Автоматическая калибровка сенсоров в беспроводной сенсорной сети

Бауэр, Евгения Сергеевна Отделение автоматизации и робототехники (ОАР)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Беспроводные сенсорные сети (БСС) состоят из группы небольших узлов, предназначенных для считывания, измерения, обработки данных и передачи информации. Узлы обычно работают без обслуживания в течение длительных периодов времени, что часто приводит к сбоям в их работе. Таким образом необходима калибровка сенсоров беспроводных сенсорных сетей. Целью работы является разработка алгоритма автоматической калибровки сенсоров в беспроводной сенсорной сети.

Введение 12
1 Методы калибровки беспроводных сенсорных сетей 14
1.1 Калибровка «от-узла-к-узлу» 16
1.2 Калибровка с использованием нейронной сети Projection- 19
Recovery Network
1.3 «Простая» калибровка 23
1.4 Двухуровневая калибровка на уровне системы 26
2 Разработка алгоритма автоматической калибровки сенсоров 33
беспроводной сенсорной сети
2.1 Модель сети 33
2.2 Метод комплексирования интервальных данных 34
2.2.1 Основные понятия 34
2.2.2 Метод комплексирования интервальных данных 38
агрегированием предпочтений
2.3 Алгоритм автоматической калибровки сенсоров в 40
беспроводной сенсорной сети
3 Разработка программного обеспечения 43
3.1 Программное обеспечение метода «простой» калибровки 43
3.2 Программное обеспечение для автокалибровки c 51
использованием алгоритма AutoWSN
4 Экспериментальное исследование алгоритмов автокалибровки 55
4.1 Исследование точности алгоритмов 55
4.2 Исследование влияния выбросов на результаты алгоритма 57
AutoWSN
5 Социальная ответственность 59
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения 59
безопасности
5.1.1 Специальные правовые нормы трудового 59
законодательства
5.1.2 Организационные мероприятия при компоновке рабочей 60
зоны
5.2 Производственная безопасность 62
5.2.1 Превышение уровня электромагнитных излучений 63
5.2.2 Недостаточная освещенность рабочей зоны 64
5.2.3 Превышение уровня шума 65
5.2.4 Отклонение показателей микроклимата 67
5.3 Экологическая безопасность 69
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 70
5.5 Выводы по разделу «Социальная ответственность» 71
6 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и 73
ресурсосбережение
6.1 Потенциальные потребители результатов исследования 73
6.2 Анализ конкурентных технических решений 74
6.3 Структура работ в рамках научного исследования 75
6.4 Определение трудоемкости выполнения работ 76
6.5 Разработка графика проведения научного исследования 77
6.6 Бюджет научно-технического исследования 78
6.6.1 Расчет материальных затрат 78
6.6.2 Основная заработная плата исполнителей 80
6.6.3 Дополнительная заработная плата исполнителей 81
6.6.4 Отчисления во внебюджетные фонды 82
6.6.5 Расчет накладных расходов 82
6.6.6 Формирование бюджета затрат научно- 83
исследовательского проекта
6.7 Определение ресурсной и экономической эффективности 83
исследования
6.7.1 Интегральный финансовый показатель 84
6.7.2 Интегральный показатель ресурсоэффективности 84
6.7.3 Сравнительная эффективность проекта 85
6.8 Выводы к разделу «Финансовый менеджмент, 86
ресурсоэффективность и ресурсосбережение»
Заключение 87
Список публикаций студента 88
Список использованных источников 89
Приложение А Calibration methods of wireless sensor networks 91
Приложение Б Результаты экспериментальных исследований 100
Приложение В Требования к освещению помещений промышленных 112
предприятий
Приложение Г Анализ конкурентных технических решений 113
Приложение Д Временные показатели проведения научного 114
исследования
Приложение Е Календарный план-график 115

Беспроводные сенсорные сети (БСС) состоят из группы небольших и
недорогих узлов, предназначенных для считывания, измерения, обработки
данных и передачи информации. БСС могут собирать информацию из
окружающей среды и передавать собранные данные пользователям [1]. В
последние годы развитые технологии позволили развертывать
широкомасштабные БСС в труднодоступных местах.
Узлы БСС содержат датчики физических величин, процессор, память,
устройство для беспроводной передачи данных и аккумулятор. Эти узлы
обычно развертываются в массовом порядке и должны быть недорогими. По
этой причине такие датчики часто обладают низкой точностью.
Под сенсорами БСС понимаются датчики физических величин,
участвующие в процессе измерений и обладающие нормированными
метрологическими характеристиками.
Узлы обычно работают без обслуживания в течение длительных
периодов времени, что часто приводит к сбоям в их работе. Это может быть
вызвано нехваткой энергии или суровыми окружающими условиями. По
мере старения таких узлов систематическая погрешность их датчиков
неизбежно возрастает. Это создает серьезную проблему для пользователя,
поскольку данные, получаемые с БСС, становятся недостоверными [2].
Хотя датчики БСС могут быть откалиброваны вручную или заменены
более точными датчиками, временные, трудовые и денежные затраты на
такую калибровку могут быть чрезмерно высокими.
По определению, калибровка относится к процессу исправления
систематических ошибок в показаниях датчиков. Обычно требуется
повторная калибровка для обеспечения правильной работы измерительного
устройства, поскольку со временем износ и другие факторы влияют на
датчики и другое измерительное оборудование. В беспроводных сенсорных
сетях, когда процесс калибровки выполняется в полевых условиях, при
отсутствии камеры с регулируемыми характеристиками окружающей среды,
это называется автокалибровкой в неконтролируемой среде.
Целью данной выпускной квалификационной работы является
разработка алгоритма автоматической калибровки сенсоров в беспроводной
сенсорной сети.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнение
следующих задач:
– исследование существующих методов калибровки сенсоров
беспроводных сенсорных сетей;
– разработка программного обеспечения метода «простой»
калибровки;
– разработка алгоритма автоматической калибровки в беспроводной
сенсорной сети на основе метода комплексирования интервальных данных;
– разработка программного обеспечение для автокалибровки
сенсоров;
– экспериментальные исследования алгоритмов автокалибровки.
В первом разделе рассмотрены методы калибровки беспроводных
сенсорных сетей, такие как калибровка «от-узла-к-узлу», калибровка с
использованием глубокой нейронной сети «Projection-Recovery Network»,
«простая» калибровка, двухуровневая калибровка на уровне системы.
Во втором разделе описаны модель сети и алгоритм автоматической
калибровки сенсоров беспроводной сенсорной сети на основе метода
комплексирования интервальных данных.
В третьем разделе представлено описание процесса разработки
программного обеспечения метода «простой» калибровки и алгоритма
автокалибровки сенсоров БСС AutoWSN.
В четвертом разделе описываются экспериментальные исследования
алгоритмов автокалибровки и их сравнение.
1 Методы калибровки беспроводных сенсорных сетей

