一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法技术

本发明专利技术公开了一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，主要步骤为：1)采集建筑物环境系统参数；2)利用CFD方法建立建筑物室内能量流动模型；3)利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取，得到若干特征参数；4)利用K‑means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，从而形成能量节点；5)在能量节点中选取一级聚变点、二级聚变点和稳定点，将传感器分别布置在选取的一级聚变点、二级聚变点和稳定点所在位置上。本发明专利技术结合CFD、KPCA和PCA特征提取算法、K‑means聚类算法等方法进行部署方法优化，同时制定可靠的节点选取排布方法，可多次灵活运用于多个区域，对多监控区域的工业建筑环境有实际意义和实用价值。

A method of wireless sensor network node deployment based on energy node

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法
本专利技术涉及无线传感器网络部署及建筑节能
，具体是一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法。
技术介绍
当前工业建筑趋于大面积复杂化，建筑能耗持续上升，节能潜力巨大。建立建筑能耗控制系统是提升建筑能耗的有效的常用手段。其中建筑节点部署为建筑能耗评估系统构建的基础，节点部署直接关系到该系统的时效性、控制难度、信息量和消息准确性。无线传感器节点部署是建筑能耗控制系统建立时必须解决的问题，是实现能耗监控预测控制的基础。合理的节点部署可以减少信息反馈，提高系统的时效性，减小系统控制难度，实现精确控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在的问题。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，主要包括以下步骤：1)采集建筑物环境系统参数。进一步，所述建筑物环境系统参数包括建筑物的室内外温湿度、光照、风速、建筑物内部结构、建筑物外部结构、建筑物进出口大小、通风量和建筑物内部冷热源布局。建筑物内部冷热源布局包括冷负载器的制冷量、热负载器的制热量和用电设备。2)利用CFD方法建立建筑物室内能量流动模型。进一步，利用CFD方法建立建筑物室内能量流动模型的主要步骤如下。2.1)建立建筑物CAD实体模型和CAE力学模型。进一步，所述CAD实体模型等比例还原建筑物内部结构和建筑物外部结构。进一步，CAE力学模型由CAD实体模型网格划分得到。2.2)设置模型仿真参数、确定边界条件。2.3)建立建筑物室内能量流动模型。3)利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取，得到若干特征参数。进一步，利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取的主要步骤如下：3.1)将建筑物室内能量流动模型划分为若干局部控制区域和非控制区域。3.2)利用PCA算法对每个局部控制区域的线性参数进行特征参数提取。3.3)利用KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的非线性参数进行特征提取。4)利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，从而形成能量节点。进一步，利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类的主要步骤如下：4.1)利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，使每个簇的能量流动状态参数E满足Emin≤E≤Emax。Emin和Emax分别表示预设的能量流动状态参数最小值和最大值。4.2)将每个簇设置为能量节点。5)在能量节点中选取一级聚变点、二级聚变点和稳定点，将传感器分别布置在选取的一级聚变点、二级聚变点和稳定点所在位置上。进一步，按照能量流动状态参数E波动误差值，对应的能量节点依次划分被为一级聚变点、二级聚变点和稳定点。其中，一级聚变点在整体建筑范围内的能量流动状态参数E波动误差最大。二级聚变点在各自局部控制范围内的能量流动状态参数E波动误差最大。稳定点在各自局部控制范围内的能量流动状态参数E波动误差最小。进一步，每级聚变点包括聚变源点和聚变末端点。进一步，二级聚变源点和一级聚变源点连线方向与风向一致；二级聚变末端点和一级聚变末端点连线方向与风向一致。本专利技术的技术效果是毋庸置疑的。本专利技术针对建筑能耗控制系统的节点部署问题，基于覆盖、信息量、信息准确度和运行能耗等四个方面实用价值和实际系统要求，提出一种基于能量节点的工业建筑无线传感器部署方法，结合CFD、KPCA和PCA特征提取算法、K-means聚类算法等方法进行部署方法优化，同时制定可靠的节点选取排布方法，可多次灵活运用于多个区域，对多监控区域的工业建筑环境有实际意义和实用价值，进而对建筑节能方面有积极作用。本专利技术使用少量节点，覆盖了多块检测区域，结构灵活，可精简系统反馈的信息量，降低系统运行能耗，降低系统信息错误率，进而提高系统稳定性。附图说明图1为节点部署流程示意图；图2为局部控制区域聚类效果；图3为能量节点、能量节点范围和能量节点区域。