一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法制造技术

技术编号:20657610 阅读:62 留言:0更新日期:2019-03-23 08:59
本发明专利技术公开了一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,通过多个传感器节点的互相交充电范围的停靠点选择算法选择所有单对多充电的停靠点;通过孤立传感器节点的停靠点选择算法选择所有单对单充电的停靠点;单对多与单对单停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合;移动充电车的最短充电路径即为以服务站节点为起止点,遍历所有停靠点的最短哈密尔顿回路。本发明专利技术节约充电时间,缩短移动充电车的行驶路径,降低行驶能耗,提高充电效率和充电规划的可扩展性。

A Path Planning Algorithm for Mobile Charger Vehicle Based on Single-to-Multiple Charging Technology

The invention discloses a path planning algorithm for mobile charging vehicle based on single-to-multiple charging technology, which selects all single-to-multiple charging stops through the stopping point selection algorithm of the cross-charging range of multiple sensor nodes, chooses all Single-to-Single charging stops through the stopping point selection algorithm of isolated sensor nodes, and constitutes a mobile joint of single-to-many and Single-to-Single stopping points. The shortest charging path of mobile charger is the shortest Hamilton circuit which starts from the service station node and traverses all the stops. The invention saves charging time, shortens driving path of mobile charging vehicle, reduces driving energy consumption, improves charging efficiency and expandability of charging planning.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法
本专利技术涉及一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,属于无线可充电传感器网络的充电规划领域。
技术介绍
传感器节点体积较小,所携带的电池电量有限,且传感器网络中普遍存在节点能耗不均衡现象。因此,能量问题已经成为当前无线传感器网络实际部署和应用中所要克服的重要性能瓶颈。目前,针对传感器网络中的能量问题,主要有四种解决方案,即节能方案、人工更换电池方案、能量收集技术、无线充电技术。节能方案可通过睡眠调度、低功耗MAC(MediaAccessControl)协议、移动基站、数据融合等方式减少传感器节点的能耗,却无法补偿节点所消耗的能量,且牺牲了一定的网络性能,如增加通信延迟、减少传输可靠性等;人工更换电池方案仅仅适用于小规模且节点可触及的传感器网络,同时,频繁的更换电池将耗费大量的人力物力成本;而能量收集技术则需要传感器节点配有较大的能量转换器,能量转换效率低,且该方法受环境的影响很大,具有很强的不稳定性和不可控制性;因此,为保证传感器网络持久有效的工作,采用无线充电技术来为网络提供持续、稳定的能量补充服务,即利用移动充电车为任意传感器节点进行周期性无线充电。基于不同的工作原理,无线充电技术可分成三类,即电感耦合、电磁辐射、磁共振耦合,其中,磁共振耦合技术由于其高能量传输效率(米级)、无需对准、全方向、允许阻挡以及不受环境影响等优势,广泛应用于无线可充电传感器网络。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术提出一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,节约充电时间,缩短移动充电车的行驶路径,降低行驶能耗,提高充电效率和充电规划的可扩展性。为达到上述目的,本专利技术的技术方案是这样实现的:一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,具体步骤如下:步骤一:给定一个传感器节点集合N,所述传感器节点集合N中每个节点Ni存在一个相应的以Ni为圆心、移动充电车的充电范围R为半径的圆Ci,这些圆构成一个集合C,移动充电车在每一轮充电调度中都是从服务站节点出发,对所有的传感器节点进行充电,充电结束后返回服务站节点,服务站节点位置固定,若圆Ci与圆Cj相交,则称这两个圆为相交圆,并将圆心Ni与Nj归于相同的组,以此类推,多个圆相交则各自对应的圆心归为一组;如果圆Ck与集合C中的其他任意一个圆都不相交,则称Ck为孤立圆,并将孤立圆的圆心Nk单独归于一组;步骤二:相交圆之间的重叠区域内,根据相交圆各自对应的圆心的坐标求出重叠区域的质心,并将该质心作为这一组相交圆的停靠点;步骤三:对于孤立圆Ck,从距离圆心Nk最近的相交圆的停靠点找出与孤立圆Ck相切的两条直线,得到两个切点k和k’,之后选择离服务站节点近的切点为孤立圆Ck的停靠点;步骤四:相交圆和孤立圆的停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合,随后,通过遗传算法将移动充电车的充电路径设置为以服务站节点为起止点、遍历所有停靠点的最短哈密尔顿回路。