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

1、敦煌莫高窟中有壁畫4.5萬平方米，泥質彩塑2415尊，是世界上現(xiàn)存規(guī)模最大，內容最豐富的佛教藝術地，目前世界各國對文化遺產(chǎn)的保護也逐漸重視。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)測的準確度，但同時也導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合的方法，來對傳感器的數(shù)量和布

3、局進行優(yōu)化。這里主要從兩點出發(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)境進行準確高效的監(jiān)測。
　　首先本文隨機挑選出20組傳感器布局，每組布局中的傳感器個數(shù)為10個，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，并結合先驗知識對傳感器進行分組并插值驗證，根據(jù)不同組傳感器的插值誤差來對每組傳感器的權重進行設置，然后根據(jù)這些傳感器的權重優(yōu)化傳統(tǒng)模擬退火算法中的狀態(tài)轉移過程，從而加速最優(yōu)狀態(tài)的發(fā)現(xiàn)，減少計算的迭代次數(shù)。然后選擇合理的目標函數(shù)，通過上述改進的模擬退火算法，在全局范圍內進行智能化的搜索，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，設定