全面有效监测，因此，对N进行取其整数部分，然后加1，算上边缘传感器
Figure 379985DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 425302DEST_PATH_IMAGE068
得到监测区域L的总传感器个数为：
Figure 2014100661822100002DEST_PATH_IMAGE076
；在布设一维光纤传感网时，首先布设传感器
Figure 381363DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 992473DEST_PATH_IMAGE068
的位置，然后分别从传感器
Figure 142832DEST_PATH_IMAGE066
和按照最佳间距向中间布设传感器，由于在求取传感器个数时进行了取整加1的操作，因此中间位置的传感器间距应小于最佳间距，这也使得一维光纤传感网在保证鲁棒性最大的前提下保留一定的冗余度，能够对传感区域进行更好的监测。
 
本发明的优点和积极效果：
本发明通过对一维光纤传感网传感器间距的量化计算，能够优化大型一维光纤传感网，在不减弱传感网的监测能力的前提下有效的减少传感器数量，降低传感网不必要的冗余，降低工程成本，使一维光纤传感网鲁棒性达到最高。
 
附图说明
图1是表示本发明方法的基本流程图。
图2是表示长度为L=400cm的监测区域布设2个光纤传感器的示意图，其中光纤传感器以线形拓扑的方式进行连接。
1是宽带光源，2是耦合器；3、4是光纤光栅（FBG），其中3为监测用FBG，4为温度补偿用FBG；5~7是连接光纤；8是解调系统；9是监测区域。
图3是两FBG传感器能够有效监测的点的个数随两传感器距离增加的变化趋势。
图4是监测长度为400cm的一维光纤传感网布设示意图。
图5是三种不同监测长度下的一维光纤传感网布设示意图。
表1 有效监测点个数与两个传感器间距关系。
 
具体实施方式
实施例1：
如图2所示，在长度为400cm的区域内对随俩FBG传感器的间距变化，其所能监测的点的个数进行了模拟，通过这一模拟可以对本发明中提出的一维光纤传感网中传感器最小、最大及最佳间距进行验证。并在验证后给出了监测长度L=400cm的区域所需的一维光纤传感网所需的FBG传感器个数。
首先，利用实验得到FBG传感器的衰减系数及阈值。
如图2所示，在长度为400cm的区域内对FBG传感器进行温度监测实验，该实验包括：宽带光源1，耦合器2；光纤光栅（FBG）3~4；连接光纤5~7；解调系统8，其中解调系统包括可调谐窄带滤波器、光探测器、数据处理系统和电脑。
随机选取了一个FBG传感器，将其放置在监测区域内的S点，S点坐标为（0，15）。选取加热点P点坐标为（0，0），如图2所示。对监测区域内P点进行加热，同时，宽带光源输出的光经过耦合器后进入FBG传感器，由于对P点进行加热，所以FBG反射光携带有温度的信息。反射光经过耦合器进入解调系统，以FBG中心波长移动量的形式反映在电脑上，采集数据，共采40组数据，数据包括温度改变量以及其相应的FBG的中心波长移动量。
利用SVM进行数据处理：在40组数据中任取35组训练SVM，其余5组用以检测SVM，从而得到均方差mse=1.0692，则FBG传感器对点P的监测能力。由传感器S对监测区域内一点的监测能力：
Figure 700480DEST_PATH_IMAGE024
公式，因为传感器坐标为（0，15），加热点坐标为（0，0），因此
Figure DEST_PATH_IMAGE080
cm，则FBG传感器的衰减系数为
Figure DEST_PATH_IMAGE082
。
得到衰减系数
Figure 84057DEST_PATH_IMAGE002
后，根据FBG传感器对温度的监测精度，选取阈值为
Figure DEST_PATH_IMAGE084
。将
Figure 393379DEST_PATH_IMAGE002
及阈值
Figure 192708DEST_PATH_IMAGE004
分别带入两传感器最大间距
Figure 716093DEST_PATH_IMAGE046
，最小间距
Figure 208254DEST_PATH_IMAGE056
及最佳间距公式
Figure 184300DEST_PATH_IMAGE062
中，分别得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
cm、
Figure DEST_PATH_IMAGE088
cm、
Figure DEST_PATH_IMAGE090
cm。
可以看出两个FBG传感器的距离应满足
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，为验证这一传感器距离区间符合要求，利用matlab模拟在长度为L=400cm的监测区域内，随两个FBG传感器的间距变化时，能够监测点的个数。
在监测区域内选取80501个点，模拟时将FBG传感器1固定在（0，150）处，FBG传感器2从（0，110）处开始向原点方向移动，表1记录了当两传感器间距从46cm增加到76cm这一过程中FBG传感网能够监测到的点的个数随这一距离变化的变化情况。
表1 有效监测点个数与两个传感器间距关系
Figure DEST_PATH_IMAGE094
图3为两传感器能够有效监测的点的个数随两传感器距离增加的变化。从表1及图3中可以看出随两传感器间距的增大，两传感器能够有效监测的个数先是增多，当两传感器距离增大到最佳间距，即
Figure DEST_PATH_IMAGE096
cm时，两传感器能够有效监测的点的个数开始减少，当两传感器距离增大到最大间距离，即
Figure DEST_PATH_IMAGE098
cm时，两传感器能够有效监测的点的个数开始迅速减少。
根据上述描述可以确定一维FBG传感网中两FBG传感器的最佳间距为55cm。当监测区域长度L=400cm时，根据已经得到的最小间距
