[发明专利]工业厂区有毒气体边界区域定位方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线传感器网络领域，具体的发明涉及一种工业厂区有毒气体边界区域定位方法，将有毒气体的边界面积区域定位出来并报道，并且提高有毒气体边界区域的定位精度。

背景技术

近年来，随着传感器制造技术和无线网络通信技术的发展和成熟，让小型化、高集成和多功能的传感器节点的使用成为现实，在大型石化企业的生产过程中常常会伴随着出现各种各样的有毒化学气体，当这些有毒气体达到一定浓度时，会威胁到一线工作人员的生命安全以及以亿元为单位的直接重大经济损失，所以对泄漏的有毒气体的检测以及定位是至关重要的。而且气体不像液体有明确的边界，气体所需要解决的最主要的问题除了准确检测出气体外，还要利用传感器网络来确定气体的大致边界区域，并通过一系列算法提高边界区域准确度。

目前国内外针对边界定位的相关研究文献如下：

2008年，Chang等人在《CODA：A Continuous Objet Detection and Tracking Algorithm for Wireless Ad Hoc Sensor Networks》中提出了允许每个传感器节点在感测范围内探测和跟踪移动目标的CODA策略,提出连续目标的边界传感器是由静态簇群中的簇头决定的，而不是由多个传感器经过大量的数据交换后决定的，能够减少通信开销和能量损耗。但是CODA算法在前期的簇结构以及簇维护花费是很高的，而且它是基于凸包的算法，在一些检测凹的连续目标的时候不是特别准确可靠。

2011年，Luan等人在《Continuous Object Tracing in Wireless Sensor Networks》中提出了连续对象追踪的RCOT算法，RCOT是第一个采用环网结构进行检测跟监控连续对象的边界的理论算法，并且通过采用压缩报告信息的大小来减少能量损耗。但是他报告的是有毒气体的内边界节点，而不是有毒气体的边界所穿过的区域。

2012年，Kim等人在《Efficient Continuous Object Tracking with Virtual Grid in Wireless Sensor Networks》中提出了用类似电视剧中像素分布成像的方案来检测跟踪定位气体目标。虽然报告有毒气体边界所穿过的区域面积，但是该方法假设的基于虚拟网格的网络模型太过于理想化，在许多实际应用中，例如在大型石化工厂中，基于网格的网络布置很难实现，而且该方案中的虚拟网格设置的密度直接影响到气体边界探测的精度。

因此，目前关于边界定位的文献中普遍存在的问题是：

大多数的关于连续物体定位算法都只是检测出了内边界节点，而不是目标物体所在的区域，这对于气体来说是毫无意义的。或者有些模型太过于理想化，现实中很难实现。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前在大型工业厂区中有毒气体的定位算法在定位时的不足之处，本发明的方法不仅可以检测出有毒气体，而且可以较为精确地定位出有毒气体所在的边界区域。

为了达到上述目的，本发明提供了基于平面化算法的有毒气体边界区域定位方法。由于在厂区内无线传感器节点是随机分布式布置的，为了能让各节点有效的连通并且能够高效节能，本发明选择了用平面化算法使整个网络连通。

本发明的技术方案如下：

一种工业厂区有毒气体边界区域定位方法，包括如下步骤:

(1)、每个传感器节点检测自身是否感应到有毒气体，区分出是有毒气体内的所有节点以及有毒气体外的所有节点；

(2)、每个传感器节点向自身一跳内所有邻居节点广播消息，所述节点广播的信息数据至少包括三种：节点的ID信息，节点的坐标信息以及节点是否感应到有毒气体的信息；

(3)、内边界节点定位以及内边界定位

在所有有毒气体内节点，根据收到一跳通信范围内邻居节点的信息中的是否感应到有毒气体的信息，判断：

3a、假设一个节点的所有邻居节点都感应到有毒气体，则该节点为普通有毒气体内节点，在计算中剔除；

3b、假设一个节点接收到的所有邻居节点的信息中至少有一个节点没有感应到有毒气体，那么这个节点则为内边界节点，并记录相应的ID信息以及坐标信息；

3c、根据边界节点定位中步骤3b记录的ID信息以及坐标信息，使内边界节点形成一个唯一的环形通路，称为内边界；

(4)、外边界节点定位以及外边界定位