一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，用以提高座舱污染物测量的准确性和可靠性。所述方法包括：在待测座舱中建立分布式组合传感器网络，所述分布式组合传感器网络中的每个节点设置有用于监测同一种指定污染物但测量原理不同的主、辅传感器；对各节点初始化；各节点的主、辅传感器分别测量并计算传感器测量值误差；各节点确定自身的节点信息并传播至邻居节点；对各节点的传感器测量值误差和其邻居节点信息进行一致性卡尔曼滤波得到各节点传感器的最优误差估计值；采用传感器的最优误差估计值校正相应节点的相应主传感器测量值，得到相应节点的指定污染物浓度值。该方法提高了座舱污染物监测的准确性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法
本专利技术飞机座舱环境监测领域，特别涉及一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法。
技术介绍
气密式的增压座舱保证了旅客和机组成员在高空恶劣环境中安全飞行。随着航空工业的不断发展，民航各方面对座舱内的环境质量也提出了更高的要求，各国家和地区在相应的民航标准中都明确规定了相关环境参数的限值。然而这些标准只针对温度、压力和湿度等基础环境参数，唯一规定的污染物指标——烟雾也只是作为火灾监测的一种辅助手段。可实际情况是：飞机座舱空间狭小封闭、人员密集，未及时发现的污染物将在数小时的飞行时间内对旅客和机组成员造成直接侵害。安全舒适的座舱环境是旅客选择航空公司航班的重要因素，也是长期工作在其中的机组成员身体健康的必要保障，特别是新出厂的飞机是否能够满足乘客在飞机上的舒适度，可以为座舱环境的适航审定提供一种研究方法。国内外近年来都针对飞机座舱污染物开展了相关的实测工作，在对座舱内污染物监测过程中，由于局部单个传感器过分灵敏，在噪声干扰下测量结果存在较大误差且经常出现误报警。实际飞行中，一旦发生了严重警告，飞行员必须立刻操纵飞机进行备降，因此误报警将严重影响正常飞行计划，造成大量人力财力的损失。使用增加报警阈值的方法可以减少误报警率，但却产生了严重的安全隐患。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，用以提高座舱污染物测量的准确性和可靠性。本专利技术提供一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，包括：在待测座舱中建立分布式组合传感器网络；所述分布式组合传感器网络中的每个节点设置有用于监测至少一种指定污染物的传感器，且对于每种指定污染物，设置有不同测量原理的主传感器和辅传感器；定义各节点的邻居节点，并初始化设置各节点i对应第l种指定污染物的传感器的估计增益阵Pil及状态估计值；对于每个节点，用于监测同一种污染物的主传感器和辅传感器分别测量，得到当前节点对应第l种指定污染物的主传感器测量值ZPil和辅传感器测量值ZSil；根据公式Zil＝ZPil-ZSil计算每个节点对应各种指定污染物的传感器测量值误差Zil；各节点确定自身的节点信息并传播至邻居节点；所述节点信息包括当前节点对应各种指定污染物的传感器的状态估计值、当前节点对应各种指定污染物的信息向量和信息矩阵；对于每个节点，根据当前节点对应每种指定污染物的传感器测量值误差Zil和当前节点的所有邻居节点的节点信息，通过一致性卡尔曼滤波器滤波得到当前节点对应每种指定污染物的传感器的最优误差估计值对于每个节点，采用当前节点对应第l种指定污染物的传感器的最优误差估计值校正当前节点对应第l种指定污染物的主传感器测量值，得到当前节点的第l种指定污染物浓度值：其中，i＝1,2,...,N；N为所述分布式组合传感器网络中的节点数；l＝1,2,...,L，L为每个节点监测的指定污染物种类数。在一个实施例中，所述各节点确定自身的节点信息，包括：每个节点根据预先给定的当前节点对应各种指定污染物的观测噪声协方差阵Ril，根据公式和计算当前节点对应各种指定污染物的信息矩阵Ui和信息向量ui；其中，Hil为已知的第i个节点对应第l种指定污染物的组合误差观测值矩阵；每个节点将当前节点对应各种指定污染物的传感器的状态估计值当前节点对应各种指定污染物的信息向量ui和信息矩阵Ui确定为当前节点的节点信息。在一个实施例中，所述根据当前节点对应每种指定污染物的传感器测量值误差Zil和当前节点的所有邻居节点的节点信息，通过一致性卡尔曼滤波器滤波得到当前节点对应每种指定污染物的传感器的最优误差估计值包括：当前节点接收自身的所有邻居节点的节点信息；对于当前节点监测的第l种指定污染物，将当前节点的所有邻居节点对应同一种指定污染物的信息向量和信息矩阵进行如下信息融合：当前节点更新当前节点对应第l种指定污染物的传感器的估计误差协方差矩阵Mil为：根据公式进行传感器的状态估计，得到当前节点对应第l种指定污染物的传感器的状态估计值根据公式计算当前节点对应第l种指定污染物的传感器的最优误差估计值其中，j∈Ji＝Ni∪{i}，Ni为第i个节点的邻居节点集合，变量ril为：θ为系统采样周期，矩阵取Frobenius范数。在一个实施例中，在所述得到当前节点的第l种指定污染物浓度值之后，还包括：判断各节点的各种指定污染物浓度值是否大于预先设定的相应种类的指定污染物浓度阈值；当有节点的任一种指定污染物浓度值大于预先设定的相应种类的指定污染物浓度阈值时，发出污染物浓度超标报警。在一个实施例中，在所述判断各节点的各种指定污染物浓度值是否大于预先设定的相应种类的指定污染物浓度阈值之后，还包括：当各节点的各种指定污染物浓度值均不大于预先设定的相应种类的指定污染物浓度阈值时，根据下式计算各节点的空气质量指数AQIi：其中，Zbl为预先设定的第l种指定污染物浓度阈值，αl为预先设定的第l种指定污染物的指标权重值。