静态定位

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静态定位(共3篇)

静态定位 篇1

在静态无线传感器网络定位的使用中, 将信息进行交换, 有效的控制了有机体的结合, 最终实现了物与物的互联, 将感知深入到大范围中进行研究, 有效的提高了人类认识世界以及观察世界的能力。本文利用了移动锚点算法的特点, 并且根据具体的定位机制, 将无线传感器网络自身定位分为:基于测量技术的方法和不基于测量技术的方法, 在基于测量技术定位中, 主要是将测量节点之间的距离或者是角度, 来提高定位的精度, 来为复杂的网络环境提供了更高的定位精度和定位覆盖率, 最大限度的减小了组网的成本。

1 基于移动锚节点的静态无线传感器网络定位

1.1 静态无线传感器网络节点定位的基本原理

静态锚点主要是通过人工部署或者是配置GPS定位设备等来部署完成并且获得自身的精确位置信息, 在使用的过程中由于自身在无线传感器网络中占用的比例比较小, 但是其部署的目的是为了协助未知节点进行具体的定位的。因此可以总结到移动锚节点就是具备移动能力并且配置自身定位设备的节点。在无线传感器网络的使用中具体的分布在无线传感器网络中的位置节点中, 来提供可靠的辅助信息, 并且按照一定的算法来计算自身的估计位置。

在无线传感器定位系统中, 节点的间距或者是角度的测量技术主要是由:RSSI、TOA、TDOA和AOA组成的。其中在测量技术中, RSSI主要是在已知了发射功率, 在接收节点测量接收功率中, 具体的计算传播损耗, 使用理论或者是经验信号传播模型来将传播损耗转化为传输的距离;TOA是指通过测量信号传播时间来测量具体的网络距离;TDOA被广泛的应用在无线传感器网络的定位方案中, 一般是在节点上安装两种信号收发器。AOA是一种估算邻居节点相对自身防伪信息的技术, 但是最终总结到:RSSI和TDOA是移动锚节点在无线传感器网络定位中最常用的技术。在移动锚节点中定位的计算主要采用的是三边测量法、极大似然估计法以及三角测量法来计算未知节点的位置。

1.2 静态无线传感器网络定位算法分类

静态无线传感器网络定位的算法主要有: (1) 基于测距的定位和无需测距的定位。基于测距的定位算法通常采用的是RSSI、TOA、TDOA、和AOA测量技术, 在测量技术的应用中, 需要将传感器节点上额外的配备测距的装置, 这样就能够增加节点的成本和功耗以及计算量和通信量, 避免了在测量中的误差影响。但是无需测距定位, 在使用中能够减小节点的尺寸, 满足了功耗和成本的限制。 (2) 集中式计算的定位于分布式计算定位, 其中集中式计算的定位是指计算中心收集所有的定位信息, 然后将集中的信息计算完成所有的节点定位方式, 在使用中能够进行大量的计算以及存储, 并且可以获得相对精确的节点位置估算。 (3) 静态网络节点的定位和移动网络节点的定位, 其主要应用的是锚节点移动性来进一步减少所需要的锚节点的数量, 最终降低了硬件成本, 增强了覆盖面积, 提高了定位精度。

2 移动锚节点在静态无线传感器网络定位算法中的分析

通过增加锚节点的数量以及密集的部署锚节点来提高整个网络的定位, 其中在移动锚节点的定位算法中主要是利用1个或者是多个锚节点来在整个网络节点中进行全面的分布, 并且按照规划好的路径进行移动, 在移动的过程中其周期性广播标数据包, 以及信标数据包中的发射该信标的信标点位置的信息就能详细的确定, 在移动锚节点中通信的传感器节点可以接收到信标数据包, 在测量的同时根据节点间的连同信息或者是3个以上的测量距离来估计自身的位置。本文在结合使用RSSI、TOA和AOA测量技术估计节点位置的算法中, 详细的确定了静态无线传感器网络定位算法的构建。最终确定出未知节点通过信标信号内的时间戳计算传输时间差, 然后将传输速度和传输时间差来计算未知节点和信标点之间的距离, 完成了整个过程的位置确定。另外在移动锚节点的路径规划中, 主要是为了促进移动轨迹能够覆盖整个网络中所有的未知节点, 然后再未知节点进行定位完成后提供良好的质量保证信标点。

