發(fā)布時間：2017-12-21 02:26

  本文關(guān)鍵詞：非穩(wěn)態(tài)環(huán)境下無線傳感網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集離群點檢測方法研究　出處：《華東理工大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一項多學(xué)科融合的新興技術(shù),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)監(jiān)控、智能家居和物聯(lián)網(wǎng)等各個領(lǐng)域中。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工程應(yīng)用中,復(fù)雜多變的工作環(huán)境和外界的干擾與入侵等諸多因素,導(dǎo)致數(shù)據(jù)集中出現(xiàn)離群點的現(xiàn)象十分普遍,這將造成數(shù)據(jù)質(zhì)量劣化,引發(fā)錯誤的判斷與響應(yīng)。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作特點,它的計算與存儲資源,以及能源與通信帶寬等都是有限的,海量數(shù)據(jù)的信號處理帶來的離散奇異點的檢測問題逐漸彰顯,特別是在大型復(fù)雜工業(yè)環(huán)境下的非穩(wěn)態(tài)傳輸條件下,信號傳輸?shù)姆�(wěn)定性就愈加重要。面對非穩(wěn)態(tài)環(huán)境、多維度數(shù)據(jù)集離群點檢測和分布式測量方式的挑戰(zhàn),以及檢測模型優(yōu)化、數(shù)據(jù)變化檢測和模型迭代更新等離群點檢測方法中存在的不足,現(xiàn)有的濾波技術(shù)和離群點檢測技術(shù)仍難以準確且有效地檢測工程應(yīng)用中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)離群點。因此,對于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的離群點檢測方法的研究,具有十分重要的科學(xué)研究意義和工程應(yīng)用價值。在上海市科委基金《上海市化工裝備無線傳感測控專業(yè)服務(wù)平臺》(編號：11DZ2290500)的資助下,本課題開展了相關(guān)的工程試驗研究工作。為了解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維數(shù)據(jù)集離群點難以高效且準確檢測的問題,在目前檢測精度較好的基于支持向量機的方法和檢測效率較好的基于分布密度的方法基礎(chǔ)上,提出了改進的綜合在線離群點檢測算法。研究中采用了理論仿真分析和工程試驗測試的方法,引入合成偽隨機數(shù)據(jù)集,對于改進算法離群點檢測性能的仿真分析進行了較深入的研究。同時,基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),研發(fā)了面向大型金屬結(jié)構(gòu)健康檢測的試驗樣機,并在岸橋起重機和海洋石油鋪管船張緊器上進行了工程測試,驗證了新的離群點檢測改進算法在工程應(yīng)用中的精度和效率。論文的主要工作如下：(1)研究提出了基于超球一類支持向量機的綜合在線離群點檢測改進算法。在研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計特征與檢測模型參數(shù)的關(guān)系后,為了克服現(xiàn)有支持向量機離群點檢測算法片面追求模型優(yōu)化或迭代更新的局限性,以及現(xiàn)有模型優(yōu)化算法反復(fù)求解二次規(guī)劃造成檢測效率差的問題,基于平均歐氏距離的檢測模型快速優(yōu)化算法和離群點綜合檢測策略,提出了綜合在線離群點檢測改進算法。研究中采用線性核函數(shù)與高斯核函數(shù),并基于合成偽隨機數(shù)據(jù)集和真實無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集開展了仿真分析,驗證了改進算法具有優(yōu)異離群點的檢測精度,同時較原有方法也提高了檢測效率(2)提出了基于分布密度的綜合在線離群點檢測改進算法。通過研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的統(tǒng)計特性,為了解決基于分布密度的離群點檢測算法存在的離群點檢測精度低和模型更新頻繁的問題,在數(shù)據(jù)多粒度偏離因子的數(shù)據(jù)變化檢測和檢測模型快速優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上,提出了基于分布密度的綜合在線離群點檢測改進算法。開展的合成偽隨機數(shù)據(jù)集上的仿真分析結(jié)果,證明了改進算法能夠彌補現(xiàn)有基于分布密度的方法在離群點檢測精度和效率上的不足。此外,針對現(xiàn)有工作對計數(shù)領(lǐng)域系數(shù)這一重要模型參數(shù)研究上的欠缺,分析并給出了該參數(shù)的合理取值區(qū)間。(3)研究了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工程試驗方法。為了驗證改進算法,并解決一類大型金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測面臨的測點分散、供電困難和有線式監(jiān)測方案效率低下的問題,結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)工程應(yīng)用的技術(shù)特點,研制了一套具有小型、低功耗和便攜式特點的無線應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)。通過岸橋起重機的拉桿應(yīng)力測試和海洋石油鋪管船張緊器上的管道應(yīng)力測試,進行了改進算法的工程試驗驗證。研究結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)表明,離群點檢測改進算法在檢測精度和效率上均有所提高,能夠滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多維數(shù)據(jù)集離群點檢測的工程應(yīng)用需求,研制的用于大型金屬結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測的無線應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)具有實用可靠的特點。
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.9;TN929.5

【參考文獻】

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本文編號：1314346