在一个实施例中，在所述发出污染物浓度超标报警或计算各节点的空气质量指数之后，还包括：各节点将当前节点对应各种指定污染物的传感器的估计增益阵Pil及状态估计值更新为：Pil＝AMilAT，返回执行对于每个节点，用于监测同一种污染物的主传感器和辅传感器分别测量的步骤。在一个实施例中，所述指定污染物为二氧化碳、一氧化碳、臭氧、可吸入颗粒物、丙酮、乙醇、甲醛、甲苯、二氯甲烷、内毒素、微生物中的至少一种。本专利技术的一些有益效果可以包括：本专利技术提供的基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法将分布式组合传感器网络引入座舱污染物监控中使用，在单个测量节点上设置用于测量同一污染物但不同工作原理的传感器，利用一致性卡尔曼滤波算法对测量数据进行融合，最后得到精确的污染物浓度值，实现了座舱污染物的准确测量，监测结果可靠性高。各节点传感器不必与所有节点进行信息交换，通信仅发生在邻居传感器节点之间，可以有效降低数据融合计算的复杂度，提高监测的实时性，同时减少了传感器能耗，并避免了全局信息融合中可靠性短板的问题，使各节点传感器结合自身的测量值与邻居节点的信息实现全局一致估计。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为本专利技术实施例中某一节点i的输出校正数据融合示意图；图2为本专利技术实施例中一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法的流程图；图3为本专利技术实施例中另一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法的流程图；图4为本专利技术实施例中步骤S106/S306的流程图；图5为本专利技术实施例中另一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法的流程图；图6为本专利技术实施例中为节点i的数字仿真示意图；图7为本专利技术实施例中仿真的具有10个节点的座舱污染物监测网络拓扑图；图8为一个仿真实例中状态平均估计误差变化图；图9为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，其特征在于，包括：在待测座舱中建立分布式组合传感器网络；所述分布式组合传感器网络中的每个节点设置有用于监测至少一种指定污染物的传感器，且对于每种指定污染物，设置有不同测量原理的主传感器和辅传感器；定义各节点的邻居节点，并初始化设置各节点i对应第l种指定污染物的传感器的估计增益阵P

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，其特征在于，包括：在待测座舱中建立分布式组合传感器网络；所述分布式组合传感器网络中的每个节点设置有用于监测至少一种指定污染物的传感器，且对于每种指定污染物，设置有不同测量原理的主传感器和辅传感器；定义各节点的邻居节点，并初始化设置各节点i对应第l种指定污染物的传感器的估计增益阵Pil及状态估计值对于每个节点，用于监测同一种污染物的主传感器和辅传感器分别测量，得到当前节点对应第l种指定污染物的主传感器测量值ZPil和辅传感器测量值ZSil；根据公式Zil＝ZPil-ZSil计算每个节点对应各种指定污染物的传感器测量值误差Zil；各节点确定自身的节点信息并传播至邻居节点；所述节点信息包括当前节点对应各种指定污染物的传感器的状态估计值、当前节点对应各种指定污染物的信息向量和信息矩阵；对于每个节点，根据当前节点对应每种指定污染物的传感器测量值误差Zil和当前节点的所有邻居节点的节点信息，通过一致性卡尔曼滤波器滤波得到当前节点对应每种指定污染物的传感器的最优误差估计值对于每个节点，采用当前节点对应第l种指定污染物的传感器的最优误差估计值校正当前节点对应第l种指定污染物的主传感器测量值，得到当前节点的第l种指定污染物浓度值：其中，i＝1,2,...,N；N为所述分布式组合传感器网络中的节点数；l＝1,2,...,L，L为每个节点监测的指定污染物种类数。2.如权利要求1所述的基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，其特征在于，所述各节点确定自身的节点信息，包括：每个节点根据预先给定的当前节点对应各种指定污染物的观测噪声协方差阵Ril，根据公式和计算当前节点对应各种指定污染物的信息矩阵Uil和信息向量uil；其中，Hil为已知的第i个节点对应第l种指定污染物的组合误差观测值矩阵；每个节点将当前节点对应各种指定污染物的传感器的状态估计值当前节点对应各种指定污染物的信息向量uil和信息矩阵Uil确定为当前节点的节点信息。3.如权利要求2所述的基于分布式组合传感器网络的座舱污染物监测方法，其特征在于，所述根据当前节点对应每种指定污染物的传感器测量值误差Zil和当前节点的所有邻居节点的节点信息，通过一致性卡尔曼滤波器滤波得到当前节点对应每种指定污染物的传感器的最优误差估计值包括：当前节点接收自身的所有邻居节点的节点信息；对于当前节点监测的第l种指定污染...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蕊，李彦骁，孙辉，陈希远，杨士斌，孙晓哲，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12