3 总结

本文在分析了移动锚节点之后将静态无线传感器网络定位算法进行了详细的探究, 对无线传感器网络的特点以及移动锚节点的路径的规划问题, 并且通过分析移动锚节点在静态无线传感器网络定位的算法, 为进一步加强节点定位以及测量技术提供了有效的保障, 提高了节点的定位精度, 为无线传感器网络提供了最小的网络成本, 在耗能最低中实现了最高的定位精度以及定位覆盖率, 延长了整个网络的使用, 提高了我国网络技术的进一步发展趋势。

摘要:随着网络技术在深入的发展, 静态无线传感器网络主要是通过引入网络技术中具有数据采集能力、信息处理能力以及无线通信的能力的传感器节点进行相互交换信息, 并且协调控制有机相结合。该技术的已经被广泛的应用于生活中的各个领域中, 在移动锚节点的使用中, 改变了静态无线传感器网络在发展中遇到了环境恶劣、不可到达区域最终实现了监测和跟踪的任务, 有效的控制了节点位置的具体信息。

关键词:移动锚节点,静态无线传感器,网络定位,算法构建

参考文献

[1]何晓敏, 梁金甲.基于移动锚节点的无线传感器网络定位算法研究[J].仪器仪表学, 2012 (04) .

[2]冯秀房, 刘彩霞.无线传感器网路中基于移动锚节点的APIT的改进定位算法[J].系统仿真技术, 2011 (23) .

静态定位 篇2

电力系统稳定问题是电力运行和生产部门十分关注的问题[1,2]。在电力系统静态稳定方面有静态功角稳定问题和静态电压稳定问题[3,4]。静态功角稳定指的是电力系统经受小扰动后,系统能否维持在初始工作点的能力[5]。静态电压稳定指的是系统在经受小干扰后,系统维持负荷节点电压在初始工作点的能力[6,7,8]。长期以来,一直用静态稳定储备系数评估静态功角稳定,但用单机无穷大系统推导出的静态稳定储备系数评估系统的静态功角稳定存在着一定的不足,容易引起认识上的误区;对于静态电压稳定,同样存在用静态电压稳定系数评估电力系统静态电压稳定程度[9,10,11,12]。

现从线路输送功率理论上推导了二者的联系,并修正了人们对静态功角稳定判据在认识上的误区。

1 静态功角稳定

静态功角稳定主要指发电机转子角之间的角度差。发电机的有功功率可表示为

电力系统正常运行时要求有较高的静态功角稳定裕度,系统的静态功角稳定判据为

其中,dP/dδ称为整步功率系数,其大小表明发电机维持同步运行的能力,即表明系统静态稳定程度。通常情况下,电力系统在正常运行时应具有一定的储备,一般用储备系数表示:

式中PM为最大传输功率;P0为初始运行点功率。

我国现行的《电力系统安全稳定导则》规定[13]:在正常运行情况下,系统的静态储备系数应不小于15%~20%;在事故后,系统的静态储备系数应不小于10%。而文献[14]指出,系统的静态稳定储备系数应该在30%~35%左右。

由式(3)可见,易引起系统静态功角不稳定的情况是δ接近90°,否则系统一定满足静态功角稳定[5,15,16]。这种情况是建立在单机无穷大系统上推导出的结论,而如果在实际系统用此判断功角稳定可能产生“误导”。因为若要系统静态不稳定,则必须使发电机的内电势和端电压的夹角为90°,这种情况发生的概率很小,此时电流必为系统向发电机注入电流或为容性电流,其相量图如图1所示。

单机无穷大系统是建立在无穷大系统的基础上,而无穷大系统的一个重要假设条件是母线电压保持恒定,但实际系统线路传输功率时,必定引起电压的降落,其端电压很难保持在恒定值;特别是系统存在重负荷时更是如此。因此,实际系统发生静态功角失稳要比这种理论情况严重得多。

2 静态电压稳定

静态电压稳定的机理可用简单戴维南系统进行解释(假定系统为无损系统),系统接线如图2所示。

发电机的有功功率如式(1)所示,无功功率为

将式(1)(4)相结合,可得:

若负荷仅为有功功率负荷,而无功功率为0,对U求导,可得:

