ارزیابی آسیب پذیری آب زیرزمینی دشت هشتگرد به کمک روش دراستیک
مشخصات نویسندگان مقاله ارزیابی آسیب پذیری آب زیرزمینی دشت هشتگرد به کمک روش دراستیک
عبدالوحید آغاسی - استادیار دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
فخرالدین آزاد شهرکی - دانشجوی کارشناسی ارشد عمران آب دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
فرزاد آزاد شهرکی - عضو هیئت علمی بخش فنی و مهندسی مرکز تحقیقات کشاورزی و منابع طبیعی کرما
محمد حسن - کارشناس بخش مطالعات آبهای زیرزمینی آب منطقه ای تهران
چکیده مقاله:
استخراج آبهای زیرزمینی بدون توجه به تاثیرات زیست محیطی و مفهوم آبدهی مجاز همواره توسط بشر انجام شده است اهمیت بررسی آسیب پذیری از طرفی به خاطر این است که آب زیر زمینی یکی از منابع اصلی آب شرب می باشد و از طرف دیگر تمرکز بالای بشر و فعالیتهای اقتصادی به طور مثال صنعت، کشاورزی و مناطق مسکونی به عنوان منابع پتانسیل آلودگی آب زیرزمینی می باشد واین موضوع در مناطق و شهرهای رو به گسترش از اهمیت بیشتری برخوردار است و از آنجایی که دشت هشتگرد یکی از مهمترین دشت های استان تهران می باشد در این مقاله سعی شده است که با استفاده از محیط GIS به تهیه نقشه های آسیب پذیری آبخوان دشت هشتگرد پرداخته شود.
کلیدواژهها:
آسیب پذیری آب زیرزمینی - آنالیز حساسیت - مدل DRASTIC - GIS - دشت هشتگرد
نحوه استناد به مقاله:
در صورتی که می خواهید در اثر پژوهشی خود به این مقاله ارجاع دهید، به سادگی می توانید از عبارت زیر در بخش منابع و مراجع استفاده نمایید:
ارائه یک روش جدید برای مکان یابی و همزمان-سازی توامان در شبکه های حسگر بی سیم زیر آب word
مکانیابی و همزمانسازی از عناصر کلیدی در بسیاری از برنامههای کاربردی ارتباطی زیرآب هستند که علیرغم وابستگی بسیار، معمولا جدا از هم عمل میکنند. اما از آنجا که سرویسهای همزمانسازی پیشنیاز الگوریتمهای مکانیابی هستند و اطلاعات در رابطه با مکان حسگرها برای تخمین تاخیر انتشار مورد استفاده قرار میگیرند، مکانیابی و همزمانسازی را میتوان در کنار هم انجام داد. از مزایای این روشمیتوان به صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی که ناشی از کاهش تعداد مبادلات پیام میباشد اشاره کرد.
در این پایاننامه یک روش جدید ترتیبی شامل پنج فاز تعیین موقعیت اولیه، تدریجی کردن حرکت حسگر، تخمین انحراف ساعت و اریب زمانسنجی، جبران اثر لایهبندی و مکانیابی همراه با پالایش تکرار، برای انجام همزمانسازی و مکانیابی توامان در شبکههای حسگر بیسیم زیرآب ارائه شده است. در این روش علاوه بر در نظر گرفتن حرکت حسگرها، عدم حرکت امواج صوتی زیرآب در یک مسیر مستقیم و تغییرسرعت انتشار این امواج در عمقهای مختلف در نظر گرفته شده است. روش پیشنهادی در این پایان نامه با نرمافزار مطلب شبیه سازی شده و نتایج با یک روش معیار مناسب و همچنین مرز پایین کرامر رائو مقایسه شدهاند. نتایج نشان میدهند که روش ارائه شده دارای کارایی نزدیک به کران پایین کرامر رائو میباشد و نسبت به روش معیار، بهتر عمل میکند. قابل به ذکر است که روش پیشنهادی نسبت به روشهای پیشین بار محاسباتی بیشتری را به شبکه اعمال میکند و مناسب جهت کاربردهایی میباشد که به دست آوردن اطلاعات دقیق نسبت به مصرف انرژی از اهمیت بیشتری برخوردار باشد.
