[发明专利]一种面向水资源监测的多移动节点感知调度方法及系统

说明书

本发明提供了一种面向水资源监测的多移动节点感知调度方法及系统，本发明考虑了一种广域水资源监测场景下的移动节点感知问题，在受到移动感知节点数量、水资源监测状态信息不确定等因素的约束下，将监测范围划分为多个子区域，利用有限数量的感知节点在不同的时段、不同区域之间进行切换，来应对不同区域上水资源状态的动态性，提出时空域内最优节点感知调度方案，实现对广域范围内的全方位感知以及监测收益最大化。本发明对监测量的不确定性进行建模，并对不确定性模型问题转换成凸优化问题，且通过改机的分支定界算法求取考虑监测量不确定性的监测收益以确定最终的调度方案。本发明方案具有可靠性高，容错性好的技术优势。

技术领域

本发明属于水资源监测资源调度技术领域，更具体地，涉及一种面向水资源监测的多移动节点感知调度方法及系统。

背景技术

水资源是人类赖以生存的重要资源，水资源监测在水电行业的水情感知、水环境治理等众多领域发挥着重要作用。传统水资源监测的主要方式是通过在被监测水域中建立监测点来完成。由于各个监测点位置固定，且监测范围受限。面向广域监测需求，考虑成本等因素，难以实现整个水域范围的全覆盖。移动监测可以有效弥补固定监测的局限性，特别是随着信息技术的发展，各类可移动测量设备(例如无人船、无人机)开始被应用于水资源监测场景。通过部署移动测量设备实现远距离全天候、全范围的水资源监测具有广泛的应用前景。

目前关于移动水资源监测的应用研究还主要集中于单节点的任务执行，但是无论是从硬件制造水平还是能源效率、覆盖范围方面考虑，仅仅依靠单个节点依然无法实现对广域水资源的感知与检测，因此利用多节点协同感知从而实现广域水资源监测的研究具有理论与现实意义，而这一问题的研究尚不多见。此外，考虑外界环境以及测量误差的影响，在决策算法中需要考虑监测目标量的不确定性，这给多移动节点的调度决策带来了巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种面向水资源监测的多移动节点感知调度方法及系统，旨在解决现有技术仅靠单个节点无法实现对广域水资源的感知与监测，且多节点监测技术研究不成熟的问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种面向水资源监测的多移动节点感知调度方法，包括如下步骤：

根据广域水资源监测目标量的空间分布特点将广域水资源划分为N个子区域；所述监测目标量为所要采集的水资源参数；

将监测任务划分为T个时间段，每个移动监测节点在指定时间段内对指定子区域进行目标量检测；所述移动监测节点共S个，S小于N；N、S以及T均为大于1的整数；

确定T个时间段上所有可行的节点调度方案集合；所述节点调度方案指示每个移动监测节点在哪个时间段被分配到哪个子区域进行检测，每个时间段上被分配进行检测的移动监测节点的总数小于等于S；

根据每个子区域在各个时间段中的目标量的数值、所述可行的节点调度方案集合以及移动监测节点在各个时间段在对应子区域感知到目标量的概率确定每种节点调度方案对应的监测收益；所述监测收益指的是监测获得的总的目标量的数值；

根据每个移动监测节点从一个子区域切换到另一个子区域的代价，以及所述可行的节点调度方案集和确定每种节点调度方案对应的总代价；

将每种节点调度方案对应的监测收益减去对应的总代价得到每个节点调度方案的策略感知收益；

在每个节点调度方案的策略感知收益中考虑每个时间段中目标量数值的不确定性情况，确定所有可行的节点调度方案集和中策略感知收益值最大时的节点调度方案，将其作为所述广域水资源监测的多移动节点感知调度方案。

在一个可能的示例中，所述每个节点调度方案的策略感知收益，具体为：