[发明专利]基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法及系统，其针对现有覆盖感知模型不符合真实的三维物理环境的问题，建立面向高度信息的三维有向感知模型及其覆盖边界条件，并改进教与学优化算法中的教学阶段和学习阶段，最后利用改进算法来优化俯仰角和偏向角，实现传感器网络覆盖控制的优化，提升传感器网络的覆盖率。

技术领域

本发明涉及传感器监测领域，具体的说涉及一种基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法及系统。

背景技术

当前，随着我国城镇化进程不断推进，互联网和信息化技术加速发展，智慧城市建设已成为现代城市可持续发展的必然趋势。实现智慧城市的首要任务就是获取各类信息，而传感器网络作为连接智慧城市的“桥梁”，成为感知城市不可或缺的重要工具。据工信部预测，2026年全球智慧城市接入传感器的数量将超过200亿，我国将达到40亿。为此，通过传感器网络覆盖控制技术来感知城市信息是实现智慧城市最基础且最重要的研究内容。然而，现有覆盖控制优化技术主要存在两方面问题：第一，覆盖感知模型简单化。目前研究主要为简化的二维有向感知模型，它们不符合真实的三维物理环境，致使覆盖感知模型的理论研究与实际应用存在偏差，严重影响覆盖控制方法的实用性；第二，现有应用于覆盖控制优化的智能优化算法如遗传算法和粒子群算法过于简化，其求解精度和求解速度有很大的提升空间。其中，遗传算法易陷入局部最优，而粒子群优化算法的收敛精度不高。为此，急需引入群智能优化领域求解效果更好的智能优化算法。

发明内容

鉴于以上原因，有必要提供一种能够实现传感器网络覆盖控制的优化，提升传感器网络的覆盖率的基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法及系统。

本发明提供一种基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法，所述基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法包括如下步骤：

S1、根据设定的三维感知节点建立三维锥体有向感知模型；

S2、计算三维锥体有向感知模型所覆盖区域的坐标信息及面积；

S3、将整个监测区域进行离散网格化，根据整个监测区域的离散网格点数以及所有传感器覆盖的网格点数计算得到网络覆盖率，进而构建传感器网络的覆盖率评价指标；

S4、根据传感器网络的覆盖率评价指标改进教与学优化算法；

S5、采用改进后的教与学优化算法对感知模型的俯仰角和偏向角进行优化，提高传感器的网络覆盖率。

一种基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制系统，所述基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制系统包括如下步骤：

模型建立模块，用于根据设定的三维感知节点建立三维锥体有向感知模型；

数据计算模块，用于计算三维锥体有向感知模型所覆盖区域的坐标信息及面积；

指标构建模块，用于将整个监测区域进行离散网格化，根据整个监测区域的离散网格点数以及所有传感器覆盖的网格点数计算得到网络覆盖率，进而构建传感器网络的覆盖率评价指标；

算法优化模块，用于根据传感器网络的覆盖率评价指标改进教与学优化算法；

角度优化模块，用于采用改进后的教与学优化算法对感知模型的俯仰角和偏向角进行优化，提高传感器的网络覆盖率。

本发明所述基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法及系统，其针对现有覆盖感知模型不符合真实的三维物理环境的问题，建立面向高度信息的三维有向感知模型及其覆盖边界条件，并改进教与学优化算法中的教学阶段和学习阶段，最后利用改进算法来优化俯仰角和偏向角，实现传感器网络覆盖控制的优化，提升传感器网络的覆盖率。

附图说明

图1是本发明所述基于三维有向感知模型的传感器网络覆盖控制方法的流程框图；