واژههای کلیدی: شبکههای حسگر بیسیم زیرآب، مکانیابی، همزمانسازی.
1-2- تعریف مساله، هدف و ضرورت اجرای طرح پایان نامه4
1-3- روش ها و فنون اجرایی طرح پایان نامه5
1-4- ساختار فصل بندی پایان نامه6
2. فصل دوم: مروری بر ادبیات تحقیق7
2-2-آشنایی با شبکه های حسگر بی سیم زیرآب8
2-2-1- اجزای شبکه های حسگر بی سیم زیرآب10
2-2-2- معماری های مختلف شبکه های حسگر بی سیم زیرآب11
2-2-3- چالش های شبکه های حسگر بی سیم زیرآب14
2-2-4- همزمان سازی ساعت در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب15
2-2-5- مکان یابی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب19
3. فصل سوم: مروری بر تحقیقات اخیر انجام شده32
3-1-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان35
3-2- شبکه های حسگر بی سیم زیرآب37
3-2-3- مکان یابی و همزمان سازی به صورت همزمان40
4-2- روش پیشنهادی برای انجام همزمان سازی و مکان یابی توامان44
4- 2- 1-تنظیمات سیستم و فرضیات47
4-2-2- فاز اول: مکان یابی اولیه با استفاده از تکنیک TOA49
4-2-3- فاز دوم: تدریجی کردن حرکت حسگرها50
4-2-4- فاز سوم: تخمین اریب زمان سنجی و انحراف51
4-2-5- فاز چهارم: جبران اثر لایه بندی52
4-2-6- فاز پنجم: مکان یابی همراه با پالایش تکرار55
4-2-7- به کار گیری مرز پایین کرامر رائو برای روش پیشنهاد شده58
5. فصل پنجم: شبیه سازی و ارزیابی نتایج59
5-2- پارامترها، متریک ها و روش تحلیل60
5-4- شبیه سازی و تحلیل نتایج61
6. فصل ششم: خلاصه، نتیجه گیری و پیشنهادات آتی70
فهرست شکلها
شکل 2-1 نمونهای از حسگرهای بیسیم زیرآب....... 10
شکل 2-2 نمونههایی از AUV..................... 11
شکل 2-3 معماری دو بعدی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب12
شکل 2-4 معماری سه بعدی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب14
شکل 2-5 مبادله پیام یکطرفه جهت همزمانسازی ساعت18
شکل 2-6 مبادله پیام دو طرفه جهت همزمانسازی ساعت18
شکل 2-7 تخمین فاصله به روش TOA............... 20
شکل 2-8 تخمین فاصله به روش TDOA.............. 21
شکل 2-9 محاسبه موقعیت به روش DV-Hop.......... 25
شکل 3-1 دستهبندی روشهای مکانیابی............. 34
شکل 4-1 نمودار گردش کار الگوریتم پیشنهاد شده. 46
شکل 4-2 اثر لایهبندی در شبکههای حسگر بیسیم زیرآب54
شکل 5-1 Perr برای واریانس خطای TOA (1/σ2)........ 64
شکل 5-2 میانگین مربعات خطای انحراف ساعت در برابر واریانس خطای TOA (1/σ² ).................................... 65
شکل 5-3 میانگین مربعات خطای اریب زمانسنجی در برابر واریانس خطای TOA (1/σ² ).................................... 67
شکل 5-4 Perrدر برابر تعداد نودهای مرجع با واریانس خطای TOA، db45 = 1/σ²........................................... 67
شکل 5-5 Perrدر برابر تعداد تکرارهای شبیهسازی.... 68
فهرست جدولها
جدول 5-1 بازه اطمینان 95 درصدی برای Perr65
جدول 5-2 بازه اطمینان 95 درصدی برای انحراف ساعت66
فهرست نشانههای اختصاری
|
d˜i,iʹ |
خودبرآورد مربوط به مسافت بین موقعیت مکانی jiو jiʹ |