Figure DEST_PATH_IMAGE100
cm确定监测区域两端的两个传感器
Figure 161222DEST_PATH_IMAGE066
和的位置，
Figure 202176DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 993414DEST_PATH_IMAGE068
分别距两边缘
Figure DEST_PATH_IMAGE102
的距离。若以监测区域中心为原点，则传感器和的坐标分别为（-177,0）和（177,0）。确定和
Figure 43224DEST_PATH_IMAGE068
位置之后，可以得到
Figure 925729DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 844925DEST_PATH_IMAGE068
之间的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE104
，由于传感器
Figure 538205DEST_PATH_IMAGE068
位置已经确定在计算距离
Figure 100774DEST_PATH_IMAGE072
间传感器个数时应减去传感器，因此监测区域所需的光纤传感器个数公式
Figure DEST_PATH_IMAGE106
，由于N为小数，为确保监测区域能够完全被光纤传感网有效监测，对N进行取整加1的处理，因此要监测长度为400cm的区域至少需要的FBG传感器个数
Figure DEST_PATH_IMAGE108
个。在布设一维光纤传感网时，首先布设传感器
Figure 741763DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 651950DEST_PATH_IMAGE068
的位置，然后分别从传感器
Figure 577181DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 365271DEST_PATH_IMAGE068
按照最佳间距
Figure 692347DEST_PATH_IMAGE058
向中间布设传感器，由于在求取传感器个数时进行了取整加1的操作，因此中间位置的传感器间距应小于最佳间距，这也使得一维光纤传感网在保证鲁棒性最大的前提下保留一定的冗余度，能够对传感区域进行更好的监测。具体布设方式如图4所示。
当光纤传感网中的光纤传感器种类不变，即仍为FBG传感器时，传感网所对应的衰减系数和阈值均不改变，则传感器间的最佳间距
Figure 39014DEST_PATH_IMAGE090
cm及最小间距
Figure 513858DEST_PATH_IMAGE100
cm也不改变。随着监测区域的长度的增加，一维光纤传感网中传感器个数在不断增加，传感器个数求取方法与L=400cm的监测区域中一维光纤传感网传感器个数求取方法相同，其布设方法基本不变，如图5所示。

Claims (1)

1.一种基于光纤传感网鲁棒性评估的传感器一维布设方法，其特征在于该方法的步骤如下：
第1、通过测量获得传感网所要监测区域的长度L；根据工程要求确定传感网中所需光纤传感器种类；通过实验初始化所需参数：衰减系数                                               
Figure 2014100661822100001DEST_PATH_IMAGE002
及阈值
Figure 2014100661822100001DEST_PATH_IMAGE004
，；
第1.1、监测能力
在鲁棒性评估模型中，将在监测区域内传感器S能够检测到区域内某一点P上所施加的物理量变化的概率定义为传感器S对P点的监测能力，记作单个光纤传感器监测能力：，表征传感器S对P点的监测能力随S与P距离的增大，呈e指数衰减趋势，其中为传感器S的矢径；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为P点的矢径；并定义了阈值
Figure 272549DEST_PATH_IMAGE004
，以确定传感器S何时不再能有效监测点P上的物理量变化：若
Figure DEST_PATH_IMAGE014
则认为S能够有效监测P点物理量变化；若
Figure DEST_PATH_IMAGE016
则认为S不能有效监测P点物理量变化；
第1.2、衰减系数
Figure 569450DEST_PATH_IMAGE002
的确定
衰减系数
Figure 286870DEST_PATH_IMAGE002
与光纤传感器的种类有关，不同种类的光纤传感器的衰减系数不同；
为得到该种传感器的衰减系数
Figure 619763DEST_PATH_IMAGE002
，选取一个传感器S任意布设在监测区域内，在距该传感器的位置施加待测物理量，采集传感器数据；之后利用支持向量机（SVM）进行数据处理，用采集的数据对SVM进行训练和检测，得到均方差mse；由于SVM对数据的检测精度与mse成反比，即精度越高，mse越小，因此将
Figure DEST_PATH_IMAGE020
作为判断传感网对一点能否有效监测的参量，用f表示，记为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
=
Figure 808036DEST_PATH_IMAGE020
；根据第1.1步中单个传感器S对监测区域内一点的监测能力公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
得到该种传感器的衰减系数
Figure 568182DEST_PATH_IMAGE002
；依据此法能够依次得到光纤传感网中n种传感器的衰减系数；
第1.3、阈值
Figure 772898DEST_PATH_IMAGE004