优选地,所述步骤二中质心的计算方法如下:设N0~Ni的质心坐标为(x,y),其中,N0~Ni表示一组相交圆中所有的节点,且节点的坐标用(xn,yn)表示,n取值为0~i。优选地,所述步骤三种切点的具体计算方法如下:3.1计算距离孤立圆Ck圆心最近的相交圆停靠点与孤立圆圆心的距离d,结合孤立圆半径R计算出相切直线长度L,即L2=d2+R2(3)3.2以距离孤立圆Ck圆心最近的相交圆停靠点坐标、孤立圆圆心坐标Nk、孤立圆半径R与相切直线长度L为输入,采用几何算法定位相切点坐标,并选择距离服务站节点较近的切点作为孤立圆的停靠点,设距离孤立圆Ck圆心最近的相交圆停靠点坐标为(x1,y1),孤立圆圆心的坐标为(xk,yk),相切点坐标为(x2,y2),其中,(x1-x2)2+(y1-y2)2=L2(4)(xk-x2)2+(yk-y2)2=R2(5)解上述方程,从中得到相切点的坐标(x2,y2),即孤立圆的停靠点。有益效果:本专利技术提供一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,单对多充电技术的总体充电效率高于单对单充电技术,且节约充电时间,降低移动充电车的行驶能耗,提高充电规划的可扩展性,适用于大规模节点密集或聚簇分布的传感器网络,显著减少移动充电车的停靠点数目和充电路径长度,节约充电时间,降低充电代价,提高充电效率和充电规划的可扩展性。附图说明图1为基于移动充电车的充电范围对传感器节点进行分组的示意图;图2为根据步骤二所确定的相交圆的停靠点;图3为根据步骤三所确定的孤立圆的停靠点;图4为根据步骤四所确定的移动充电车的最短充电路径;图5为实例中根据本专利技术所确定的移动充电车最短充电路径;图6为实例中根据六边形算法所确定的移动充电车最短充电路径。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案,下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,具体步骤如下:步骤一:给定一个传感器节点集合N,所述传感器节点集合N中每个节点Ni存在一个相应的以Ni为圆心、移动充电车的充电范围R为半径的圆Ci,这些圆构成一个集合C,移动充电车在每一轮充电调度中都是从服务站节点出发,对所有的传感器节点进行充电,充电结束后返回服务站节点,服务站节点位置固定,若圆Ci与圆Cj相交,则称这两个圆为相交圆,并将圆心Ni与Nj归于相同的组,以此类推,多个圆相交则各自对应的圆心归为一组;如果圆Ck与集合C中的其他任意一个圆都不相交,则称Ck为孤立圆,并将孤立圆的圆心Nk单独归于一组;(本专利技术中,每一个传感器节点装载有全球定位系统(GPS)接收器,以确定每个传感器节点的位置坐标信息,然后基于节点的坐标信息确定相交圆和孤立圆,即将节点间距离小于2R的节点归于同一组(相交圆),距离均大于2R的节点即为孤立圆。)步骤二:相交圆之间的重叠区域内,根据相交圆各自对应的圆心的坐标求出重叠区域的质心,并将该质心作为这一组相交圆的停靠点;步骤三:对于孤立圆Ck,从距离圆心Nk最近的相交圆的停靠点找出与孤立圆Ck相切的两条直线,得到两个切点k和k’,之后选择离服务站节点近的切点为孤立圆Ck的停靠点;步骤四:相交圆和孤立圆的停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合,随后,通过遗传算法将移动充电车的充电路径设置为以服务站节点为起止点、遍历所有停靠点的最短哈密尔顿回路。优选地,所述步骤二中质心的计算方法如下:设N0~Ni的质心坐标为(x,y),其中,N0~Ni表示一组相交圆中所有的节点,且节点的坐标用(xn,yn)表示,n取值为0~i。优选地,所述步骤三种切点的具体计算方法如下:3.1计算距离孤立圆Ck圆心最近的相交圆停靠点与孤立圆圆心的距离d,结合孤立圆半径R计算出相切直线长度L,即L2=d2+R2(3)3.2以距离孤立圆Ck圆心最近的相交圆停靠点坐标、孤立圆圆心坐标Nk、孤立圆半径R与相切直线长度L为输入,采用几何算法定位相切点坐标,并选择距离服务站节点较近的切点作为孤立圆的停靠点,设距离孤立圆Ck圆心最本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,其特征在于,具体步骤如下:步骤一:给定一个传感器节点集合N,所述传感器节点集合N中每个节点Ni存在一个相应的以Ni为圆心、移动充电车的充电范围R为半径的圆Ci,这些圆构成一个集合C,移动充电车在每一轮充电调度中都是从服务站节点出发,对所有的传感器节点进行充电,充电结束后返回服务站节点,服务站节点位置固定,若圆Ci与圆Cj相交,则称这两个圆为相交圆,并将圆心Ni与Nj归于相同的组,以此类推,多个圆相交则各自对应的圆心归为一组;如果圆Ck与集合C中的其他任意一个圆都不相交,则称Ck为孤立圆,并将孤立圆的圆心Nk单独归于一组;步骤二:相交圆之间的重叠区域内,根据相交圆各自对应的圆心的坐标求出重叠区域的质心,并将该质心作为这一组相交圆的停靠点;步骤三:对于孤立圆Ck,从距离圆心Nk最近的相交圆的停靠点找出与孤立圆Ck相切的两条直线,得到两个切点k和k’,之后选择离服务站节点近的切点为孤立圆Ck的停靠点;步骤四:相交圆和孤立圆的停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合,随后,通过遗传算法将移动充电车的充电路径设置为以服务站节点为起止点、遍历所有停靠点的最短哈密尔顿回路。...

