基于无线传感器网络的自来水管道漏水监测定位关键技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61461036
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    45.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0111.信号理论与信号处理
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The leakage of water supply pipeline has become one of the most important cause of the waste of urban water resources and the pollution of the city.Therefore,it has arised more and more attention. The location of the leakage is the primary work for sovling the problem. With the rapid development and wide application of wireless sensor networks, it is possible to monitor and locate the leakage of liquid pipeline network by using network resources and effective communication technology. This project intends to study the key techniques of monitoring and locating water supply pipeline leakage based on wireless sensor networks. According to the distribution information of water supply pipeline and the abruptness features of the leakage, we intend to use improved TEEN algorithm to select hierarchical management structure and cluster-head for wireless sensor networks. Then the frequency feature of the leak signal is obtained by applying spectral subtraction. Furthermore, the time delay between different sensors which is used to locate the leakage is estimated by adaptive noise cancellation and adaptive time delay estimation algorithms. Finally, by making full use of the node resources of wireless sensor network and merging the multiple time delay with fusion algorithm, the accurate location of the leakage is achieved. The research results can not only be used for monitoring and locating the water supply pipeline leakage, but also providing valuable theoretical and technical support for monitoring and locating other leakage of liquid (such as natural gas, oil) in the underground pipe network.
自来水管道泄漏是城市水资源浪费的一个重要原因,同时给城市环保也带来了不良影响,因此治理管道漏损已引起高度重视,但要治理漏损,首先要确定漏水点。随着无线传感器网络的快速发展和广泛应用,利用网络资源和高效的通信手段进行流体管网泄漏的监测与定位成为了可能。本课题拟研究基于无线传感器网络的自来水管道漏水监测与定位的关键技术。根据供水管道分布及漏水事件的突发性特征,拟采用改进的TEEN算法进行网络分层管理及簇首选择;运用谱减法提取漏水信号特征信息,采用自适应噪声抵消和时延估计方法得到漏水点定位所需的多节点时延估计值;利用无线传感器网络的节点资源,选取合适的融合算法,通过对多节点时延估计值的融合处理,实现对漏水点的精确定位。本课题的研究成果不仅可用于自来水管道泄漏的监测与定位,还能为其他地下管网流体(如天然气、石油)泄漏的监测与定位提供有价值的理论和技术支持。

结项摘要

供水管道的泄漏会造成水资源的巨大损失,研究供水管道泄漏检测定位方法对于保证供水管网安全运行和节约水资源具有重要意义。针对传统管道泄漏检测定位方法智能化程度和检测效率较低的问题,本项目组对基于无线传感器网络的管道泄漏检测与定位系统和方法开展了研究。首先开发了基于ZigBee的供水管道远程监测系统。该系统通过布置在管道上的无线传感器进行数据采集,通过GPRS和WiFi网络实现数据远程传输。针对传统无线传感器网络协议功耗高的问题,提出了一种漏水触发组网方法和高能效LEACH路由协议,能够有效降低无线传感器网络的能耗,提高网络的生存周期。仿真分析与实验结果表明,我们提出的泄漏识别方法能够有效的识别出管道的泄漏情况。本文提出的漏水触发组网方法与传统无线传感器网络组网方法相比具有更低的能量消耗。为了提高管道泄漏检测的精度和智能化程度,我们进一步研究了基于信号时频特征和BP神经网络的泄漏识别方法。该方法利用谱减法进行信号增强,然后将多个时频特征输入BP神经网络来判断是否发生泄漏。在此基础上我们进一步提出了基于信号时频特征和支持向量机的泄漏识别方法。该方法利用固有模态函数、近似熵、主成分分析构建信号特征集,采用支持向量机作为分类器实现泄漏检测。对于发生泄漏的情况进一步开发了基于分数低阶自适应时延估计的漏点定位方法,从而实现了管道状态监测和泄漏识别与漏点定位。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(11)
专利数量(7)
Optimal design of energy efficient two-tier HetNets with massive MIMO by coordinated multipoint beamforming
通过协调多点波束成形实现大规模 MIMO 节能两层 HetNet 的优化设计
  • DOI:
    10.1016/j.phycom.2018.04.003
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physical Communication
  • 影响因子:
    2.2
  • 作者:
    Zhang Yinghui;Liu Yang;Gao Jing
  • 通讯作者:
    Gao Jing
MRT precoding in downlink multi-user MIMO systems
下行多用户MIMO系统中的MRT预编码
  • DOI:
    10.1186/s13638-016-0738-6
  • 发表时间:
    2016-10
  • 期刊:
    MRT precoding in downlink multi-user MIMO systems
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张颖慧;高静;刘洋
  • 通讯作者:
    刘洋
Improved time difference of arrival estimation algorithms for cyclostationary signals in α-stable impulsive noise
改进α稳定脉冲噪声中循环平稳信号的到达时间差估计算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018-05
  • 期刊:
    Digital Signal Processing
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yang Liu;Yinghui Zhang;Tianshuang Qiu;Jing Gao;Shun Na
  • 通讯作者:
    Shun Na
Carrier Frequency Estimation with Cyclostationary Signals in Impulsive Noise
脉冲噪声中循环平稳信号的载波频率估计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    International Journal of Signal Processing, Image Processing and Pattern Recognition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yang Liu;Yong Tie;Shun Na;Shenglong Tan
  • 通讯作者:
    Shenglong Tan
A Novel Diversity Receiver Design for Cooperative Transmission System
一种新型的协作传输系统分集接收机设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE ACCESS
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    高静;张颖慧;刘洋
  • 通讯作者:
    刘洋

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其他文献

基于LMS算法的自来水漏水检测去噪算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李树华;王强;那顺乌力吉;李媛;铁勇
  • 通讯作者:
    铁勇
基于OPNET的APTEEN协议仿真建模研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马金玉;王树彬;葛艳红;铁勇
  • 通讯作者:
    铁勇
有源声音传感器探头的设计及在漏水探测相关仪中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内蒙古师范大学学报(自然科学汉文版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    铁勇;俞宗佐
  • 通讯作者:
    俞宗佐
广义相关时延估计方法在漏水检测定位中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    铁勇;刘洋;李树华
  • 通讯作者:
    李树华
双路音频采集系统及相关算法在漏水探测技术中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    内蒙古大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭改枝;俞宗佐;铁勇
  • 通讯作者:
    铁勇

其他文献

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铁勇的其他基金

自来水管道漏水检测技术研究
  • 批准号:
    60772166
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    29.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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