动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及无线传感器网络技术领域，特别是指一种动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法及系统，该方法包括：获取移动感知节点位置、障碍物位置、静态感知节点位置以及虫害重点区域位置；确定障碍物产生的第一斥力势场以及移动感知节点受障碍物的总斥力；确定静态感知节点产生的第二斥力势场以及移动感知节点受静态感知节点的总斥力；确定虫害重点区域产生的第三引力势场以及移动感知节点受虫害重点区域的引力；确定移动感知节点运动时受到的合力；基于合力的引导，完成面向森林虫害重点区域感知的动静态节点耦合覆盖。采用本发明专利技术，可以有效避免感知节点重复覆盖导致的资源浪费，从而完成动静态节点耦合的协同覆盖任务。务。务。

【技术实现步骤摘要】
动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法及系统


[0001]本专利技术涉及无线传感器网络
，特别是指一种动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法及系统。

技术介绍

[0002]森林资源是自然资源的重要组成部分，但森林虫害会严重威胁森林健康的发展。目前主要的虫害感知方式普遍存在感知范围有限、图像分辨率低、数据采集滞后等问题。而传感器网络由于其高灵活、低成本、规模大等特性，具有巨大的发展应用前景，可以满足快速、准确、高效的森林虫害需求。森林虫害的感知覆盖体现了传感器对覆盖区域探测感知的无损指标，综合考虑任务区域的信息分布情况和移动感知节点的覆盖模型，是传感器网络的关键性能之一，也是传感器网络有效部署的基本前提，如何提高传感器对任务区的有效覆盖，是当前传感器网络研究的热点问题之一。
[0003]移动感知节点在存储能力、信息观测能力、计算能力、通讯能力和适应能力等方面具有较多优势，因此借助移动感知节点可以实时精准感知相关任务，对于快速应对森林虫害发生以及森林精准管理具有重要意义。但是，森林虫害的感知覆盖由于森林生长特征复杂、规模大、覆盖精度要求高等需求，导致森林虫害的感知系统运行存在瓶颈问题。
[0004]现有的覆盖部署研究通常需要精确的全局信息引导、人工参与以及部署环境比较理想简单，且静态传感器的自适应性、鲁棒性和协同性较弱。因为大多数的覆盖任务都是将大量静态感知节点随机分布在各种区域中，对环境、指定目标或事件进行数据采集。但静态感知节点的能量不足或遭遇恶意破坏，将导致覆盖网络出现覆盖空洞，且它们无法相互通信，从而徒增任务完成时间，增加系统的冗余性。而设置动态传感器很有可能造成感知节点重复覆盖导致资源浪费。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术实施例提供了一种动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法及系统。所述技术方案如下：
[0006]一方面，提供了一种动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法，该方法由动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖系统实现，该方法包括：
[0007]获取移动感知节点位置、障碍物位置、静态感知节点位置以及虫害重点区域位置；
[0008]根据所述移动感知节点位置以及障碍物位置，确定障碍物产生的第一斥力势场，根据所述第一斥力势场确定移动感知节点受障碍物的总斥力；
[0009]根据所述移动感知节点位置以及静态感知节点位置，确定静态感知节点产生的第二斥力势场，根据所述第二斥力势场确定移动感知节点受静态感知节点的总斥力；
[0010]根据所述移动感知节点位置以及虫害重点区域位置，确定虫害重点区域产生的第三引力势场，根据所述第三斥力势场确定移动感知节点受虫害重点区域的引力；
[0011]根据所述移动感知节点受障碍物的总斥力、移动感知节点受静态感知节点的总斥
力以及移动感知节点受虫害重点区域的引力，确定移动感知节点运动时受到的合力；
[0012]基于所述合力的引导，完成面向森林虫害重点区域感知的动静态节点耦合覆盖。
[0013]可选地，所述根据所述移动感知节点位置以及障碍物位置，确定障碍物产生的第一斥力势场，根据所述第一斥力势场确定移动感知节点受障碍物的总斥力，包括：
[0014]根据所述移动感知节点位置、障碍物位置以及下述公式(1)，确定障碍物产生的第一斥力势场：
[0015][0016]其中，k
r
表示斥力势场比例增益系数，q
n
表示移动感知节点S
n
的位置，q0表示障碍物O的位置,d(q
n
,q0)表示移动感知节点S
n
与障碍物O之间的欧几里得距离，d0表示障碍物O对移动感知节点S
n
的影响距离；
[0017]移动感知节点S
n
受障碍物O的斥力表示为：
[0018][0019][0020]其中，表示梯度；
[0021]当移动感知节点S
n
同时位于n个障碍物的影响范围内，移动感知节点S
n
受障碍物的总斥力表示为：
[0022]可选地，所述根据所述移动感知节点位置以及静态感知节点位置，确定静态感知节点产生的第二斥力势场，根据所述第二斥力势场确定移动感知节点受静态感知节点的总斥力，包括：
[0023]根据所述移动感知节点位置、静态感知节点位置以及公式(4)，确定静态感知节点产生的第二斥力势场：
[0024][0025]其中，k
r
表示斥力势场比例增益系数，q
n
表示移动感知节点S
n
的位置，q
s
表示静态传感器S
s
的位置,d(q
n
,q
s
)表示移动感知节点S
n
与静态感知节点S
s
之间的欧几里得距离，l
d
表示移动感知节点S
n
与静态感知节点S
s
之间的期望距离；
[0026]则移动感知节点S