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，但不应该理解为本专利技术上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本专利技术上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的保护范围内。实施例1：参见图1至图3，一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，主要包括以下步骤：1)采集建筑物环境系统参数。进一步，所述建筑物环境系统参数包括建筑物的室内外温湿度、光照、风速、建筑物内部结构、建筑物外部结构、建筑物进出口大小、通风量和建筑物内部冷热源布局。建筑物内部冷热源布局包括冷负载器的制冷量、热负载器的制热量和用电设备。2)利用CFD(ComputationalFluidDynamics计算流体力学)方法建立建筑物室内能量流动模型。进一步，利用CFD方法建立建筑物室内能量流动模型的主要步骤如下。2.1)建立建筑物CAD实体模型和CAE力学模型。进一步，所述CAD实体模型等比例还原建筑物内部结构和建筑物外部结构。进一步，CAE力学模型由CAD实体模型网格划分得到。2.2)设置模型仿真参数、确定边界条件。2.3)建立建筑物室内能量流动模型。3)利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取，得到若干特征参数。进一步，利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取的主要步骤如下：3.1)将建筑物室内能量流动模型划分为若干局部控制区域和非控制区域。3.2)利用PCA算法对每个局部控制区域的线性参数进行特征参数提取。3.3)利用KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的非线性参数进行特征提取。4)利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，从而形成能量节点。进一步，利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类的主要步骤如下：4.1)利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，使每个簇的能量流动状态参数E尽可能满足Emin≤E≤Emax。Emin和Emax分别表示预设的能量流动状态参数最小值和最大值。4.2)将每个簇设置为能量节点。每个簇的能量流动状态参数E属于一个设定范围，即温湿度和风速也限制在设定范围，称为能量节点范围。能量节点范围一般与实验建筑所使用的温湿度传感器误差范围一致，能量节点在空域上也对应着一个空间区域，称为能量节点区域。由于能量节点范围内参数波动可忽略，采用中心点的参数值来代表这整个簇的值。结合实际节点排布，能量节点中心点的值即是传感器节点测量的值，能量节点区域即是传感器测量值所能代表的空间区域。参见图3，其中一个能量节点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，其特征在于，主要包括以下步骤：/n1)采集建筑物环境系统参数。/n2)利用CFD方法建立所述建筑物室内能量流动模型；/n3)利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取，得到若干特征参数；/n4)利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，从而形成能量节点；/n5)在能量节点中选取一级聚变点、二级聚变点和稳定点，将传感器分别布置在选取的一级聚变点、二级聚变点和稳定点所在位置上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)采集建筑物环境系统参数。
2)利用CFD方法建立所述建筑物室内能量流动模型；
3)利用PCA算法和KPCA算法对建筑物室内能量流动模型的参数进行特征参数提取，得到若干特征参数；
4)利用K-means算法对特征参数对应的空域离散网格进行聚类，从而形成能量节点；
5)在能量节点中选取一级聚变点、二级聚变点和稳定点，将传感器分别布置在选取的一级聚变点、二级聚变点和稳定点所在位置上。


2.根据权利要求1所述的一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，其特征在于：所述建筑物环境系统参数包括建筑物的室内外温湿度、光照、风速、建筑物内部结构、建筑物外部结构、建筑物进出口大小、通风量和建筑物内部冷热源布局；建筑物内部冷热源布局包括冷负载器的制冷量、热负载器的制热量和用电设备。


3.根据权利要求1所述的一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，其特征在于：利用CFD方法建立建筑物室内能量流动模型的主要步骤如下；
1)建立建筑物CAD实体模型和CAE力学模型；
2)设置模型仿真参数、确定边界条件；
3)建立建筑物室内能量流动模型。


4.根据权利要求3所述的一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，其特征在于：所述CAD实体模型等比例还原建筑物内部结构和建筑物外部结构。


5.根据权利要求3或4所述的一种基于能量节点的无线传感网络节点部署方法，其特征在于：CAE力学模型由CAD实体模型网格划分得到。


6.根据权利要求1所述的一种基于能量节点的无线传感网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：石欣，田文彬，冷正立，范智瑞，卢灏，张杰毅，刘荣一，翟马强，李文昌，廖亮，朱琦，罗志红，秦鹏杰，田力，朱家庆，周文博，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50