文摘
本文拟应用智能无线传感器网络(IWSN)考古挖掘现场,使考古挖掘的动态网站可以实时监控的智能。本文首先论述了无线传感器网络(WSN)的结构和功能。其次,根据有限的动态监测的基础的问题,建立一个IWSN。考古挖掘网站的动态环境监测的实现是通过使用地理信息系统(GIS)和遥感技术结合IWSN。最后,本文分析了环境监测的结果考古挖掘现场,动态环境监测IWSN考古挖掘现场的位置,以及智能无线传感器的仿真结果Network-Geographic信息系统(IWSN-GIS)的动态环境监测考古挖掘现场。结果表明,逆距离权力(IDP)算法在温度和湿度监测数据总体下降的趋势,算法性能相对稳定,算法性能优于其他两种算法。IWSN-GIS系统的监控性能优于IWSN系统。这表明与传感器节点的通信距离的增加,不同监测系统的相对误差动态监测位置的考古挖掘现场是递减的。IWSN-GIS可以监视环境之前、期间和之后,考古遗址。本文实现了智能、科学和技术的历史考古挖掘通过IWSN、GIS、遥感影像技术,为数字考古考古研究提供技术支持。
1。介绍
考古是一个基本在文物的挖掘工作。然而,由于文物的历史悠久,有很多文物环境中的不确定性和材料(1]。在考古,必须谨慎使用科学方法最大化保护考古结果。为了保护文物考古发掘出土的紧急保护文物制度已经制定(2]。过去,新出土的考古挖掘网站,考古学家们通常用竹竿建造栅栏“封闭”它们。如今,这些“粗糙”一直被更复杂的方法,高效和安全操作(3]。考古发掘现场、工作平台就像一个吊篮,把考古学家在防护服进入坑挂,和改变位置,方向,在任何时间和角度的可能性降到最低污染工件和坑填满挖掘机的可能性。广场上的起重机小屋也足以处理提取各种乐器。在开挖的过程中,考古学家可以获得文物的信息输入到系统里,在进一步分析。此外,有一个受保护的温室环境监测系统在考古挖掘现场。除了监控其他机舱的温度和空气湿度,它还进行24小时实时监控整个开挖土壤环境的网站,和上传信息到手机和电脑终端,考古学家可以在实时查询。每平方的小屋配备全面挖掘平台和一个多功能考古的操作系统,使用平行桁架,自动载人系统,和其他设备实现的功能[出土文物4,5]。
对于动态环境监测方法研究,遥感技术常用于环境监测、地质研究等。通过遥感影像技术,胡等人进行周期性地质监测(6]。Phiri等人应用卫星遥感数据监测土地利用和覆盖变化基于总结遥感动态监测技术(7]。以地震为研究对象,陈等人的遥感图像的变化检测地震灾区之前和之后的基于遥感影像技术有效地探索Zhangbei地区建筑物的损伤程度(8]。钟等人多通道遥感技术用于解决多通道图像的差异和困难的问题集中频道信息。他们使用多元统计方法证明直接比较像素灰度水平的可行性,解决了多通道相关性(9]。张等人分析了遥感图像检测技术的性能和应用贝叶斯理论和灰色图像检测方法的土地补丁检测(10]。关于无线传感器网络的研究和应用在动态环境监测方案,夫等人研究了分布式传感器网络数据计算和通信功能(11]。阿加瓦尔等人的WSN应用于传感战场情报,并广泛应用于大量的战场环境侦察和监视系统、智能传感器网络等。12]。金等人研究的理论基础和技术应用,系统的连通性,相信WSN可以确定sensor-related节点的位置,并可扩展标记语言(XML)应用于全球传感器数据系统(13]。康奈尔大学美洲狮系统允许用户查询感知数据和测试系统性能(14]。
上述研究表明,遥感技术的应用和传感器网络在动态环境监测是可行的。然而,传感器网络和遥感技术尚未应用到动态环境监测的考古遗址。为了应用智能无线传感器网络(IWSN)考古挖掘现场,本文可以智能监控的动态网站实时考古挖掘。意识到科学数字考古、计算机技术的支持下,综合应用现代测绘、遥感、三维重建、数据库、地理信息系统(GIS),虚拟和现实增强技术,智能无线传感器网络技术,全面收集和考古挖掘现场应该全面分析。的理论和方法研究空间信息是一个必然趋势在信息时代考古学的发展。科学数字考古从考古遗址的空间信息的收集和映射到数据库建设、空间分析、仿真、虚拟和现实增强显示。通过IWSN通信,进行数据传输和共享。最后,考古挖掘现场的动态环境监测的研究研究。
通过IWSN、GIS和遥感影像技术、智能科技考古的考古挖掘。技术支持提供了数字考古在考古研究,突破了传统方法使用遥感技术和GIS技术的动态监测环境和实现智能集成智能科技考古环境系统。有两个创新的研究。首先,在融合技术方面,IWSN结合GIS和遥感影像技术,和IWSN的功能是用来实现智能科技考古的考古挖掘现场。其次,根据研究结果,一个智能科技考古环境系统基于IWSN, GIS,构造和遥感图像的实际应用到动态环境监测的考古挖掘网站。
