气体泄漏的内边界定位算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种气体泄漏的内边界定位算法，属于气体监测技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着人们对于环境和安全问题的关注程度越来越高，通过监测无线传感器网络中 传感器节点所测得气体浓度值和GPS等信息，结合本文提出的内边界定位算法来估计气体 泄漏区域的准确位置，有助于广泛应用于火灾早期监测、毒气扩散、易燃易爆气体泄漏、气 态生化剂传播等场合，有助于提高人们对突发事件的快速反应能力，保障环境安全无危害。
[0003] 目前对于泄漏气体相关研宄主要是利用气体的扩散模型来大致估计气体的扩散 位置，或者是利用超声波红外技术来得到泄漏区域，但是这些方法得到的泄漏位置精确度 都不是很高，而且都是气体已经扩散开了才使用的方法，实时性效果也不理想，可信度都不 高。本文提出的在泄漏气体中的内边界定位算法可以实时精确的在泄漏区域监控气体的泄 漏情况，及时汇报泄漏区域的情况，可以更具针对性的采取一系列措施，保障人身财产的安 全。
[0004] 本发明主要针对如下的问题：⑴实时监控危险区域，实时性问题；（2)检测到气 体泄漏，快速响应问题；（3)泄漏气体精确度问题。
【发明内容】
[0005] 目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种气体泄漏的内边界定位 算法，只在危险区域部署无线传感器网络，然后在GG平面化基础上标记为内边界的节点， 然后根据邻居节点浓度值低的方向进行搜寻内边界路线，并且标记此搜寻路线，直到完成 一个闭合的区间。内边界上的节点根据距离Sink距离更近的原则，将内边界上的全部节点 信息汇总到通信头节点，由通信头节点把信息发送给Sink节点，然后Sink节点处理计算出 内边界区域的面积。实时检测和发现气体泄漏情况，及时精确的提供泄漏区域的内边界和 泄漏区域面积，让决策者对气体泄漏问题给出快速有效的且有针对性的一系列措施。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0007] 一种气体泄漏的内边界定位算法，包括如下步骤：
[0008] 步骤一：将无线传感器节点部署到可能泄漏气体的区域，无线传感器节点根据实 时检测的泄漏气体值，得到报警的无线传感器节点的分布情况；
[0009] 步骤二：根据GG平面化算法将可能泄漏气体的区域内所有无线传感器节点进行 平面化，根据泄漏气体区域内无线传感器节点与非泄漏气体区域内无线传感器节点连通情 况，将直接与非泄漏气体区域的无线传感器节点连接的泄漏气体区域内的无线传感器节点 标记为内边界节点；
[0010] 步骤三：根据内边界节点，搜寻泄漏气体区域内的内边界路线；
[0011] 步骤四：根据内边界节点与Sink节点的距离情况，设置距离Sink节点最近的内边 界节点为通信头节点，通信头节点将内边界路线上所有内边界节点信息汇总后发送给Sink 节点；
[0012] 步骤五：Sink节点根据收到的数据，根据辛普森面积公式计算得到警报区域的面 积。
[0013] 所述步骤三的搜寻泄漏气体区域内的内边界路线包括如下步骤：
[0014] 3a :对泄漏气体区域内的无线传感器节点进行一跳广播；
[0015] 3b:根据一跳广播内相邻内边界节点检测的气体浓度的分布情况和内边界节点的 情况，随机选择一个内边界节点u，向内边界节点u左右两个方向寻找路线；
[0016] 3c:如果内边界节点u-跳内有已标记的内边界节点a，则将内边界节点u直接连 接并且指向内边界节点a ;
[0017] 3d :如果内边界节点u -跳内存在其他非内边界节点，则根据无线传感器节点的 浓度，选择浓度值最低的无线传感器节点方向进行搜寻内边界路线；