阈值
Figure 971798DEST_PATH_IMAGE004
与传感网所要达到的精度有关，其取值范围为
Figure 76895DEST_PATH_IMAGE006
，精度越高取值越小；在实际工程中可以根据所要达到的精度定义
Figure 762272DEST_PATH_IMAGE004
的值；
第2、通过计算得到相邻两传感器间距范围
Figure DEST_PATH_IMAGE026
；
第2.1、最大间距
Figure DEST_PATH_IMAGE028
计算方法
设传感网中两个传感器1和2的坐标分别为（0，0）和（
Figure DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
），为评价两传感器间的距离，选取两传感器的中点作为评价点A，则当A点被监测到的概率刚好为
Figure 748551DEST_PATH_IMAGE004
时，我们认为两个传感器间的距离达到了一个最大的极限，记这一最大间距为
Figure DEST_PATH_IMAGE034
；A的坐标为（
Figure DEST_PATH_IMAGE036
），根据第1.1步中单个光纤传感器S对监测区域内一点的监测能力公式，可以得到光纤传感网中多个光纤传感器联合对一点的监测能力公式，即光纤传感网监测能力公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE038
，其中为第i个传感器的矢径；
Figure DEST_PATH_IMAGE042
为监测点的矢径；m为传感网中光纤传感器个数：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
得到：                      
Figure DEST_PATH_IMAGE046
；
第2.2、最小间距
Figure DEST_PATH_IMAGE048
计算方法
为了避免两个传感器在布设时间距过近，使传感器的有效监测区域相互叠加，而造成传感器的浪费，应规定一个传感器最小距离；首先，先计算单个传感器的有效监测距离为d，根据第1.1步中单个传感器监测能力公式，可以求出单个传感器的有效监测距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE052
，因此，在不考虑两个传感器的相互影响的情况下，规定
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，即：
Figure DEST_PATH_IMAGE056
；
第3、确定两传感器间的最佳距离
Figure DEST_PATH_IMAGE058
；
当传感网中只有两个传感器时，设两传感器所在直线为x轴，并且传感器1位置固定坐标为（
Figure DEST_PATH_IMAGE060
，0），移动传感器2，同时设传感器1和2对于其中线上能监测到的垂直x轴的最大纵向距离为y；由于传感器1和2联合监测的区域是一个二维区域，由于传感器2沿x轴的横向移动，传感器1和2的间距增大，对于这两个传感器在纵向上的监测距离就会减小，即y就会减小，当传感器1和2间距较近的时候，随着传感器沿x轴移动y的减小量小于传感器x轴的移动量，在这种情况下随着传感器2的移动传感网所能监测到的点个数增加；当传感器1和2间距增加到一定时，y的减小量将大于传感器x轴的移动量，这时传感网所能监测到的点个数将会随传感器2的移动减小；当y的减小量刚好等于传感器2沿x轴移动量时，定义这时传感器1和2的间距为最佳间距，记为
Figure 788050DEST_PATH_IMAGE058
；
根据光纤传感网的监测能力公式：
Figure 155577DEST_PATH_IMAGE038
，其中
Figure 397203DEST_PATH_IMAGE040
为第i个传感器的矢径；
Figure 610009DEST_PATH_IMAGE042
为监测点的矢径，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE062
；
第4、确定监测长度为L的监测区域所需光纤传感器个数m，（n为光纤传感网中光纤传感器的种类数），及其分布；
第4.1、确定监测区域边缘传感器布设位置；
对于一维光纤传感网边缘传感器是指位于两端的两个传感器，将这两个边缘传感器分别记作
Figure DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure DEST_PATH_IMAGE068
；
Figure 565065DEST_PATH_IMAGE066
应与其所对应边缘的最远点的距离为单个光纤传感器的监测半径
Figure 900231DEST_PATH_IMAGE052
；
Figure 566836DEST_PATH_IMAGE068
应与其所对应边缘的最远点的距离也为单个光纤传感器的监测半径;
第4.2、确定传感器个数m及位置；
已经得到了位于边缘传感器
Figure 579846DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 289176DEST_PATH_IMAGE068
的位置，由于监测区域的总长度为L，则
Figure 239814DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 60003DEST_PATH_IMAGE068
间的距离为
Figure DEST_PATH_IMAGE070
；根据第3步中得到的最佳间距
Figure 792247DEST_PATH_IMAGE058
，可以得到传感器
Figure 734796DEST_PATH_IMAGE066
和之间的监测区域所需的光纤传感器个数N，由于传感器