2。材料和方法
2.1。无线传感器网络的结构设计
随着社会的发展和现代科学技术,物联网的发展和应用技术(物联网)吸引了很多国家和人民的关注。物联网开发是基于现有的互联网。除了集成网络,无线射频识别(RFID)技术和信息技术,物联网也引入了无线传感器,使机器对机器(M2M)物联网有更深层次的发展。结合无线传感器技术和嵌入式系统,传感器网络是一种分布式传感器网络周边设备的传感器可以感知并检查外面的世界。无线传感器网络通信的传感器,因此网络设置是灵活的。设备的位置可以改变在任何时间和可以有线或无线连接到互联网,形成多次反射特设网络/无线通信(15]。系统架构如图1。
图1显示了传感器网络体系结构。传感器网络技术是传统的传感技术和网络通信技术的融合。通过连接无线网络节点传感器,收集各种物理量,它变成了一个智能节点的传感和通信功能。传感器网络是物联网的核心支撑技术之一。传感器网络是无线自组织网络由一群密集排列和随机分布的传感器节点,其目的是协同感知、收集和处理对象在网络覆盖的地理区域的信息,并为用户提供它。构建一个传感器网络的三个要素是传感器节点、感知对象和观察者。技术优势的基础四个方面。首先,multiangle和多向信息的集成分布式节点有效提高观察监测区域的准确性和信息的全面性。其次,低成本和high-redundancy传感器网络的设计原则,为整个系统提供强大的容错。即使在极其恶劣的应用环境,监控系统能够正常工作。 Thirdly, the mixed application of various sensors in the node is beneficial to improving the performance index of detection. Finally, the combination of multiple nodes can form a real-time detection area with a large coverage. With the ability of a single mobile node to adjust the network topology, shadows and blind spots in the detection area can be effectively eliminated. The WSN hardware devices are shown in Figure2。
传感器网络硬件设备包括传感器节点,水槽节点和网关节点。在传感器网络,传感器节点不仅需要实现数据收集和处理转换也意识到数据融合和路由,将收集到的数据与其他节点收到的数据本身,和转发回监控终端。的处理能力、存储能力和通信能力的传感节点相对较弱,由小容量电池。网络的功能,除了本地信息收集和数据处理,每个传感器节点还存储,管理,和融合其他节点转发的数据,与其他节点协作完成一些特定任务。
的处理能力、存储能力和通信能力的水槽节点相对强劲。这是一个网关连接外部网络,传感器网络和互联网实现两个协议之间的转换,同时发布监测任务管理节点的传感器节点,并转发数据收集的传感器网络到外部网络。管理节点用于动态地管理整个网络。传感器网络的所有者访问资源的基础上通过管理节点16]。传感器网络的主要功能如表所示1。
2.2。基于无线传感器网络的动态环境监测的特点
在动态环境中考古挖掘现场的监控系统,监控对象可能在正常状态和异常状态。因此,有必要时及时报告异常事件满足周期性数据收集和传播。WSN动态环境监测网络系统由大量的低功耗和廉价的微传感器节点部署在监测区域和监控的环境状态监测区域通过多次反射自组织通信。WSN定期发送的监控数据,并确定是否有异常事件,并及时通知用户的异常信号。在动态环境监测,传感器网络可能受到各种环境因素的影响如电磁场、温度和湿度、光线不足。与传统网络相比,WSN节点故障率更高和更有可能丢失数据。此外,由于成本和体积的限制,传感器节点的配置不高的精度。节点的能量和带宽等资源的物联网是极其有限的。经常有不可避免的问题,如信息的损失。
