莫高窟洞窟微環(huán)境場模型與傳感器布局優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、敦煌莫高窟中有壁畫4.5萬平方米，泥質(zhì)彩塑2415尊，是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大，內(nèi)容最豐富的佛教藝術(shù)地，目前世界各國對文化遺產(chǎn)的保護(hù)也逐漸重視。由于微氣象環(huán)境對壁畫的保存有著很大的影響，尤其是過高的濕度，二氧化碳濃度，以及不適的溫度，都會(huì)加速壁畫等文物的損壞。為了更好的控制這些微氣象環(huán)境，首先要對這些微氣象環(huán)境做出準(zhǔn)確合理的監(jiān)測。
　　在微環(huán)境的監(jiān)測中，無線傳感器的使用已經(jīng)較為普遍。但是敦煌莫高窟中由于洞窟大小以及形狀的復(fù)雜性，即使在

2、同一洞窟中，不同位置的溫濕度也有著不小的差異。使用大量傳感器必然可以提高微氣象環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確度，但同時(shí)也導(dǎo)致了較高的傳感器部署成本，以及大量的能源消耗，此外對歷史文物的展示帶來了很大的不便。因此本文的出發(fā)點(diǎn)是如何使用較少量的傳感器，對洞窟中的微氣象環(huán)境做出合理準(zhǔn)確的監(jiān)測。
　　因此本文以敦煌465窟為例，通過在該洞窟中部署的傳感器，獲取大量的溫濕度數(shù)據(jù)。然后在該場景下首次提出插值算法和模擬退火算法相結(jié)合的方法，來對傳感器的數(shù)量和布

3、局進(jìn)行優(yōu)化。這里主要從兩點(diǎn)出發(fā)，首先尋找適合洞窟微氣象環(huán)境插值的空間插值算法，其次尋找合理傳感器布局，對洞窟中的微氣象環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確高效的監(jiān)測。
　　首先本文隨機(jī)挑選出20組傳感器布局，每組布局中的傳感器個(gè)數(shù)為10個(gè)，然后從溫度均方根誤差以及濕度均方根誤差的角度對比反距離加權(quán)法，以及不同模型的普通kriging法，包括線性模型的kriging，指數(shù)模型的kriging，冪模型的kriging，球狀模型的kriging。最終挑選出適合

4、洞窟微氣象環(huán)境插值的插值算法。然后以上一步中挑選出來的最適合的空間插值方法為基礎(chǔ)，并結(jié)合先驗(yàn)知識(shí)對傳感器進(jìn)行分組并插值驗(yàn)證，根據(jù)不同組傳感器的插值誤差來對每組傳感器的權(quán)重進(jìn)行設(shè)置，然后根據(jù)這些傳感器的權(quán)重優(yōu)化傳統(tǒng)模擬退火算法中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移過程，從而加速最優(yōu)狀態(tài)的發(fā)現(xiàn)，減少計(jì)算的迭代次數(shù)。然后選擇合理的目標(biāo)函數(shù)，通過上述改進(jìn)的模擬退火算法，在全局范圍內(nèi)進(jìn)行智能化的搜索，該方法可以避免陷入局部最優(yōu)解，從而找出全局較優(yōu)解。在模擬退火算法中，設(shè)定