光与无线传感网络融合及在智能轨道交通中的应用基础研究

近年来无线传感网络由于其随机性、实时性和智能性等优点成为具有巨大应用前景的新兴技术之一，而光纤传感则由于其抗电磁干扰、耐恶劣环境、宽带信息容量等优点在许多行业受到青睐。将这两种传感机制实现融合和优化以进一步发挥各自所长具有重要的理论和实际意义。本项目立足于高速轨道交通领域，针对目前面临的智能化和安全性要求，通过探索分布式光纤传感在轨道交通中的不同应用，进而引入密集离散型的无线传感节点与光纤传感链路组合，研究区域范围内相互之间的信息融合和拓扑结构优化方案，为下一步探索两大传感网络融合发展奠定理论和实验基础。项目预期实现多参量、分布式光纤传感与无线传感网络之间融合及其在轨道交通中的应用基础研究，建立两种传感机制之间融合的初步理论，基于轨道交通背景完成相关算法设计和优化，发表SCI文章15篇以上，其它检索文章10篇以上，申请专利2-4项。

光纤传感与无线传感各有优势，并在许多领域得到了广泛应用。无线传感网络本身的随机性、实时性和自组性（可重构性）等特点使其发展迅速，而光纤传感则因其在抗电磁干扰、耐恶劣环境和提供宽带信息容量等方面的优势在许多场合受到青睐，因此，如何将二者的优势进一步发挥并实现融合与优化具有重要的理论和实际意义。本项目面向轨道交通领域，针对面临的安全性和智能化需求，探索新型光纤传感器的设计与优化，以及无线传感网络关键技术，并进而研究了（准）分布式光纤传感网络玉米及离散型无线传感网络融合的相关问题，包括路由算法和拓扑优化等。项目经过三年研究，在几个方面取得进展：（1）新型光纤传感方式及其在轨道交通中的应用，包括基于光纤光栅的（准）分布光纤传感节点与网络，以及轨道应力分布测量和计轴等功能的实现；(2)对无线传感网络的关键技术，如路由算法、能耗管理等进行了优化研究；（3）针对（以轨道交通为典型应用背景）分布式光纤与离散型无线混合传感网络，提出了相应的路由和定位等优化策略；（4）围绕光纤宽带信息传输和处理作了系列研究，提出了多种新型传输机制与处理手段。在项目支持下，目前已发表论文中有21篇SCI收录（尚有3篇处于小修Minor Revision阶段），在国内一级学报（EI）发表6篇（含1篇录用），核心期刊论文5篇；申请了10多项发明专利，其中6项获得批准（2项为立项前申请），多项已完成产品研制进入应用；发表国际会议论文3篇，国际会议特邀报告1次，英文著作1章。上述成果为下一步研究奠定了很好的基础，已经获得教育部和铁道部相关项目支持继续研究。