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无线传感器网络下静态水体中的近岸污染源定位
  • ISSN号:0254-4156
  • 期刊名称:自动化学报
  • 时间:2014
  • 页码:849-861
  • 分类:TP[自动化与计算机技术]
  • 作者机构:[1]武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心,武汉430081
  • 相关基金:国家自然科学基金(60974012,61171160),西北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目(T201302)资助
  • 相关项目:基于状态空间方法的滤波器组框架分析设计理论与应用
中文摘要:

排放于水库湖泊中的污染物的扩散易受到边界影响.本文首先对静态水体中的近岸污染源扩散进行理论分析,提出了一种分段浓度模型.然后,研究了静态水体中靠近不透水边界的污染源定位问题,指出该问题中的未知参数不仅有污染源位置,还包括质量流率和初始扩散时间,分别给出了通用模型法、近似函数法、基于无迹卡尔曼滤波的估计方法求解参数估计问题.通用模型法与近似函数法分别通过求解基于原始扩散模型和分段扩散模型的约束非线性最d,--乘算法获取参数估计.通用模型法可快速获取目标源相关信息,近似函数法有更稳健的参数估计性能,但需要经历多个采样时刻后才可执行.基于无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)的估计方法结合扩散过程,可有效权衡数值计算复杂度与估计性能.在仿真实验部分,对近岸污染源扩散过程进行了水文模拟,根据模拟数据对比了不同算法的实验性能,说明了各算法的优势和不足.

英文摘要:

In water environments such as water reservoirs and lakes, the diffusion of pollutants is affected by boundaries. Firstly, the offshore plume source diffusion in static water is analysed and a piecewise concentration model is proposed. The localization of the pollution source near an impervious boundary is studied. It is shown that unknown parameters include not only the source position but also the mass flow rate and the initial diffusion time. To estimate the unknown parameters, we provide three algorithms, which are respectively based on a general model, an approximation function and the unscented Kalman filter (UKF). The first two algorithms employ the original concentration model and piecewise concentration model respectively, and estimate the parameters by solving the constrained nonlinear least squares problem. By using the general model based algorithm, source parameters can be acquired promptly. The algorithm based on the approximation function is more robust compared with that on the general model, although it can only be executed for sufficient samples. Considering the diffusion process, the algorithm based on UKF achieves a good tradeoff between the computation complexity and the estimation accuracy. The simulation data are generated by MODFLOW, which is a standard software for the hydrological simulation of source diffusion. Three proposed algorithms are tested by simulation data, and the results demonstrate their advantages and disadvantages.

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期刊论文 14 会议论文 12 获奖 1 专利 3 著作 1
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期刊信息
  • 《自动化学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国自动化学会 中国科学院自动化研究所
  • 主编:王飞跃
  • 地址:北京东黄城根北街16号
  • 邮编:100717
  • 邮箱:aas@ia.ac.cn
  • 电话:010-64019820
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-4156
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2109/TP
  • 邮发代号:2-180
  • 获奖情况:
  • 1997年获全国优秀期刊奖,1985、1990、1996、2000年获中国科学院优秀期刊二等奖,2002年获国家期刊奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国数学评论(网络版),德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:27550