[发明专利]一种自动气象站覆盖优化方法

说明书

本发明涉及一种自动气象站覆盖优化方法，包括以下步骤：步骤1、建模：将N个自动气象站随机部署在一个大小为L*W的二维矩形平面T内；步骤2、构建每个自动气象站的Voronoi图，得到每个自动气象站的Voronoi区域；步骤3、根据每个自动气象站的Voronoi区域，对每个自动气象站当前的位置进行更新，直至得到每个自动气象站最终的位置。本发明的优点在于：通过自动气象站覆盖优化问题转换为每个自动气象站各自覆盖对应Voronoi多边形区域的优化问题，降低问题的复杂性与计算复杂度，不仅使得自动气象站的节点部署和区域划分更加合理，同时使得自动气象站覆盖范围更佳。

技术领域

本发明涉及优化方法，特别涉及一种自动气象站覆盖优化方法。

背景技术

随着经济社会的高速发展，气象监测技术为多个行业的安全运行提供保障，在防灾减灾、交通调度、农业生产等方面发挥着极其重要的作用。其中，地面气象观测是气象监测技术的重要基础，它主要是对近地层范围内的气象要素进行观察和测定，最常见的就是在一个选定的观测场建立自动气象站从而对周围环境的气象要素进行采集和处理。一个有科学依据的自动气象站网体系，可保证地面气象观测资料具有准确性和代表性。一般情况下，这些自动气象站的选址是根据经验或者按照区域随机部署的，通过该方式部署的自动气象站难以保证良好的自动气象站覆盖率和气象信息监测的准确性。而自动气象站获取收集的地面气象观测资料往往代表了某一区域内的气象要素平均值，不合理的选址布局会对气象信息监测产生较严重的影响，如地面气象观测资料误差较大、天气预报分析不精准等，也在一定程度上增加整个自动气象站建设的成本。因此，自动气象站的选址布局和覆盖优化是气象监测技术中的重要环节。

针对自动气象站布局优化和区域覆盖问题，很多专家学者对其进行了深入研究并且取得了许多研究成果。近年来，基于计算几何学中的Voronoi图来提高区域覆盖效率受到广泛的关注和应用。

在区域覆盖控制规划中，以Voronoi图为基础主要有两种方法，一种是研究节点的冗余识别和冗余调度策略，通过识别节点是否为冗余节点来判断哪些满足覆盖冗余的节点进入休眠状态来降低节点冗余率。另一种是研究区域覆盖中的覆盖空洞或者覆盖率来提出修复策略。可将其分为三类：静态区域覆盖，移动区域覆盖和混合区域覆盖。静态区域覆盖中，主要通过增加新的节点来实现。静态的覆盖空洞修复方法虽然能够提升区域覆盖率并且减少冗余节点的部署，但是该策略普遍存在大面积的感知重叠现象并且具有较大局限性。移动区域覆盖和混合区域覆盖中，通常使现有的节点移动来覆盖空洞。这种动态区域覆盖考虑的是节点位置没有固定的情况下，通过调整自身位置动态完成相关覆盖任务，适用于一些具有运动能力的节点。虽然以上方法和策略的覆盖提升能力较强，但是实验结果中并未出现较高的覆盖率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种计算简单且覆盖率高的自动气象站覆盖优化方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种自动气象站覆盖优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、建模：将N个自动气象站随机部署在一个大小为L*W的二维矩形平面T内，并对N个自动气象站进行标记，分别记为：s₁，s₂，...s_i，...s_N；

其中，s₁为第1个自动气象站的标号，s₁在T中的位置为c₁；s₂为第2个自动气象站的标号，s₂在T中的位置为c₂；s_i为第i个自动气象站的标号，s_i在T中的位置为c_i；i＝1、2、...N；s_N为第N个自动气象站的标号，s_N在T中的位置为c_N；

步骤2、构建每个自动气象站的Voronoi图，得到每个自动气象站的Voronoi区域；