|
ji |
مختصات دو بعدی مربوط به حسگر معمولی |
|
L |
تعداد حسگر های مرجع |
|
N |
تعداد بستههای انتقال یافته در مدت زمان پنجره مکانیابی |
|
Ol |
انحراف |
|
pi |
مختصات دو بعدی مربوط به Lمین حسگر مرجع |
|
Ri |
زمان محلی دریافت iمین بسته ] ثانیه[ |
|
Sl |
اریب زمانسنجی حسگر معمولی در ارتباطبا Lمین حسگر مرجع |
|
Ti |
زمان محلی ارسال iمین بسته ] ثانیه[ |
|
tl |
ساعت محلی مربوط به مرجع L |
|
Tpdi |
تاخیر انتشار مربوط به i مین بسته ] ثانیه[ |
|
W |
مدت زمان پنجره مکانیابی. |
|
Δ |
حد آستانه برایتدریجی کردن موقعیت مکانی ]متر[ |
|
σ2 |
وایانس مربوط به خطای اندازهگیری TOA |
|
ςli |
نسبت بین Tpdiو تاخیر انتشار واقعی مربوط به بسته i |
|
ѱ˜i,iʹ |
خودبرآورد مربوط به زاویه بین موقعیت مکانی jiو jiʹ]رادیان[ |
ALS
|
Area Localization Schema |
|
|
AOA |
Angle Of Arrival |
|
AUV |
Autonomous Underwater Vehicle |
|
CRLB |
Cramer Rao Lower Bound |
|
DV |
Distance Vector |
|
FTSP |
Flooding Time Synchronization Protocol |
|
GTLS |
Generalized Total Least Squares |
|
IMM |
Interactive Multiple Model |
|
LOS |
Line-Of-Sight |
|
MAC |
Medium Access Control |
|
ML |
Maximum Likelihood |
|
MSE |
Mean Square Error |
|
RMSE |
Root Mean Square Error |
|
SVP |
Sound Velocity Profile |
|
TDMA |
Time Division Multiple Access |
|
TDOA |
Time Difference Of Arrivals |
|
TLS |
Total Least Squares |
|
TOA |
Time Of Arrival |
|
UWSNs |
Underwater Wireless Sensor Networks |
1. فصل اول: کلیات
با گسترش روزافزون ابزارهای هوشمند کوچک وبا همگرا شدن ارتباطات بیسیم با ابزارهای ریز، امکان پدید آمدن شبکههای کمهزینه و در ابعاد مختلف فراهم شده است، شبکههایی که بتوانند اطلاعات محیطی را برای انسان جمعآوری کنند، شبکههایی که بدون زیرساخت و به سرعت برقرار شده و بتوانند خود را سازماندهی کنند و نیازی به انرژی خارجی نداشته باشند. مهمترین این شبکهها، شبکههای حسگر بیسیم میباشند و هر روزه کاربردها و استفادههای جدیدی در زمینه امور نظامی و غیر نظامی برای این نوع از شبکهها ارائه میشوند و مورد استفاده قرار میگیرند.
شبکه های حسگر بیسیم زیرآب گونه ای از شبکه های حسگر هستند که در محیط زیر آب قرار میگیرند و توسط امواج صوتی با یکدیگر ارتباط دارند. شبکه های حسگر بیسیم در زیرآب برای مقاصدی چون جمع آوری داده های کف آب، نظارت بر آلودگی آبها، نظارت بر محیط ساحل، ناوبری و کاربردهای نظامی نظارت بر محیط به کار برده می شوند[1].
از آنجا که که در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، رسانه انتقال آب است، چالشها و مشکلاتخاص خود را دارد که طراحی شبکه را تحت تاثیر قرار میدهند، از جمله این چالشها میتوان به تغییر سرعت صوت با توجه به عمق، دما و شوری آب، تحرک دائمی حسگرها، تاخیر انتشار طولانی و چندمسیری[1] را نام برد. بنابراین پروتکلها و پروتکلها و الگوریتمهای لایههای شبکههای حسگر زمینی برای شبکههای حسگرزیر آب نامناسبند.
