[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

说明书

本发明公开了一种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，包括了流体覆盖区域搜索标定阶段、椭圆形包络确定阶段、环形区域划分阶段、骨干晶胞的选取和流体边界的提取阶段。本发明具有可以快速部署、快速展开监测任务，可以提供长时间、近距离、无缝隙、实时性的流体目标监测追踪服务等优势。

技术领域

本发明涉及一种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，属于水声传感器领域。

背景技术

随着人类生活方式对能源需求的不断增长，全球范围内离岸工业活动的次数和规模与日俱增，海岸带区域人类经济活动高度集中，易发生石油、核废水等的意外泄漏以及赤潮、水华等有害藻类的大面积爆发。上述流体目标可形成于沿海、河口、湖泊、水库等多类型水域，并在表面张力、风浪潮流的作用下以薄连续层的形式做漂移运动，其形状、大小随时间连续变化。

目前，对流体目标的监测组网模式按空间区域可分为地、海、空、天四个维度。然而当前存在的对流体目标的监测诸多不足，如遥感观测受重访时间和空间分辨率约束，无法及时捕捉突发形成的流体目标并提供全生命周期的运动监测；如自主水下航行器装备成本较高，只适用于港口、码头等近岸的小规模流体追踪，并需与流体保持同步运动以避免目标丢失。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明公开了一种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。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种基于虚拟骨干节点连接的流体边界提取方法，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]，此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。以上所有的子分区统称为晶胞，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