【摘 要】
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在大型化工厂区中,常常会因为设备的老化腐蚀而导致设备出现故障,进而会引发一些有毒气体泄漏,甚至会导致爆炸。若没有得到及时处理,气体的泄漏势必会对厂区的相关工作人员带来严重的损害。连续物体中的有毒气体,不同于比较常见的液态水、石油等连续物体,它的主要特点是无色无味,没有边界,肉眼难以发现等。因此仅报告有毒气体的内边界是不够的,还需要明确有毒气体扩散的外边界,将有助于应急疏散厂区内的工作人员。可以利用
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在大型化工厂区中,常常会因为设备的老化腐蚀而导致设备出现故障,进而会引发一些有毒气体泄漏,甚至会导致爆炸。若没有得到及时处理,气体的泄漏势必会对厂区的相关工作人员带来严重的损害。连续物体中的有毒气体,不同于比较常见的液态水、石油等连续物体,它的主要特点是无色无味,没有边界,肉眼难以发现等。因此仅报告有毒气体的内边界是不够的,还需要明确有毒气体扩散的外边界,将有助于应急疏散厂区内的工作人员。可以利用无线传感器网络（wireless sensor networks,WSN）的技术优势获取厂区位置信息,通过节点监测气体浓度的异常值确定气体泄漏点和安全区域。本文主要研究内容如下:首先,本文详细地分析了WSN在化工厂有毒气体泄漏监测系统中的重要意义,并阐述了WSN的体系结构、经典定位算法、灰狼优化算法以及确定安全区域的相关技术。其次,通过分析传统非视距DV-Hop定位算法的思想,针对该算法的不足和限制,提出了基于多通信半径和改进灰狼优化算法的DV-Hop定位算法（DVHop Localization Algorithm Based on Multiple Communication Radius and Improved Grey Wolf Optimization Algorithm,MCGWDV-Hop）。该算法利用RSSI值和多通信半径划分对最小跳数进行修正。通过加权系数对平均跳距进行加权处理,避免因跳距造成的误差累积。采用改进的灰狼优化算法替代传统最小二乘法,经过不断地求解与寻优,找到未知节点的最优坐标。本文提出的算法弥补了传统算法的不足,会在一定程度上降低了误差累积,增强了节点的定位精度。最后,将本文提出的定位算法应用于化工厂有毒气体泄漏监测系统中,设计并实现了化工厂有毒气体泄漏监测系统。按照系统实际需求,对硬件设备进行了严格选择,数据采集利用CC2530芯片搭载类型各异的传感器完成。上位机实现了节点定位、实时接收分析数据和动态显示的功能,同时完成了安全区域动态划分的功能。经测试验证,系统运行稳定,每个方面的性能都表现良好,满足了大型化工厂中有毒气体泄漏安全区域预测的现实需求。
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