Figure 531030DEST_PATH_IMAGE068
位置已经确定在计算距离
Figure DEST_PATH_IMAGE072
间传感器个数时应减去传感器
Figure 878966DEST_PATH_IMAGE068
，因此监测区域所需的光纤传感器个数公式
Figure DEST_PATH_IMAGE074
，由于这个公式求出的N并不是一个整数，为保证取整后传感网对监测区域仍能全面有效监测，因此，对N进行取其整数部分，然后加1，算上边缘传感器
Figure 428634DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 291548DEST_PATH_IMAGE068
得到监测区域L的总传感器个数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE076
；在布设一维光纤传感网时，首先布设传感器和
Figure 452719DEST_PATH_IMAGE068
的位置，然后分别从传感器
Figure 173288DEST_PATH_IMAGE066
和
Figure 523498DEST_PATH_IMAGE068
按照最佳间距
Figure 551497DEST_PATH_IMAGE058
向中间布设传感器，由于在求取传感器个数时进行了取整加1的操作，因此中间位置的传感器间距应小于最佳间距，这也使得一维光纤传感网在保证鲁棒性最大的前提下保留一定的冗余度，能够对传感区域进行更好的监测。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104469790A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 中煤科工集团重庆研究院有限公司 链状无线传感器网络中提高链路传输可靠性的节点布置方法
CN104618025A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 天津大学 一维光纤传感网传感器数量及布置方法
CN104677411A (zh) * 2015-02-06 2015-06-03 天津大学 光纤传感网鲁棒性实验获取方法
CN113379129A (zh) * 2021-06-17 2021-09-10 青岛港国际股份有限公司 一种集装箱码头设备监测传感器安装选址方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101247303A (zh) * 2008-03-20 2008-08-20 中科院嘉兴中心微系统所分中心 满足给定连通度的弧线型规则带状无线传感器网络布设方法
WO2011104319A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Université de Mons Monitoring techniques for passive optical networks
CN103335667A (zh) * 2013-06-08 2013-10-02 天津大学 基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的评价方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101247303A (zh) * 2008-03-20 2008-08-20 中科院嘉兴中心微系统所分中心 满足给定连通度的弧线型规则带状无线传感器网络布设方法
WO2011104319A1 (en) * 2010-02-26 2011-09-01 Université de Mons Monitoring techniques for passive optical networks
CN103335667A (zh) * 2013-06-08 2013-10-02 天津大学 基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的评价方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HONGXIA ZHANG等: "A Quantitative Robustness Evaluation Model forOptical Fiber Sensor Networks", 《JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104469790A (zh) * 2014-12-11 2015-03-25 中煤科工集团重庆研究院有限公司 链状无线传感器网络中提高链路传输可靠性的节点布置方法
CN104469790B (zh) * 2014-12-11 2018-01-30 中煤科工集团重庆研究院有限公司 链状无线传感器网络中提高链路传输可靠性的节点布置方法
CN104618025A (zh) * 2015-01-19 2015-05-13 天津大学 一维光纤传感网传感器数量及布置方法
CN104618025B (zh) * 2015-01-19 2017-03-15 天津大学 一维光纤传感网传感器数量及布置方法
CN104677411A (zh) * 2015-02-06 2015-06-03 天津大学 光纤传感网鲁棒性实验获取方法
CN113379129A (zh) * 2021-06-17 2021-09-10 青岛港国际股份有限公司 一种集装箱码头设备监测传感器安装选址方法
CN113379129B (zh) * 2021-06-17 2022-09-20 青岛港国际股份有限公司 一种集装箱码头设备监测传感器安装选址方法

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