利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法，其中，该方法包括：根据三维空间大目标的所有外凸点获得所述三维空间大目标的质心；以所述质心为球心获得所述三维空间大目标的外接球；根据移动节点之间的虚拟力，以及所述移动节点与所述三维空间大目标的外接球之间的虚拟力围绕所述三维空间大目标的外接球部署所述移动节点；根据所述移动节点和所述质心的连线调整所述移动节点的朝向，以使所述朝向指向所述球心。本发明专利技术能够利用有向传感器移动网络节点对三维空间大目标表面进行均匀覆盖，移动节点部署快、智能化程度高，节省了大量人力资源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无线传感器网络领域，尤其涉及一种三维空间内有向传感器网络移动节点覆盖大目标的实现方法，具体来说就是一种利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法。
技术介绍
近年来，无线传感器网络由于其高度的学科交叉性和广泛的应用前景受到世界各地学术界和工业界的高度关注，已成为当前IT领域新兴的前沿热点。根据采用的传感器节点类型,无线传感器网络可分为很多种。例如，若节点带有摄像装置，具有视频采集功能，则称之为视频传感器网络；若带有移动装置，则称为移动传感器网络；若组成网络的传感器节点的感知范围与方向相关，则称为有向传感器网络。在目标监测问题上，有向传感器在重点方向覆盖和使用能耗方面相比传统的全向传感器更具有优势。从实际应用角度上来看，目前常见的传感器类型，如图像、红外、声波等均具有方向性，由此可见有向传感器网络更为接近实用。有向传感器网络节点加装了自主移动装置，就构成了有向移动传感器网络，例如用于军事、农业、灾难救援中的空中视频传感器网络，其节点是一架带有摄像头的微小型飞行器，由于能够组网协同飞行，从而能够更及时准确地获取目标区域的信息。针对各类无线传感器网络，节点的部署和覆盖控制问题一直是研究的热点问题。常用的节点部署方法主要分为随机部署、人工部署和自主部署三类。在随机部署方式中，节点被一次性随机抛撒在监测区域内；在人工部署方式中，需要人工手动布设每一个节点；自主部署是指初始时节点被随机布撒，但由于节点自身带有移动装置能够自主移动，会按着一定的部署方法通过自主移动完成部署。对于自主部署而言，由于节点的资源受限，通信范围和感知范围都十分有限，因此自主部署算法的好坏会对监测区域覆盖产生重要影响。好的自主部署算法应尽可能避免重叠覆盖、尽可能减少覆盖漏洞，部署过程中尽可能避免节点之间或节点与目标之间的相互干扰(如碰撞)。有向移动传感器网络在灾难救援中具有具大的应用潜力，可以快速、近距离对灾难发生地点进行全方位监测，协助搜索被困人员、及时反馈现场信息。然而，在实际应用中，被监测目标通常具有一定的空间体积，例如一座发生雪崩的雪山、一座起火的高层建筑物，迫切需要全方位进行监测。但是目前已有的自主部署算法，主要是针对二维平面环境进行区域覆盖，针对三维空间大目标表面的覆盖部署问题，尚未发现有相关研究成果。因此，本领域技术人员亟待研发一种利用有向传感器网络移动节点自主覆盖三维空间大目标的方法。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法，解决了现有技术中有向移动传感器网络移动节点无法针对三维空间大目标表面进行覆盖部署的问题。为了解决上述问题，本专利技术具体实施方式提供一种利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法，包括：根据三维空间大目标的所有外凸点获得所述三维空间大目标的质心；以所述质心为球心获得所述三维空间大目标的外接球；根据移动节点之间的虚拟力，以及所述移动节点与所述三维空间大目标的外接球之间的虚拟力围绕所述三维空间大目标的外接球部署所述移动节点；根据所述移动节点和所述质心的连线调整所述移动节点的朝向，以使所述朝向指向所述球心。根据本专利技术的上述具体实施方式可知，利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法至少具有以下有益效果或特点：基于虚拟力原理，将有向移动传感器网络协同自主部署过程转化为节点在虚拟力场中受虚拟力作用而自主移动、自主转动的过程，能够实现移动传感器网络节点自主、均匀覆盖三维空间大目标，从而实现对三维空间大目标的全方位监测，节点部署快、智能化程度高，节省了人力资源。附图说明下面的所附附图是本专利技术的说明书的一部分，其绘示了本专利技术的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本专利技术的原理。图1是有向移动传感器网络大目标模型示意图。图2是有向移动传感器网络节点感知模型示意图。图3是有向移动传感器网络三维空间大目标移动节点覆盖方法执行步骤示意图。图4是有向移动传感器网络节点之间的虚拟力示意图。图5是有向移动传感器网络节点与大目标之间的虚拟力示意图。图6是有向移动传感器网络节点方向与大目标之间角度关系示意图。图7是有向移动传感器网络部署实例的初始化状态示意图。图8是有向移动传感器网络部署实例在部署过程中某一时刻状态示意图。图9有向移动传感器网络部署实例的最终部署状态示意图。图10有向移动传感器网络部署实例的剖面部署状态示意图。图11是利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本专利技术所揭示内容的精神，任何所属
技术人员在了解本
技术实现思路
的实施例后，当可由本
技术实现思路
所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本
技术实现思路
的精神与范围。本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本专利技术，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。以下结合附图对本专利技术作进一步说明，如说明书附图1-图10所示。所述大目标是指体积较大(少量有向传感器网络节点无法完成覆盖)且可表现为单一体积的被监测物体，如图1所示。部署完毕后应最大限度覆盖大目标的表面积。大目标的所有外凸点集合Sa＝{S1,S2,...,Sk本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法，其特征在于，该方法包括：根据三维空间大目标的所有外凸点获得所述三维空间大目标的质心；以所述质心为球心获得所述三维空间大目标的外接球；根据移动节点之间的虚拟力，以及所述移动节点与所述三维空间大目标的外接球之间的虚拟力围绕所述三维空间大目标的外接球部署所述移动节点；根据所述移动节点和所述质心的连线调整所述移动节点的朝向，以使所述朝向指向所述球心。

【技术特征摘要】
1.一种利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法，其特征在于，该方法包括：根据三维空间大目标的所有外凸点获得所述三维空间大目标的质心；以所述质心为球心获得所述三维空间大目标的外接球；根据移动节点之间的虚拟力，以及所述移动节点与所述三维空间大目标的外接球之间的虚拟力围绕所述三维空间大目标的外接球部署所述移动节点；根据所述移动节点和所述质心的连线调整所述移动节点的朝向，以使所述朝向指向所述球心。2.如权利要求1所述的利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法，其特征在于，所述三维空间大目标的外接球的半径为所述质心与所述外凸点之间的最大距离。3.如权利要求1所述的利用有向移动传感器网络节点覆盖三维空间大目标的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭励，杨明华，杨朝玉，于重重，陶灵娇，
申请(专利权)人：北京工商大学，
类型：发明
国别省市：北京;11