为了解决上述问题,空间插值的方法用于转嫁丢失的数据。根据相邻插值数据的概念,逆距离权力(IDP)算法用于感知无线传感器的观测值(17]。当地的插值函数表达式所示 代表了无线传感器的插值点。 代表的观测值 , 代表了序列号 ,和代表相应的节点上的值函数。代表了已知节点的观测。IDP算法首先计算节点之间的距离。计算表达式所示 是一个正整数,代表了闵可夫斯基参数, 和 代表的插值点无线传感器, 代表节点之间的距离,二维空间中的两个点之间的距离可以被表达
方程(3)表明,当 在方程(2)、闵可夫斯基距离是欧几里得距离。当 ,闵可夫斯基距离曼哈顿距离。当方程(2)带入方程(1),可以获得以下方程:
方程(5从方程(获得)4),是一种二次参数,代表了已知的节点之间的距离和观察到的节点。归责过程中数据估计,这些估计的影响权重之和为1,这使得预测准确插值插值数据。空间分布的无线传感器网络中,假设离散点数据集
在方程(6),代表了WSN的离散点。根据最近的邻居原则,方程的离散点(6对二维平面上的数据点)监测,计算表达式所示方程(7):
代表了二维平面离散点监测区域, 代表之间的距离和监控区域 。 是一组满足插值点之间的距离和离散点 ,之间的重要性和离散点可以表达的
表示一阶的面积多边形的 ,和是二阶的面积多边形对应节点 。均方根误差(RMSE)指标是用来衡量估计算法的优缺点。RMSE越小,算法的性能越好(18]。的计算表达式所示
2.3。考古遗址IWSN系统的设计
的进一步深化,社会信息化和智能无线网络有大量的应用在各个领域。目前,物联网的许多应用程序仍然是手动操作,这是即将开展的智能转换,系统和智能转换首先无线网络的变换。无线传感器在很大程度上依赖节能算法保持活跃了很长一段时间。电池技术的进步,增加电池容量,能够延长导致休眠时间预计数年的电池寿命。大多数移动设备已经技术,如蓝牙和无线个域网、节能算法所需功能的无线网络设备,包括符合IEEE 802.15.4-2015标准(低速率无线个人区域网络的无线标准)。如果没有行动或事件报告,传感器将进入睡眠状态。如果一个事件发生时或者在预设的时间发生,传感器醒来,评估情况,报告其状态,然后回到睡眠。这个循环由轮询算法,也可以开始,依次处理每个传感器。责任周期也可以打开和关闭传感器调整,有效降低能耗一半。关键是这些传感器被设计成低功率节点从一开始。 Sensors achieve energy savings due to lower cost, higher integration, better power management, and more advanced algorithms. In addition, the energy integration function also uses electricity to achieve Net-Zero energy consumption, and the intelligent operation mode that reduces battery consumption brings a new intelligent working method to the archaeological excavation site [19]。IWSN图所示的结构3。
手动网络无线通信的频率490 MHz(百万赫兹)(470 ~ 510 MHz) ISM频段(国际安全管理)。无线通信的自动网络频率是2.40 ~ 2.4835 ghz(吉赫兹)ISM频段。以太网、通用分组无线业务(GPRS),互联网协议(IP)和传输控制协议(TCP)上行网关接口。监控中心服务器由阴极射线管(CRT)屏幕监视和液晶显示器(LCD)读取数据从智能传感器和无线测量和控制设备,上传通过GPRS(通用分组无线业务),通过串口通信、以太网、现场触摸屏。智能传感器网络节点共同努力通过各种路径传输数据到其他智能传感器网络上可用,然后引导信息的主要地点根据情况,进一步处理和存储信息,或采取相应的措施。以图形方式显示所有可用的传感器网络节点之间的路径,为多个通信路径和冗余路径看起来像一个网状结构。大量的无线传感器节点随机部署在或接近监测区域通过自组织形成一个网络。检测到传感器节点的数据沿着其他传感器节点传输一个接一个。在传播过程中,检测到的数据可能被多个节点处理,通过多个跳路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。用户配置和管理传感器网络管理节点,并发布监测数据。