n
受静态感知节点S
s
的斥力表示为：
[0027][0028][0029]其中，表示梯度；当移动感知节点S
n
同时位于n个静态感知节点的影响范围内，移动感知节点S
n
受静态感知节点的总斥力为：
[0030]可选地，所述根据所述移动感知节点位置以及虫害重点区域位置，确定虫害重点区域产生的第三引力势场，根据所述第三斥力势场确定移动感知节点受虫害重点区域的引
力，包括：
[0031]根据所述移动感知节点位置、虫害重点区域位置以及公式(7)，确定虫害重点区域产生的第三引力势场：
[0032][0033]其中，k
a
表示引力势场比例增益系数，q
n
表示移动感知节点S
n
的位置，q
g
表示虫害重点区域中心点位置，d(q
n
,q
g
)表示两者之间的欧几里得距离；
[0034]移动感知节点S
n
受到的引力为引力势场的负梯度，则移动感知节点S
n
受虫害重点区域的引力表示为：
[0035][0036][0037]其中，表示梯度。
[0038]可选地，所述根据所述移动感知节点受障碍物的总斥力、移动感知节点受静态感知节点的总斥力以及移动感知节点受虫害重点区域的引力，确定移动感知节点运动时受到的合力，包括：
[0039]根据所述移动感知节点受障碍物的总斥力、移动感知节点受静态感知节点的总斥力、移动感知节点受虫害重点区域的引力以及公式(10)，确定移动感知节点运动时受到的合力：
[0040][0041]其中，表示移动感知节点S
n
受障碍物的总斥力，F
a
表示移动感知节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种动静态节点耦合的虫害重点区域感知的覆盖方法，其特征在于，所述方法包括：获取移动感知节点位置、障碍物位置、静态感知节点位置以及虫害重点区域位置；根据所述移动感知节点位置以及障碍物位置，确定障碍物产生的第一斥力势场，根据所述第一斥力势场确定移动感知节点受障碍物的总斥力；根据所述移动感知节点位置以及静态感知节点位置，确定静态感知节点产生的第二斥力势场，根据所述第二斥力势场确定移动感知节点受静态感知节点的总斥力；根据所述移动感知节点位置以及虫害重点区域位置，确定虫害重点区域产生的第三引力势场，根据所述第三斥力势场确定移动感知节点受虫害重点区域的引力；根据所述移动感知节点受障碍物的总斥力、移动感知节点受静态感知节点的总斥力以及移动感知节点受虫害重点区域的引力，确定移动感知节点运动时受到的合力；基于所述合力的引导，完成面向森林虫害重点区域感知的动静态节点耦合覆盖。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述移动感知节点位置以及障碍物位置，确定障碍物产生的第一斥力势场，根据所述第一斥力势场确定移动感知节点受障碍物的总斥力，包括：根据所述移动感知节点位置、障碍物位置以及下述公式(1)，确定障碍物产生的第一斥力势场：其中，k
r
表示斥力势场比例增益系数，q
n
表示移动感知节点S
n
的位置，q0表示障碍物O的位置,d(q
n
,q0)表示移动感知节点S
n
与障碍物O之间的欧几里得距离，d0表示障碍物O对移动感知节点S
n
的影响距离；移动感知节点S
n
受障碍物O的斥力表示为：为：其中，表示梯度；当移动感知节点S
n
同时位于n个障碍物的影响范围内，移动感知节点S
n
受障碍物的总斥力表示为：3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述移动感知节点位置以及静态感知节点位置，确定静态感知节点产生的第二斥力势场，根据所述第二斥力势场确定移动感知节点受静态感知节点的总斥力，包括：根据所述移动感知节点位置、静态感知节点位置以及公式(4)，确定静态感知节点产生的第二斥力势场：其中，k
r
表示斥力势场比例增益系数，q
n
表示移动感知节点S
n
的位置，q
s
表示静态传感器
S
s
的位置,d(q
n
,q
s
)表示移动感知节点S
s
与静态感知节点S
s
之间的欧几里得距离，l
d
表示移动感知节点S
n
与静态感知节点S
s
之间的期望距离；则移动感知节点S
n
受静态感知节点S
s
的斥力表示为：为：其中，表示梯度；当移动感知节点S
n
同时位于n个静态感知节点的影响范围内，移动感知节点S
n
受静态感知节点的总斥力为：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述移动感知节点位置以及虫害重点区域位置，确定虫害重点区域产生的第三引力势场，根据所述第三斥力势场确定移动感知节点受虫害重点区域的引力，包括：根据所述移动感知节点位置、虫害重点区域位置以及公式(7)，确定虫害重点区域产生的第三引力势场：其中，k
a
表示引力势场比例增益系数，q
n
表示移动感知节点S
n
的位置，q
g
表示虫害重点区域中心点位置，d(q
n
,q
g
)表示两者之间的欧几里得距离；移动感知节点S
n
受到的引力为引力势场的负梯度，则移动感知节点S
n
受虫害重点区域的引力表示为：的引力表示为：其中，表示梯度。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述移动感知节点受障碍物的总斥力、移动感知节点受静态感知节点的总斥力以及移动感知节点受虫害重点区域的引力，确定移动感知节点运动时受到的合力，包括：根据所述移动感知节点受障碍物的总斥力、移动感知节点受静态感知节点的总斥力、移动感知节点受虫害重点区域的引力以及公式(10)，确定移动感知节点运动时受到的合力：其中，表示移动感知节点S
n
受障碍...

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，程徐，李刚，程斌，周艳敏，王志鹏，朱忠攀，蒋烁，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：