“点线面”分布式传感信息融合方法研究

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在日益频繁的社会生产经济活动中,受区域自然环境因素的影响,因气温、有害气体等因素导致的灾害与安全事故频繁发生。对此通用的方法是,采用单一的分布式传感技术对研究区域进行监测,通过分析获取的传感信息来保障区域生产生活安全。但是,在区域监测过程中,为了获取精细度与分布特征较好的传感信息,往往布设了不止一种分布式传感器,受多种分布式传感器监测方式与范围的影响,传感信息往往呈现出“点线面”的分布形式。其中“点”“线”信息更为精细但区域分布特征不明显,“面”信息区域分布特征明显。因此本文对“点线面”分布式传感信息进行融合,提出了一种改进的克里金插值方法,将“点线”信息进行融合进一步提高信息精细度;提出了一种加权回归克里金的“点线面”信息融合方法,在精细度提升的基础上改善了信息分布特征,最终得到精细度较高且分布特征较好的传感信息融合结果。主要研究内容如下:(1)得出了一种提升传感信息精细度的方案,从而初步解决传感信息精细度不足的问题。分别采用反距离加权插值法、样条函数插值法和克里金插值法对“点”“线”信息进行插值估算,对未采样区域的信息缺失进行初步填充。通过对比插值结果可以发现,对于同一种传感信息,克里金插值法的估算误差比另外两种方法低5%~10%;对于同一种插值方法,“线”传感信息的插值估算误差比“点”传感信息低8%~25%。得到提升传感信息精细度的方案为,采用克里金法对“线”信息进行插值估算,“点”信息用于插值估算结果的校正。(2)提出了一种基于改进克里金的“点线”信息融合方法,该方法对“线”传感信息克里金插值算法进行改进,“点”信息用于改进克里金插值估算结果的校正,进一步提升了传感信息精细度。按固定步长调节克里金插值中高斯变异函数的可变参数,记下每次调整后的插值估算的结果,与对应插值处的“点”传感信息进行比较,选取块金值和均方根误差作为评价指标,在块金值取到0.02,均方根误差取到0.63,两个评价指标都接近最小时,此时的可变参数0.5代入原模型实现克里金法的改进,得到“点线”传感信息的融合结果,该融合结果的均方根误差比“线”传感信息克里金插值低24%,进一步提升了传感信息的精细度。(3)提出了一种“点线面”信息加权回归克里金融合方法,解决了传感信息分布特征有所欠缺的问题。建立“点线”信息和“面”信息差值与坐标点的回归换算关系,得出“面”信息各点误差并与其叠加,得到“点线面”加权回归融合的传感信息估算结果。进一步算出各原始点上的信息误差,将其插值叠加到“点线”融合信息上,得到“点线面”加权回归克里金融合的传感信息估算结果。通过将信息融合过程中每一步产生的结果进行比较分析,本文最终得到的“点线面”传感信息融合结果相较于“点线”信息融合结果,平均绝对误差和均方根误差均降低了 14%以上,保留了较好的传感信息分布特征。本文提出的“点线面”分布式传感信息融合方法,其信息融合结果具有较高的精细度和较好的分布特征,并通过可视化工具将信息融合结果进行展示,对于分布式传感信息在区域安全生产生活监测和灾害预警等领域的应用,有着一定的研究意义。
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