【技术特征摘要】
1.一种基于单对多充电技术的移动充电车路径规划算法,其特征在于,具体步骤如下:步骤一:给定一个传感器节点集合N,所述传感器节点集合N中每个节点Ni存在一个相应的以Ni为圆心、移动充电车的充电范围R为半径的圆Ci,这些圆构成一个集合C,移动充电车在每一轮充电调度中都是从服务站节点出发,对所有的传感器节点进行充电,充电结束后返回服务站节点,服务站节点位置固定,若圆Ci与圆Cj相交,则称这两个圆为相交圆,并将圆心Ni与Nj归于相同的组,以此类推,多个圆相交则各自对应的圆心归为一组;如果圆Ck与集合C中的其他任意一个圆都不相交,则称Ck为孤立圆,并将孤立圆的圆心Nk单独归于一组;步骤二:相交圆之间的重叠区域内,根据相交圆各自对应的圆心的坐标求出重叠区域的质心,并将该质心作为这一组相交圆的停靠点;步骤三:对于孤立圆Ck,从距离圆心Nk最近的相交圆的停靠点找出与孤立圆Ck相切的两条直线,得到两个切点k和k’,之后选择离服务站节点近的切点为孤立圆Ck的停靠点;步骤四:相交圆和孤立圆的停靠点共同构成移动充电车的停靠点集合,随后,通过遗传算法将移动充电车的充电路径设置为以服务站节点为起止点、遍历所...

【专利技术属性】
技术研发人员:张帆张杰钱玉洁
申请(专利权)人:河海大学常州校区
类型:发明
国别省市:江苏,32

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