[发明专利]一种三维表面传感器网络部署方法

说明书

本发明涉及一种三维表面传感器网络部署方法，该方法首先采集待监测区域的三维地理信息数据点集，利用Choi算法对点集进行三角剖分并优化，取剖分三角形的每个顶点作为传感器节点候选部署位置，根据覆盖面积最大和覆盖面无交集两个原则，对候选部署位置进行优化，将优化后的顶点集作为传感器节点部署位置。然后，利用上述传感器节点部署位置作为顶点再次进行三角剖分，利用剖分三角形序列计算新的传感器节点部署位置，即三维表面传感器网络部署完成。本发明使用最少的传感器节点数量实现了对三维复杂曲面的覆盖监测，解决了三维复杂曲面的重复覆盖和覆盖漏洞的问题，部署方法灵活且覆盖率高。

技术领域

本发明涉及三维传感器网络覆盖技术领域，具体涉及一种三维表面传感器网络部署方法。

背景技术

无线传感器网络(WSN)由部署在表面上的传感器节点组成，近年来其应用范围和领域越来越广,在军事领域、森林防火、医疗护理、海底环境监测、工业控制以及商业等领域都有着广泛的应用。WSN技术主要任务是感知和监测目标区域，实现对目标区域内的各种环境或对象进行感知与监测。如何使用合适的传感器节点部署方法，优化配置WSN的各种资源进而提高WSN各种服务质量已经成为WSN技术中一个亟待解决的问题。

由于传感器网络应用范围广泛、应用环境复杂、网络节点资源受限等特点，大量部署的节点会造成网络覆盖区域叠加，引起重复覆盖，浪费资源。在通信质量、覆盖率、性价比等因素限制下，合理部署传感器节点，有效利用网络资源，满足网络服务质量要求，实现无线传感器网络应用中的有效覆盖是十分重要的。同时，大多数传感器覆盖研究集中在理想的二维平面和全三维空间，然而在许多实际应用中，目标场是一个三维复杂曲面，传感器节点只能部署在监测区域的表面而不是被随意放置，如果采用以前的覆盖策略会引起网络覆盖漏洞问题，造成监测盲区，这使得传统的方法不适用。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种三维表面传感器网络部署方法，使用最少的传感器节点数量实现对三维复杂曲面的覆盖监测，解决三维复杂曲面的重复覆盖和覆盖漏洞的问题。

为了实现上述目的，本发明具体技术方案如下：一种三维表面传感器网络部署方法，包括如下步骤：

1)利用GIS技术采集待监测区域的三维地理信息数据点集PA；其中，PA_i(x_i,y_i,z_i)表示第i个点，x_i表示第i个点的经度,y_i表示第i个点的纬度,z_i表示第i个点的高度；

2)利用Choi算法对点集PA进行三角剖分，得到剖分三角形序列N₁；

3)对剖分三角形序列N₁按照外接曲面拟圆准则和空间形状优化准则进行优化，得到优化后的剖分三角形序列N₂；

4)取剖分三角形序列N₂中三角形的每个顶点作为传感器节点候选部署位置，记点集为PB；

5)根据覆盖区域最大和覆盖面无交集两个原则，对点集PB进行优化，得到参考点集为PC；

6)利用Choi算法对参考点集PC进行三角剖分，得到剖分三角形序列N₃；

7)利用剖分三角形序列N₃计算新的参考点，加入到参考点集PC中；

8)取参考点集PC中的点为传感器网络部署的实际节点部署位置，实现三维表面传感器网络部署。

进一步的，上述步骤1)中，采集待监测区域的三维地理信息数据点集的具体方法如下：

1.1)通过野外实测、航天航空遥感、航测、全球卫星定位系统(GPS)获取待监测区域的地理信息；