考虑复杂的考古挖掘现场,确保文物的考古过程的科学,GIS系统是用于智能控制的动态监控系统考古挖掘现场,和卫星定位进行挖掘操作。GIS系统是一个学科发展与地理科学的发展,计算机技术、遥感技术和信息科学。计算机发展的历史上,计算机辅助设计技术的出现使人们使用电脑来处理数据,如图形。图形数据的迹象之一是,图形元素具有明显的位置坐标,还有各种不同图像之间的拓扑关系。拓扑关系是指空间位置和图形元素之间的连接关系。GIS系统集成的计算机硬件,软件,地理数据和系统管理者有效地获取、存储、更新、操作、分析和显示地理信息以任何形式(20.]。应用GIS系统挖掘现场图所示4。
三维(3 d)虚拟模型主要用于3 d建模和虚拟考古挖掘网站的显示。例如,当前的裸眼3 d和其他技术的基本要求20 mbps带宽和50毫秒的延迟,可满足现有的第四代(4 g)和无线保真(WiFi)。实时挖掘信息主要用于交互式仿真和可视化设计。例如,40多人采矿监控系统的基本要求是mbps带宽和20毫秒的延迟,可以满足Pre-5th一代(Pre5G)。考古挖掘现场的实时监控主要用于混合现实,云实时渲染,和虚拟现实融合控制,如虚拟观测、协作的操作和维护。基本要求是100 mbps + 2 ~ 10 gbps带宽延迟女士要求,第五代(5克)或更先进的技术可以满足要求。考古地质信息是四维动态数据与采矿活动时间和空间的变化。随着信息技术的发展,遥感技术,网络技术,和其他数据收集、存储、管理、传输技术,北斗卫星导航系统,用于定位和导航。实时空间基于GIS、三维地质建模和虚拟现实形成一个IWSN整合空间和地球,实现实时智能考古挖掘网站的动态环境监测。
2.4。从考古发掘网站提取当前环境信息
卓轮用于优化仪器串信号的智能系统。研究表明,改进的基音检测算法被用来获得字符串的精确音高频率信号,验证了可靠性优化的无线传感器智能优化系统(21]。遥感技术是指利用不同的传感器安装在各种移动或固定平台检测的电磁辐射和反射特征目标对象的性质和地位,分析目标对象根据其特点。三个部分的数据采集的遥感技术系统是指使用各种传感器的过程中记录的电磁波特征目标对象。数据处理是指用光学仪器和计算机设备的正确和分析获得的遥感数据,掌握遥感原始数据或删除错误,并试图恢复原始的测量对象的特点来满足需求的进一步应用。遥感应用程序指的是过程,不同的行业或专业遥感数据应用到各种业务领域根据不同的应用程序的目标。图5显示了环境的过程由遥感影像信息提取技术在考古挖掘现场。
遥感考古是使用相机,扫描仪,雷达,和其它成像设备获取图像数据来自不同空间位置的考古挖掘网站如航天飞机、卫星、飞机和无人机。然后,由计算机进行图像处理技术。据挖掘现场的表面特征之间的关系和法律的光谱成像,语气,纹理,模式,和时空分布图像的研究来确定位置、形状、高度、和文物的波动。考古挖掘网站的遥感图像包含丰富的地面信息。通过分析植被的模式特性、水、土壤、岩石、等等,有时候可以判断文物的分布在地上或浅层次。由于文物和土壤结构的差异在周围的环境中,不同的土壤颜色和含水量、植被异常增长,分布,土壤侵蚀的差异,特别microtopographic特性,显示等,在遥感图像的特定模式(22]。
2.5。实验环境和参数设置
在仿真实验中,任何一个使用样本观测数据估计的值,所以估计价值实际上是观测值。在实践中,在每一个地方有一个观察,观察暂时删除,剩下的观察和估计算法是用来估计暂时删除指定的观察,然后删除观察是恢复。在一个循环中执行上述步骤,直到所有的观察都估计从上到下。通过这个实验步骤,对整个无线智能传感器监测点,不仅有实际传感器观测也估计值估计算法获得的应用程序。然后,误差分析方法可以用来评估估计的值,这样可以看到算法的优点和缺点。在这项实验中,使用Matlab平台,选择和数据集的温度、湿度、亮度,由54 mica2生成的数据和节点电压传感器节点部署的英特尔伯克利实验室。36天的数据采样和采样周期是30秒。样本数据被选中作为感知数据和更少的缺失数据和异常数据在180秒的时间。
3所示。结果分析
3.1。实验结果的分析环境监测在考古挖掘现场
为了测试动态环境监测数据的实际考古挖掘现场,国内流离失所者的性能分析算法插入传感数据的基础上进行。在这项研究的数据检测在动态环境中,莫拉莱斯马丁内斯et al。23]提出的方法基于空间插值估计丢失的数据值,如IDP算法,克里格法、趋势面分析(TSA),空间和时间自然相邻插值(STNNI),时间自然相邻插值(TNNI)方法。STNNI和TNNI用于查找输入样本距离查询点的子集和权重应用于这些样本比例的大小根据区域内插。STNNI和TNNI不能推断出趋势,并且不产生峰值,山谷、山脊、山谷没有输入样本所代表的。STNNI表面和TNNI将通过输入样本,和所有的地方除了输入样本的位置是光滑的。为了评估不同的插值算法的数据错误和比较算法的性能,STNNI和TNNI用于估计缺失值的数据。不同算法对温度数据的误差图所示6,误差在湿度数据如图7。