تاکنون پروتکلها و الگوریتمهای زیادی به خصوص در زمینه مسیریابی و در زمینه کنترل دسترسی به رسانه از جمله Slotted FAMA ,UWAN-MACو... مطرح شده است [2][3][4] که در همه آنها مساله مکانیابی و همزمانسازی حسگرها از اهمیت ویژهای برخوردار است، برای مثال دسترسی چندگانه به وسیله تقسیم زمان (TDMA)[2] از مواردی است که بطور رایج در پروتکلهای دسترسی به رسانه(MAC)[3] استفاده میشود که به همزمانی دقیق میان حسگرها نیازمند است. به عنوان مثالی دیگر از اهمیت همزمانسازی و مکانیابی میتوان به این نکته اشاره کرد که تعداد زیادی از الگوریتمهای مسیریابی به اطلاعات مکانی حسگرها وابسته هستند [5] و [6].
اگرچه سرویسهای همزمانسازی و مکانیابی به هم وابسته هستند، معمولا به صورت مستقل مورد مطالعه قرار گرفتهاند و این به این دلیل است که مکانیابی از نقطه نظر شبکههای رادیویی و پردازش سیگنال [7] و همزمانسازی از نقطهنظر طراحی پروتکل مورد بررسی قرار گرفته اند [8]. در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب، مکانیابی بیشتر از طریق زمان دریافت (TOA)[4] و زمان متفاوت دریافت (TDOA)[5] انجام میشود که وابسته به سرویسهای همزمانسازی هستند و در واقع این سرویسها پیشنیاز الگوریتمهای مکانیابی هستند. از طرف دیگر اطلاعات در رابطه با مکان حسگرها چون برای تخمین تاخیر انتشار مورد استفاده قرار میگیرد [9]، کمک فراوانی به همزمانسازی حسگرها میکند. با توجه به این ارتباطات، مکانیابی و همزمانسازی را میتوان در کنار هم انجام داد که انجام این کار دو مزیت بسیار مهم دارد:
- در یک استراتژی توامان از آنجا تعداد کمتری مبادلات پیام لازم است، صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی که از موارد بسیار مهم در شبکههای حسگری زیر آب میباشد خواهیم داشت.
- یک راهحل توامان میتواند به افزایش صحت[6] در هر دو سرویس کمک کند.
پس با توجه به اهمیت مکانیابی و همزمانسازی که پیشنیاز اکثر پروتکلها و الگوریتمها میباشد و از نیازهای اساسی در شبکه های حسگر بی سیم زیرآب است ضرورت دارد که به این دو موضوع پرداخته شود اما از آنجا که این دو سرویس به یکدیگر وابسته هستند، ارائه یک راهحل که این دو سرویس را با در نظر گرفتن چالشهای خاص محیط زیرآب، درکنار یکدیگر انجام دهد از اهمیت ویژهای برخوردار میباشد.
1-2-تعریف مساله، هدف و ضرورت اجرای طرح پایاننامه
کاربردهای شبکههای حسگر زیر آب شامل مانیتورینگ اقیانوس و دریا، جستجوی معادن زیردریایی، کشف مواد شیمیایی و بیولوژیکی مضر، سیستمهای پدافند زیردریایی خودمختار، جمعآوری دادههای محیطی برای راهنمایی کشتیها و... میباشند که همه این کاربردها نیاز به دانستن موقعیت نودهای حسگر دارند، ولی به دلیل ماهیت متحرک بودن نودهای زیردریایی، نمیتوان از تکنیکهای مکانیابی موجود برای شبکههای حسگر زمینی استفاده نمود. لذا نیاز به تکنیکهایی است که بتوان تکنیکهای مکانیابی شبکههای حسگر زمینی را برای شبکههای حسگر زیردریایی توسعه داد.