[0018] 3e :标记已经确定的内边界路线，直到完成一个闭合的多边形区间；
[0019] 作为优选方案，所述步骤四中汇总所有内边界节点信息到通信头节点包括如下步 骤：
[0020] 4a :根据内边界节点收到的信息的方向，沿着相反方向继续将信息发送下去；
[0021] 4b:当某个内边界节点收集到了所有内边界节点的信息时，将所有信息发送给最 近的通信头节点。
[0022] 作为优选方案，所述步骤五中辛普森面积公式设置为：
[0023]
S为气体泄漏区域的面积，（Xi，yi)是第i个内边界节点的 坐标，n是内边界节点的个数。
[0024] 有益效果：本发明提供的气体泄漏的内边界定位算法，在生产应用中气体泄漏可 能的区域内部署无线传感器，无线传感器根据检测气体的结果，使用浓度优先原则划定已 经检测到气体泄漏区域的内边界。根据节约节点能量原则，选择距离Sink节点最近的节点 将泄漏区域的内边界信息传输给Sink节点，然后计算出泄漏区域的面积以及内边界信息。 这样可以实时的、精确的获得泄漏气体的相关信息。可以保证为后期针对泄漏气体实施的 措施效果精准，有效快速的撤离人员到安全区域之外，保障人和财产免受更大的损失。
【附图说明】
[0025] 图1为内边界算法流程图；
[0026] 图2为GG平面化算法示意图；
[0027] 图3为泄漏气体内节点警报示意图；
[0028] 图4为GG平面化算法平面化的结果示意图；
[0029] 图5为根据GG平面化算法标记的内边界节点示意图；
[0030] 图6为内边界节点搜寻内边界路线的过程示意图；
[0031] 图7为划定的内边界示意图；
[0032] 图8为发送信息给Sink节点的过程示意图；
[0033] 图9为距离最近问题的解决方案示意图。
【具体实施方式】
[0034] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0035] 如图1所示，一种气体泄漏的内边界定位算法，包括如下步骤：
[0036] 步骤一：将无线传感器节点部署到可能泄漏气体的区域，无线传感器节点根据实 时检测的泄漏气体值，得到报警的无线传感器节点的分布情况；
[0037] 步骤二：根据GG平面化算法将可能泄漏气体的区域内所有无线传感器节点进行 平面化，根据泄漏气体区域内无线传感器节点与非泄漏气体区域内无线传感器节点连通情 况，将直接与非泄漏气体区域的无线传感器节点连接的泄漏气体区域内的无线传感器节点 标记为内边界节点；
[0038] 步骤三：根据内边界节点，搜寻泄漏气体区域内的内边界路线；
[0039] 步骤四：根据内边界节点与Sink节点的距离情况，设置距离Sink节点最近的内边 界节点为通信头节点，通信头节点将内边界路线上所有内边界节点信息汇总后发送给Sink 节点；
[0040] 步骤五：Sink节点根据收到的数据，根据辛普森面积公式计算得到警报区域的面 积。
[0041] 所述步骤三的搜寻泄漏气体区域内的内边界路线包括如下步骤：
[0042] 3a :对泄漏气体区域内的无线传感器节点进行一跳广播；所述一跳表示某个无线 传感器节点通信范围内可以与自己通信的无线传感器节点的距离；所述一跳广播就是无线 传感器节点与自己通信范围内的无线传感器节点进行一次通信。
[0043] 3b:根据一跳广播内相邻内边界节点检测的气体浓度的分布情况和内边界节点的 情况，随机选择一个内边界节点u，向内边界节点u左右两个方向寻找路线；
[0044] 3c :如果内边界节点u -跳内有已标记的内边界节点a，则将内边界节点u直接连 接并且指向内边界节点a ;
[0045] 3d :如果内边界节点u -跳内存在其他非内边界节点，则根据无线传感器节点的 浓度，选择浓度值最低的无线传感器节点方向进行搜寻内边界路线；
[0046] 3e :标记已经确定的内边界路线，直到完成一个闭合的多边形区间；
[0047] 当内边界路线出现凹边形时，