面向地下管网安全监测的磁感应传感网关键技术研究

Petroleum pipelines as an important mode of transportation are widely used for petroleum transportation,but pipeline leakage accidents seriously affect the normal production,even cause the environment pollution and great threaten to people’s life,property and living environments.According to the requirements of underground pipeline network monitoring,conquering the obstacles such as high path loss,dynamic channel condition and large antenna size and so on,it is adopted to study the transmission characteristics of underground pipeline network magnetic induction and its channel,establish the theory model of wireless magnetic induction and magnetic induction waveguide.The algorithm of effective connectivity will be given. This project will study the variety sensors coordination strategy and how to effectively solve the problems that the environment challenge of magnetic induction communication, networking method and the key technology,and research on the communication platform of the underground magnetic induction wireless sensor network, establish information transmission test environment, meet the informatization construction of underground pipelines network. The results of this project will provide the theoretic foundation and technique support for monitoring underground environment.

石油管道传输作为一种重要而经济的运输方式被世界各国广泛应用，但石油管道泄漏事故严重影响正常的生产，甚至造成环境污染，给人们的生命、财产和生存环境造成了巨大的威胁。本课题针对地下石油管网安全监测的要求，克服路径损耗严重、信道动态变化和电源条件受限等问题，对地下石油管网磁感应传输特性及其信道进行研究，建立地下石油管网磁感应信道理论模型，给出有效的链路连通保持算法，研究多传感器协调策略，提出有效解决地下石油管网安全监测磁感应通信与组网关键技术问题的方法，研制地下石油管网无线磁感应传感网网络通信平台，建立地下石油管网安全监测信息传输试验环境，满足地下石油管网信息化建设的需求，为地下环境安全监测网络系统的研究提供理论依据和技术支撑。

本课题针对地下管网安全监测的要求，主要对地下管网磁感应信道传输特性及其信道模型、地下管网磁感应传感网理论模型及其网络结构等内容展开研究。主要取得如下成果：.（1）针对挑战条件下复合介质中安全监测的需求，建立基于无线磁感应通信和磁感应波导通信的理论模型，建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型，研究了地下磁感应通信天线阵列两线圈、四线圈和3D线圈模型及其场强分布，研究了无线磁感应透地通信信道模型，对地下环境监测、长距离或人口密集区输油输气输水等生命线工程安全监测具有重要意义。.（2）针对无线地下传感网络的应用需求，设计了地下管网磁感应传感网网络结构，研制了可无线充电的地下磁感应无线传感器节点和无线地下磁感应通信装置及磁感应波导通信系统，搭建了实验测试平台，为构建无线地下传感网络奠定研究基础。.（3）针对地下管网数据类型多且数据量大的情况，基于压缩感知理论，研究压缩感知中测量矩阵的构造方法；针对未来无线磁感应通信中可能出现的码率动态变化影响视频质量的情况，设计无线视频码率变化聚类识别方法；针对未来无线磁感应传感网中压缩编码及无线丢包等因素对视频的降质影响，提出一种基于视频自然统计特性的无参考频质量评价方法，为未来磁感应传感网中视频质量提供保障。