上述数据显示,算法的均方误差的温度和湿度监测数据逐渐减少,温度的最大均方误差为0.85,和2.01的最大湿度均方误差。在图6IDP算法的均方误差的温度监测是最小的,误差区间(0.76 ~ 0.31),和STNNI算法的误差区间(0.79 ~ 0.32)。相比之下,国内流离失所者算法具有最好的性能。TNNI算法最大的均方误差温度监测、误差区间是(0.85 ~ 0.38)。在图7IDP算法的均方误差,湿度监测是最小的,误差区间是(1.98 ~ 1.14)。STNNI算法的误差区间(2.00 ~ 1.19)。TNNI算法的均方误差的温度监测是最大的误差区间是(2.01 ~ 0.22)。
3.2。分析动态环境监测的位置根据IWSN考古挖掘现场
为了进行具体调查的动态环境监测位置的考古挖掘现场之前和之后的研究中,采用IWSN结合GIS系统检测的动态位置考古挖掘现场。监控位置误差不同的传感器节点的通信距离下20米图所示8,监控位置误差下的节点通信距离50米图所示9。
数据8和9表明使用智能无线传感器的误差Network-Geographic信息系统(IWSN-GIS)监测的动态位置考古挖掘现场是最小的。当传感器节点的通信距离是50 m,位置误差IWSN-GIS考古挖掘现场的动态监测是类似于IWSN监控,和两个一致。相比之下,IWSN-GIS系统的监控性能优于IWSN系统。此外,它证明了传感器节点的通信距离的增加,不同监测系统的相对误差动态监测位置的考古挖掘现场展示了一个下降的趋势。因此,综上所述,IWSN-GIS可以实现的动态位置监测考古挖掘现场。
3.3。仿真结果IWSN-GIS动态环境监测的考古挖掘现场
当监控的动态环境IWSN考古挖掘现场,进行仿真分析是根据考古挖掘现场的环境之前和之后的系统设计,以及不同的监测环境综合因素的结果和动态环境因素。图10仿真结果显示IWSN-GIS动态环境监测考古挖掘现场。
根据监测的动态环境考古挖掘现场图10IWSN-GIS根据IWSN的空间知觉在动态环境中,IWSN-GIS的监控区监测位置不同的环境条件,可以实现不同的监控环境复杂的考古挖掘现场的状况。监控节点是最原始的环境,和静态和动态的综合监测环境因素也可以实现不同程度的监控。每个监视节点的识别IWSN的监控区域。动态环境监测节点在挖掘现场都控制在IWSN监控区域。因此,当进行考古发掘,IWSN-GIS可以监视环境之前,期间和之后的不同程度的考古遗址。
4所示。结论
根据缺陷的基础,建立一个IWSN,所以大量的无线传感器节点随机部署在或接近监测区域通过自组织形成一个网络。检测到传感器节点的数据沿着其他传感器节点传输一个接一个。在传播过程中,检测到的数据可能被多个节点处理,通过多个跳路由到汇聚节点,最后通过互联网或卫星到达管理节点。考古学家配置和管理通过管理节点和传感器网络发布监测数据和使用GIS系统和遥感影像技术结合IWSN监控的动态环境考古挖掘现场。研究表明,监测IWSN-GIS系统的位置误差可以达到0.061,而监控IWSN系统的位置误差是0.065,和监控网络系统的位置误差是0.252。IWSN-GIS系统的监控性能优于IWSN系统。IWSN-GIS可以监控不同的考古挖掘现场环境复杂的条件。根据空间知觉的IWSN在动态环境中,不同环境条件的监控位置IWSN-GIS监测区域的存在。
本文通过IWSN、GIS和遥感图像技术实现智能科技考古的考古发掘,它为数字考古在考古研究提供了技术支持,突破传统的方法,利用遥感技术和GIS技术动态地监测环境。它实现了智能集成智能科技考古环境系统。然而,当分析动态环境监测结果的IWSN-GIS考古挖掘现场,本文不具体分析考古挖掘现场的环境因素,但侧重于研究系统性能IWSN-GIS动态环境监测的考古挖掘现场。在未来的研究中,考古发掘的动态环境中可以具体分析结合考古挖掘不同的情况下,和具体的研究可以结合进行智能科学体系。
数据可用性
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的利益冲突
作者宣称,关于这项工作他们没有利益冲突。