В ходе данной выпускной квалификационной работы был разработан
алгоритм автоматической калибровки сенсоров в беспроводной сенсорной сети
AutoWSN. Были проанализированы существующие методы калибровки
сенсоров БСС, сформулированы требования к алгоритму и на их основе было
принято решение разрабатывать алгоритм на основе метода комплексирования
интервальных данных агрегированием предпочтений.
Также было разработано программное обеспечение для метода
«простой» калибровки и алгоритма AutoWSN. Проводились
экспериментальные исследования двух алгоритмов автокалибровки, по
результатам которых был сделан вывод о том, что в среднем метод AutoWSN
выигрывает по точности в 2,3 раза у метода «простой» калибровки.
Так как в основу разработанного алгоритма положен робастный метод,
который позволяет определить точное значение на основании неполных,
неточных, несогласованных данных, отсутствует необходимость проведения
предварительной калибровки сенсоров. Данный алгоритм может работать при
минимальном количестве узлов БСС от 4 шт. Также поскольку алгоритм
работает на центральном узле, который подключен к бытовой сети
электропитания и не имеет ограничений по питанию, для узлов и главы
кластера не будет дополнительной вычислительной нагрузки и затрат на
передачу данных. Учитывая это, можно сделать вывод, что данный алгоритм
соответствует заданным требованиям.
Список публикаций студента

1 E.S. Bauer. Automated wireless system for measuring environmental
parameters based on NI myRIO platform // Молодежь и современные
информационные технологии. Сборник трудов XV Международной научно-
практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
«Молодежь и современные информационные технологии». – 2018 – Томск: Д-
Принт. – С. 154-155.
2 Е.С. Бауэр. Автоматизированная беспроводная система измерений
параметров окружающей среды на базе платформы NI myRIO // Неделя науки
СПбПУ : материалы научной конференции с международным участием.
Институт физики, нанотехнологий и телекоммуникаций. – 2017– СПб. : Изд-во
Политехн. ун-та. – С. 147-149.
3 Е.С. Бауэр. Моделирование метода «простой» калибровки
беспроводной сенсорной сети // Неделя науки СПбПУ : материалы научной
конференции с международным участием. Информационные технологии и
системы. – 2018 – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Татьяна С. кандидат наук
    4.9 (298 отзывов)
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (пос... Читать все
    Большой опыт работы. Кандидаты химических, биологических, технических, экономических, юридических, философских наук. Участие в НИОКР, Только актуальная литература (поставки напрямую с издательств), доступ к библиотеке диссертаций РГБ
    #Кандидатские #Магистерские
    551 Выполненная работа
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Татьяна П. МГУ им. Ломоносова 1930, выпускник
    5 (9 отзывов)
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по и... Читать все
    Журналист. Младший научный сотрудник в институте РАН. Репетитор по английскому языку (стаж 6 лет). Также знаю французский. Сейчас занимаюсь написанием диссертации по истории. Увлекаюсь литературой и темой космоса.
    #Кандидатские #Магистерские
    11 Выполненных работ
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Екатерина П. студент
    5 (18 отзывов)
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно... Читать все
    Работы пишу исключительно сама на основании действующих нормативных правовых актов, монографий, канд. и докт. диссертаций, авторефератов, научных статей. Дополнительно занимаюсь английским языком, уровень владения - Upper-Intermediate.
    #Кандидатские #Магистерские
    39 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Дмитрий К. преподаватель, кандидат наук
    5 (1241 отзыв)
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполня... Читать все
    Окончил КазГУ с красным дипломом в 1985 г., после окончания работал в Институте Ядерной Физики, защитил кандидатскую диссертацию в 1991 г. Работы для студентов выполняю уже 30 лет.
    #Кандидатские #Магистерские
    2271 Выполненная работа
    Анастасия Б.
    5 (145 отзывов)
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическо... Читать все
    Опыт в написании студенческих работ (дипломные работы, магистерские диссертации, повышение уникальности текста, курсовые работы, научные статьи и т.д.) по экономическому и гуманитарному направлениях свыше 8 лет на различных площадках.
    #Кандидатские #Магистерские
    224 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету

    Применение метаматериалов в первичных измерительных преобразователях
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Интеграция методологии FMEA с процессом проектирования и разработки продукции
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Автоматическая коррекция систематической погрешности средств измерений
    📅 2019 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)