[发明专利]一种基于改进细菌趋化算法的二维水污染源定位方法

权利要求书

1.一种基于改进细菌趋化算法的二维水污染源定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在一被污染的水域中，选定测试区域；

S2、在选定的测试区域中，随机放置m个可向任意位置处移动的传感器；

S3、设定污染物浓度阈值每过一段时间，控制并停止传感器运动，每个传感器将所在位置处采集得到的污染物浓度ω＝[ω₁,ω₂,...,ω_m]，与污染物浓度阈值进行比较；

若则认为传感器节点i处于污染区域内，执行步骤S4；否则，执行步骤S5；

其中，ω_i为传感器节点i所在位置处的污染物浓度值，i∈m；

S4、结合污染物的浓度差值ΔC_i,j，在浓度差值ΔC_i,j趋近于零时，则认为传感器节点i当前所处位置即为污染源，此时传感器节点i停止运动；其他情况下，执行步骤S5；

其中ΔC_i,j＝ω_i,j-ω_i,j-1，ω_i,j为传感器节点i在第j次运动时所处位置的污染物浓度值，ω_i,j-1为传感器节点i在第j-1次运动时所处位置的污染物浓度值；

S5、在未定位到污染源的情况下，未定位成功的传感器调整自身的移动角度，进入到下一次运动过程中；其中：

每个传感器停止运动时，所处的位置坐标(x_i,j,y_i,j)计算公式为：

式(1)中，d为传感器节点i在第j次运动时的运动距离；θ_i，j为未定位成功的传感器的移动角度；坐标(x_i,j-1,y_i,j-1)为传感器节点i第j-1次运动时所处的位置，且坐标(x_i,j-1,y_i,j-1)由传感器节点i在第j-1次运动时的运动速度v_i,j-1和运动时间t_i,j-1确定，其中：

传感器节点i第j次运动时的运动速度v_i,j计算公式为：

其中，ΔC_max为传感器节点i在整个运动过程中取到的浓度差值ΔC_i,j的最大值；E_r和E₀分别为传感器的剩余能量和运动初始能量，E_th为供应传感器节点运动的最低能量阈值，v_max为传感器的最大运动速度，α为能量控制的权重系数；

传感器节点i第j次运动时的运动时间t_i,j计算公式为：

其中，t_max为传感器运动的最大时间；

S6、重复步骤S3至步骤S5，直到所有传感器均成功定位到污染源。

2.据权利要求1所述的二维水污染源定位方法，其特征在于，步骤S5中，在未定位到污染源的情况下，未定位成功的传感器的移动角度调整公式为：

其中α_i,j和β_i,j分别传感器节点i第j次运动时随机调整的角度值；θ_i，j和θ_i，j-1分别为传感器节点i在第j次和第j-1次运动时的运动角度；ΔC_i,j＝ω_i,j-ω_i,j-1，其中ω_i,j为传感器节点i在第j次运动时所处位置的污染物浓度值，ω_i,j-1为传感器节点i在第j-1次运动时所处位置的浓度值。

3.根据权利要求1所述的二维水污染源定位方法，其特征在于，步骤S4中传感器停止运动还包括传感器能量耗尽的情况；其中，传感器节点i移动过程中，通过计算传感器节点i的消耗能量，进一步判断传感器节点i的能量是否耗尽，能量消耗的计算公式为：

E_cost＝λ×d；

其中，E_cost为传感器节点i运动后消耗的能量，λ为能量消耗系数，d为传感器节点i的运动距离。