基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的测试方法

摘要

一种基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的评价方法。该方法利用软件模拟传感网对待测区域进行监测，得到充分监测待测区域的光纤传感器所需的个数M；在进行现场实验时，传感网中的传感器个数应多于M；然后选取标准点并确定评价标准                                               ；在待测区域选取均匀分布的P个监测点，分别对监测点施加待监测物理量，采集传感器数据，经处理得到，统计能够被有效监测的点（小于）的个数x；根据待测区域内能够被有效监测的点的个数，计算能够被有效监测的面积与待测区域面积的比值，即为光纤传感网对于所监测区域的覆盖率。该方法可有效弥补光纤传感网缺少量化评价指标的现状。

主权项

一种基于支持向量机的光纤传感网区域监测能力的测试方法，其特征在于该方法的步骤如下：第1、利用软件模拟传感网对待测区域进行监测，通过模拟得到充分监测待测区域范围的光纤传感器所需的个数M；在进行现场实验时，传感网中的传感器个数应多于M，设现场实验中传感器个数为N，即N≥M；第1.1、利用Matlab对实验进行模拟，即在Matlab中模拟一个与待测区域大小相同的仿真区域，并按照光纤传感网的星形、环形、总线形或线形的拓扑结构，在这一仿真区域上设置传感器位置，为了能够对仿真区域进行充分的监测，传感器的位置应保证在仿真区域内的每个方位都布设传感器；第1.2、通过在仿真区域施加待测物理量，采集模拟情况下传感网的数据，利用支持向量机SVM进行训练及检测，得到均方误差mse；第1.3、在模拟的情况下，传感器个数从1开始不断增加，直到mse基本保持不变时，记录此时的传感器个数M；在进行现场实验时，光纤传感器的个数N≥M；由于模拟是在完全理想的情况下进行的，所以模拟时得到的均方误差会小于由现场实验得到的SVM的均方误差，即模拟时SVM的检测精度会高于现场实验时的检测精度；第2、选取标准点并确定评价标准，所谓标准点是在传感网能够对待测区域进行充分监测的情况下，在待测区域内任选一点作为确定评价标准的基准点，以判断传感网能否对待测区域内的其他点进行有效监测，或当传感网中存在缺损时，对于待测区域的监测能否达到监测标准；对标准点施加待测物理量，所施加的物理量从小到大逐步增大，最大幅值应小于物理量施加在待测区域时的临界值；利用SVM进行数据处理，得到作为评价标准的均方误差mse_标准；第2.1、将第1步中的N个光纤传感器按照星形、环形、总线形或线形的拓扑结构连接构建传感网，并将该传感网布设在所要监测的待测区域上；第2.2、在N个传感器都能正常工作的情况下，在待测区域内任选一点作为标准点；第2.3、将待测物理量施加在标准点上，采集传感器数据；第2.4、之后进行数据处理，处理方法与第1步中的模拟实验数据处理的方法相同，用采集的数据对SVM进行训练和检测，得到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mse作为判断传感网对一点能否有效监测的参量；由于作为评价标准的mse_标准是较为重要的评价量，为防止SVM进行训练和检测时出现的 随机性错误，用实验数据对SVM进行多次训练和检测，得到多个mse，选取其中出现频率较高的mse作为评价标准记为mse_标准；其中mse_标准的大小取决于采集的数据量的大小；第3、在待测区域选取均匀分布的P个监测点，统计能够被有效监测的点的个数x，0≤x≤P；第3.1、由于无法实现对待测区域内的每一个点都进行测量，因此在待测区域内选取分布均匀的P个监测点，P的大小与待测区域的面积有关，待测区域越大监测点个数越多，并应保证P个监测点均匀的分布在待测区域的每个部分，监测点的个数越多越能真实的表现待测区域的覆盖率；第3.2、分别对监测点施加待测物理量，采集传感器数据，进行数据处理，处理方法与第1步中的模拟数据处理的方法相同，分别用每个点的数据对SVM进行训练和检测，得到P个mse，记为mse_i，i＝1，2，…，P；将mse_i与mse_标准进行比较，当mse_i小于mse_标准时，认为该点能够被有效监测；当mse_i大于等于mse_标准时，认为该点不能被有效监测；统计P个监测点中能够被有效监测的点的个数x，0≤x≤P；第4、根据待测区域内能够被有效监测的点的个数，计算能够被有效监测的面积与待测区域面积的比值β，即为光纤传感网对于待测区域的覆盖率；根据蒙特卡洛思想，待测区域内的覆盖率β表示为β＝x/P，其中P和x分别是第3步中的监测点的个数P及能被有效监测的点的个数x；当β＝1时，即覆盖率为1，表示传感网能够对待测区域全面监测；由于覆盖率0≤x≤P，因此0≤β≤1；当传感网中存在缺损，致使不能对待测区域完全覆盖时，覆盖率β<1。