此时有

最大有功功率为

因此,由上式可见,当电阻等于电抗时,系统有功功率达到最大值。

此时,对应的发电机功角为

由于负荷增大、电压降落,迫使原先的稳定状况(δ=45°)移至δ=90°,此时到达了静态功角稳定临界点(见图3),同时也达到了系统静态电压稳定的临界点。

由图3可见,用单机无穷大系统和简单戴维南系统推导出的结论不同,故文献[14]指出电力系统静态功角稳定的δ应该控制在44°范围内。

由式(1)(4)联立可得:

对上式求导:

若负荷为纯感性负荷,令上式右边为0,可得Ucrit=Em/2,此即为到静态电压临界点。此时对应的起初功角为0°。由于仅传输无功功率,因此系统不存在功角稳定问题,由此可见静态电压不稳定的系统功角应该在0°~45°之间。

3 上述理论的统一证明

上述讨论的静态功角稳定性问题和静态电压稳定性问题是分别建立在2个不同的前提下得出的,即单机无穷大系统,在静态功角稳定中,认为无穷大母线的电压为恒定值;但在静态电压稳定研究中,认为电源为恒定值。为了二者统一,现在可以用统一的输电线路传输功率来推导静态功角稳定和静态电压稳定,并且使分析结果更趋于实际。

输电线路首、末端的电压满足下式:

式中U1为线路首端电压;U2为线路末端电压;P1

为线路首端注入功率;P2为线路末端注入功率。

对上式进行统一,得:

进一步化简,得:

3.1 仅传输有功功率

线路仅传输有功功率时,并令传输线路的电阻为0时,令U1=1.0,式(15)可写为

令y=PX,有

此时曲线构成如图4所示。

由图4可见,最大功率出现在PX=0.5 p.u.时,此时线路末端电压和两端的相角差为

这与式(8)和(9)求取的结果相同。上式也表明:当线路两端的相角为45°时,系统发生静态功角失稳,同时也发生静态电压失稳,该点是静态功角不稳定和静态电压不稳定的交叉点。

3.2 线路仅传输无功功率

当线路仅传输无功功率时,式(15)可写为

令y=QX,有

此时:

此时曲线构成如图5所示。最大传输功率QX=0.25 p.u.,此时有

两端的相角差为

由上述分析可见:

a.当线路仅传输无功功率时,功率极限的传输点为U=E/2,因此,无功功率的传输更容易引起电压的降落,当超过此点时,发生静态电压失稳;

b.由于仅传送无功功率,因此不会出现静态功角稳定失稳;

c.仅传输无功功率时,传输功率极限仅为有功功率传输极限的1/2,因此,无功功率相对于有功功率而言不能大量传输,这主要是由于线路的电抗远大于电阻的原因造成的;

d.静态功角稳定和静态电压稳定的交点是线路两端相位差为45°,在线路两端相位差为45°以内时属于静态电压稳定失稳区,在线路两端相位差为45°以上时属于静态功角稳定失稳区。

3.3 线路传输的有功功率和无功功率(感性)相等当有功功率等于无功功率时,式(15)可写为

令y=PX,有

此时曲线构成如图6所示。

此时线路传输有功功率的极限为0.21 p.u.,传输视在功率极限为0.30 p.u.。

对应的线路末端电压和线路两端的相角差为

由此可见,随着无功功率的传输,系统的有功传输极限下降,其静态稳定性下降,故无功功率的传输影响系统的静态有功稳定极限。因此,无功功率不适宜大量传输。

3.4 线路传输的有功功率和无功功率(容性)相等

当有功功率和容性无功功率相等时,式(15)可写为

此时有

此时曲线构成如图7所示。

由图7可见,当为容性无功功率时,系统不存在功率极限值,也就不存在静态功角稳定问题;同样也不存在静态电压稳定问题。因此,容性无功功率有助于系统静态功角稳定和静态电压稳定的提高。

