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申请/专利权人：天津大学

摘要：本发明公开了一种基于光纤传感器网络的流体扩散源加权定位方法及装置，包括搭建三维传感器网络扩散源加权定位装置，建立监测区域基本坐标系，加权定位装置包括激光光源、连接光纤、光纤传感器网络、环形器、光谱仪和电脑；根据监测区域流速与流向构建流速坐标系；根据同扫描周期各个光纤传感器节点时间—浓度数据排序与环境流速，计算各光纤传感器节点权重因子；计算流速坐标系下扩散源中心坐标；计算基本坐标系下扩散源中心坐标与扩散源参数。与现有技术相比，本发明实现了能够修正监测区域内流体运动造成扩散范围沿流速方向拉长产生的定位误差。

主权项：1.一种基于光纤传感器网络的流体扩散源加权定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始化：搭建基于光纤传感器网络的流体扩散源定位装置，建立监测区域基本坐标系；步骤2：读取等时间间隔扫描的光谱仪信号以及其对应的时间序列，形成时间—扩散物浓度实测数据矩阵Ciτ＝Cxi,yi,ziτ，三维监测区域中的初始位置x0,y0,z0投放质量为M、扩散系数为D的扩散物，经过时间t的扩散过程后，在观测点xi,yi,zi获得扩散物浓度观测值，记为Cit＝Cxi,yi,zit，以及所有光纤传感器节点的扩散物浓度观测值组成矩阵记为Ct＝[C1,C2,…,Cn]t；步骤3：根据监测区域流速与流向构建流速坐标系：基本坐标系下光纤传感器节点坐标[x,y,z]转化为流速坐标系下坐标[x′,y′,z′]，表达式如下： 其中，θ为流速坐标系与基本坐标系下x轴正方向逆时针旋转夹角，·为点乘；将任意光纤传感器节点i的坐标表示为xi′,yi′,zi′；步骤4：根据同一扫描周期各个光纤传感器节点时间—浓度数据排序与环境流速，计算各光纤传感器节点权重因子q1τ:q2τ:…qiτ:…:qnτ，表达式如下：q1τ:q2τ:…qiτ…:qnτ＝C1τ:C2τ:···Ciτ:···:Cnτ其中，C1τ:C2τ:···Ciτ:···:Cnτ为第τ个扫描周期内所有n个光纤传感器节点位置的扩散物浓度；搜索扫描周期内具有最大浓度值的光纤传感器节点，将此节点x轴与z轴坐标记为x′j、z′j，将光纤传感器网络连接的光纤传感器节点实测值数据与监测环境流速信息输入节点权重因子计算模型，得到改进加权扩散源定位方法x′、y′、z′轴的权重因子计算值qiτx、qiτy、qiτz，所述节点权重因子计算模型表达式如下： 由任意节点i的权重因子qiτ定义光纤传感器节点距扩散中心距离；其中，α1、α2、α3为权重因子调整参数，Ciτ为第τ个扫描周期内第i个光纤传感器节点位置的扩散物浓度，xi′和zi′为流速坐标系下光纤传感器节点i的x′轴和z′轴坐标，x′j和z′j为扫描周期内具有最大浓度值的光纤传感器节点在流速坐标系下的x′轴和z′轴坐标，ux′和uz′分别为流速坐标系下x′轴与z′轴流速分量；步骤5：计算流速坐标系下扩散源中心坐标：根据步骤3中流速坐标系下光纤传感器节点坐标与步骤4中各扫描周期内改进权重因子计算值，计算扩散源中心坐标表达式如下： 其中，T为扩散物监测总扫描周期数，τ为扫描周期数；步骤6：计算基本坐标系下扩散源中心坐标与扩散源参数：将步骤5中流速坐标系下扩散源坐标转换为基本坐标 获得采用改进加权扩散源定位算法最终确定的扩散源位置坐标；将各个光纤传感器节点浓度实测值、扩散源位置坐标与光纤传感器节点坐标代入扩散源参数计算公式，反推计算扩散源参数P0，表达式如下： 其中，Piτ为对应第τ个扫描周期时第i个光纤传感器节点的扩散源参数，ri为任意光纤传感器节点i与扩散源计算坐标间距离，Ci为对应任意光纤传感器节点i的扩散物浓度观测值。

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百度查询： 天津大学 基于光纤传感器网络的流体扩散源加权定位方法及装置