[发明专利]水声传感网中基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法

权利要求书

1.水声传感网中基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：流体覆盖区域搜索标定阶段

S1-1：传感器节点按地理位置分簇，每个簇中至少包含4个节点，根据节点分簇形成不同的监测区域；被流体目标覆盖的传感器节点能感知到流体的存在，则此传感器节点称为事件节点，事件节点所在的簇称为事件簇；

S1-2：所有事件节点向所属的事件簇i的簇头发送通知消息，簇头根据收集到的事件节点ID和坐标，确定该簇里所有事件节点中横、纵坐标的最大、最小值，分别记为Xmin_ia、Xmax_ib、Ymin_ic、Ymax_id，并以横、纵坐标最大、最小值对应的节点坐标生成本地的四元组Quads_i＝[L_ia,R_ib,D_ic,U_id]，所述四元组用于表示流体在该簇中上、下、左、右四个方向的覆盖范围；

S1-3：水声传感网范围内的各个事件簇交换各自的本地四元组，每个事件簇根据收到的四元组内的坐标值更新自身的四元组，直至网络中所有事件簇的本地四元组不再发生变化；此时网络中事件簇维持的四元组表示流体在全网上、下、左、右四个方向的覆盖范围；利用四元组确定能包含流体覆盖区域的外接矩形；

S2：椭圆形包络确定阶段

S2-1：根据流体目标泄露源的位置，利用外接矩形的长宽比确定椭圆形包络；若外接矩形的长宽比大于等于2则确定将矩形的外接椭圆作为包络；若外接矩形的长宽比小于2则确定将矩形的外接圆作为包络；

S3：环形区域划分阶段

S3-1：设置期望的环形区域层数为H，以椭圆形包络为最外层均匀划分出H个同心椭圆，即得到H个环形区域；

S3-2：根据满二叉树的组织方式，对各层环形区域进行划分；第i层环形区域被均匀分割成2^i-1个子区域；最终，椭圆形包络内将包含2^H-1个大小不同的子分区；所述子分区统称为晶胞，位于最外层的2^H-1个晶胞称为叶子晶胞；

S4：骨干晶胞的选取和流体边界的提取阶段

S4-1：根据流体目标泄露源的位置，从椭圆形包络中选定椭圆分区；在选定的椭圆分区中，从步骤S3-2形成的晶胞中选择骨干晶胞，其中满足骨干晶胞的条件为：①包含事件节点的叶子晶胞；②自身含有事件节点，且其左右孩子晶胞中至少存在一个晶胞中没有任何事件节点；上述条件二者满足其一即选为骨干晶胞；

S4-2：将步骤S4-1得到的骨干晶胞的质心作为虚拟骨干节点，并将各个虚拟骨干节点进行连接，连接得到的曲线即为流体边界。

2.根据权利要求1所述的水声传感网中基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法，其特征在于：所述步骤S1-3中的各个事件簇更新自身的四元组的方式为：将本地四元组与收到的四元组对比其上下左右四个方向上的坐标，分别以对比后获得的横、纵坐标最大、最小值对应的节点坐标更新自身的四元组。

3.根据权利要求1所述的水声传感网中基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法，其特征在于：所述的椭圆形包络确定阶段，由于离心率为0时椭圆变为圆，所以将圆形包络可视为椭圆形包络的一种特例。

4.根据权利要求1所述的水声传感网中基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法，其特征在于：所述步骤S3-2中根据满二叉树的组织方式，对各层环形区域进行划分的具体划分方式为：

将最内层环形区域，即第一层环形区域，称为根区域；

第二层环形区域被均匀分割成2个面积相等的区域作为根区域的左右子分区；

第三层环形区域被均匀分割成4个面积相等的子分区，分别作为第二层中两个分区的左右子分区；

其划分过程等价于满二叉树中父节点生成左右子节点的过程，不断执行直到椭圆形包络所在的第H层，该层将被均匀分割为2^H-1个子分区；最终，椭圆形包络内将包含2^H-1个大小不同的子分区。

5.根据权利要求1所述的水声传感网中基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法，其特征在于：所述步骤S2-1中的所述的流体目标泄露源的位置存在如下三种情况：

情况1：形成流体的扩散源位于水域中心且水域分布广，则直接根据事件簇四元组确定能包含流体覆盖区域的外接矩形；得到的矩形根据其长宽比求取其椭圆包络，在对完整的椭圆包络内进行满二叉树分区后在完整的椭圆形分区内选取骨干晶胞；

情况2：形成流体的扩散域位于单面的水陆分界处，则根据事件簇四元组确定外接矩形后，对外接矩形进行长不变、宽翻倍的变形，得到新的能包含流体覆盖区域的外接矩形；对新获得的矩形根据其长宽比求取其椭圆包络，在对完整的椭圆包络内进行满二叉树分区后在抽取的1/2的半椭圆形分区内选取骨干晶胞；

情况3：形成流体的扩散域位于两面的水陆分界处，则根据事件簇四元组确定外接矩形，对外接矩形进行长翻倍、宽翻倍的变形，得到新的能包含流体覆盖区域的外接矩形；对新获得的矩形根据其长宽比求取其椭圆包络，在对完整的椭圆包络内进行满二叉树分区后在抽取的1/4的扇形分区内选取骨干晶胞。