3.5 线路传输的仅为容性无功功率

当仅传输无功功率时,式(15)可写为

令y=QX,有

此时有

此时曲线构成如图8所示。

由图8可见,仅传输容性无功功率时,系统不会发生静态电压失稳和静态功角失稳。

4 结论

文中分析了传统静态功角稳定和静态电压稳定的区别和联系。

a.从线路输电功率理论对二者进行了推导,指出通常当线路两端相位差在45°以内时失稳是静态电压稳定失稳;而超过45°是静态功角稳定失稳。

b.指出用传统的静态功角稳定的静态稳定储备系数评估静态功角稳定的不足,容易引起人们认识上的误区。

静态定位 篇3

生物组织的弹性与其生物学特性紧密相关, 对于疾病的诊断具有重要的参考价值。超声弹性成像作为一种新的超声成像方法,通过获取组织弹性的相关信息,弥补了传统医学成像模式不能直接提供组织弹性情况的不足,对某些疾病的临床诊断具有很大的意义。目前超声弹性成像被越来越广泛地应用于临床诊断,成为一个研究的热点。

目前已经获准上市产品中利用超声获取组织弹性的功能从原理上分为三种 :静态 / 准静态弹性成像、剪切波弹性成像和瞬时弹性超声。前两种为成像技术,可以获得组织弹性的分布图像, 第三种则不能获得弹性的图像。本文重点对静态 / 准静态弹性成像技术及国际监管要求和技术审评思考进行简单介绍。

1.成像原理及产品情况介绍

对组织施加一个压力,较软组织的形变比较硬组织大。如图1所示,在同样的压力下,上方较软组织形变较大,而下方较硬组织的形变则较小。静态 / 准静态弹性成像就是利用这个原理, 通过用超声灰阶成像功能观察软组织在压力作用下的形变情况来判断组织的相对软硬,给出组织硬度的信息。

大部分公司的产品在成像时组织所受到压力源为医生持探头手动施加的压力,有些公司(如日立医疗)的产品也可以利用人体自身的生理搏动(如动脉血管)作为压力源,还有一些公司(如西门子医疗)的产品是通过探头发出的声波产生声辐射力作为压力源,该技术称为ARFI(Acoustic Radiation Force Impulse) 成像法。

这种原理的弹性成像产品提供的信息主要是组织硬度分布图和与弹性相关的指数。其中硬度分布图是以感兴趣区域(ROI)内的组织平均硬度作为基准,ROI内组织相对于基准硬度的软硬程度用彩色编码的形式叠加在二维超声灰阶图像上,并用color bar来提示使用者颜色与硬度的关系。

应变比是比较常用的与弹性相关的指数。根据弹性的定义,杨氏模量 = 应力 / 应变。在假设邻近组织应力相等的前提下,通过目标组织和参考组织应变的量化关系可以获得两者杨氏模量的比值。其中,参考组织通常为整个ROI区域内的组织或用户在ROI区域内选定子区域内的组织。 因为此计算是基于应力相等的假设,考虑到力在组织内传播存在衰减,所以在选取参考组织时, 通常选择相对于作用力源深度相近的区域。有些产品还对硬度分布情况进行进一步地计算,向使用者提供进一步的信息,如 :相对平均应变值、 相对应变值标准偏差、低应变区域所占面积比例、 复杂度、对比度等。已有文献报道这些参数在某些疾病的诊断(例如乳腺导管内癌的正确识别等) 有潜在的用途[2]。

目前大部分进口和一部分国产超声生产企业能够生产具有弹性成像功能的超声设备,大部分企业的产品利用的是静态 / 准静态的弹性成像原理,其中日立医疗在这个领域属于领军者。

该原理的弹性成像功能可用于多处人体部位的检查,如肝脏、胰腺、甲状腺、乳腺等。临床诊断价值仍处于经验积累阶段,已有不少文献显示其对某些疾病的诊断具有很大的意义,但要想成为主要的诊断手段还有很长的路要走。利用手动按压和生理搏动作为压力源的方式,不能检测较深的组织和没有生理搏动部位的组织,应用受到限制。以声辐射力作为压力源的方式,应用的人体部位相对较多。此类产品由于原理的限制, 只能给出组织硬度的定性和半定量的信息,具有局限性。

2.国际监管要求和技术审评思考

超声弹性成像作为比较新的成像方式,国际上尚没有相关的标准和指南发布。国内医用超声设备标准化分技术委员会于2013年审定通过的推荐性行业标准YY/T 1279-2015《三维超声成像性能试验方法》已于2015年3月发布,尚未实施。 参考资料的缺乏,给审评带来了一定的困难。

2.1实验室评价

实验室评价主要从产品安全性和有效性两个方面进行。

2.1.1安全性评价

安全性评价主要考虑电气安全、生物相容性和声能安全。电气安全和生物相容性安全与普通影像型超声设备的要求相同。

声能评价应依据原理不同分别进行分析。利用手动压力和生理搏动作为压力源的成像方法, 并没有较普通超声成像引入更多的声能风险。而使用声辐射力作为压力源的ARFI技术,增加了声能方面的风险。ARFI技术是观察声辐射力所作用区域组织的应变情况,为了满足成像分辨力的要求,要向组织发射密集的声辐射能量,其声能方面的风险较其他方式的弹性成像技术都要大得多。

目前对于声能的风险,全球的监管标准主要有两个 :美国FDA的声输出控制要求和IEC60601-2-37的要求。根据美国FDA诊断超声上市申请指导原则中声输出公布的Track 3,MI指数不得超过1.9,Ispta.3指数不得超过720m W/cm2[3]。

IEC 60601-2-37则要求探头表面的温升不得超过10˚C(体外应用),要求在说明书中公布MI和TI指数的极限值,并对高于一定数值TI和MI指数进行实时显示[4]。西门子医疗生产的ARFI原理的成像产品在美国FDA申请上市时,除了上述美国FDA指南要求外,美国FDA还要求其测量了极端发射条件下的温升。目前可以认为除利用手动压力和生理搏动作为压力源的静态 / 准静态弹性成像产品与普通超声在声输出要求上可以采用同样的标准。而对于ARFI,应考虑评估极端条件下的温升。

2.1.2有效性评价

有效性的实验室评价主要为性能指标的检测。目前作为科技部“十二五”课题的一部分,新型超声产品注册技术审查指导原则的报批稿已基本完成,其中对于静态 / 准静态原理的弹性成像功能应验证的参数进行了规定,主要考察其定性地区分不同硬度组织的能力。检测的性能指标包括: 探测深度、应变比、空间分辨力、几何成像精度、 与B模式图像重合性。区分不同硬度组织的能力与目标的深度、目标的尺寸、目标区域与背景区域弹性模量的差异大小都密切相关,在设置检测参数时应综合考虑这些因素。

有效性的实验室评价存在一个客观的困难, 就是受到测试用体模的限制。受体模制造商技术能力的限制,体模材质的弹性模量数值很难做到 “指哪儿打哪儿”,往往是“打哪儿指哪儿”,所以很难完全按照弹性成像设备制造商的需求生产出体模。而且市售体模结构设计也很难满足测试的所有需求。这就使得制造商对设备能够做到的测量能力的宣称受到体模生产能力的限制。

2.2临床评价

临床评价方面,静态 / 准静态弹性成像由于相对比较成熟,在各国家地区上市均不需要进行临床试验。

根据医疗器械分类目录6823子目录,超声弹性成像设备管理类别不低于第二类[5]。根据《免于进行临床试验的第二类医疗器械目录》[6]和《免于进行临床试验的第三类医疗器械目录》[7]( 以下合称《目录》),静态 / 准静态超声弹性成像设备不能依据《目录》直接免于临床试验。根据《需进行临床试验审批的第三类医疗器械目录》[8]和 《医疗器械临床评价技术指导原则》[9](以下简称 “临床评价指导原则”),静态 / 准静态超声弹性成像设备并未被强制要求进行临床试验。

就目前已有设备情况而言,对于已生产过此类设备的厂家而言,同品种设备还是比较容易找到的,如果同品种设备已有一定量的已发表的临床文献资料,通过对同品种医疗器械临床试验或者临床使用获得的数据进行分析评价具有一定的可行性。

根据临床评价指导原则,需要将申报产品与同品种医疗器械进行对比,对比项目涉及基本原理、性能要求、安全性评价、适用范围等方面。其中基本原理主要考虑对比前文所述的压力源 (外部压力、组织搏动、声辐射力)的差异。性能要求主要考虑对比本文2.1部分所述的应检测的性能指标。安全性评价主要考虑对比本文2.1部分所述的声能安全。适用范围主要考虑对比成像的人体部位,如肝脏、乳腺等。

3.结语

【静态定位】推荐阅读:

动态(静态)06-05

静态博弈06-07

静态影响06-11

静态分析06-20

静态特性06-20

静态规划07-27

静态视角08-07

静态网站08-17

静态性能09-04

静态测量09-16

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