[发明专利]一种部署在水面环境的弱栅栏间隙修复方法

摘要

一种部署在水面环境的弱栅栏间隙修复方法，包括：步骤1寻找子栅栏段，步骤2确定修复所需要的最少可移动节点数量，步骤3查找并选择最优冗余可移动节点完成修复。本发明可搜索需要被修复的水面环境的弱栅栏间隙，高效并节能地修复水面环境的弱栅栏间隙，具有普适性。首先，根据部署的水面区域建立坐标系，计算节点距离，采用布尔感知模型方法搜寻水面已经存在的若干子栅栏段；然后，根据子栅栏分布确定需要修复的子栅栏间隙数量，利用能耗控制算法，确定修复子栅栏间隙需要的最少可移动节点数量；最后，查找冗余可移动节点，使用匈牙利算法选择最优冗余可移动节点，降低能量消耗，完成栅栏间隙修复。

主权项

1.一种部署在水面环境的弱栅栏间隙修复方法，其包括以下步骤：步骤1：根据部署的水面区域建立坐标系，计算节点距离，采用布尔感知模型方法搜寻水面已经存在的若干子栅栏段，具体包括：11)根据水面部署区域建立直角坐标系，以区域左下侧为坐标原点，以部署区域横向为X轴，纵向为Y轴；12)将水面部署区域内的传感器节点横坐标x值按升序排序，排序后将传感器节点进行编号n₁，n₂，n₃……n_num；将部署区域内所有传感器节点n_i的坐标表示为(x_i,y_i)，任意两个传感器节点n_i和n_j之间的横坐标距离为d_i,j，计算公式为：d_i，j＝|x_i‑x_j|  (公式1)其中x_i和x_j为传感器节点n_i和n_j的横坐标，d_i,j为任意两个传感器节点n_i和n_j之间的横坐标距离；13)子栅栏搜寻算法从部署区域最左边的传感器节点n₁开始构建栅栏，判断节点n₂与n₁的横坐标之间的距离是否小于或等于2倍的感知半径r，若条件满足，则将传感器节点n₁和n₂存入一个Set数据结构B₁中；14)继续搜寻与传感器节点n₂横坐标距离最接近的传感器节点n₃，判断n₃是否满足条件；倘若d_2,3≤2r，则将传感器节点n₂和n₃放入Set数据结构B₁中；重复搜寻步骤直至发现节点n_i与n_i+1之间横坐标距离大于2r，停止算法迭代，得到一条完整的子栅栏；该子栅栏用集合B₁＝{n₁，n₂，n₃……n_i}表示；15)当完成子栅栏B₁的搜索后，以n_i+1为算法搜索的起点，重复布尔感知模型搜索方法，继续寻找子栅栏B₂，一直搜索到部署区域的最右侧，没有子栅栏可以被查找为止，最终得到部署区域内的所有子栅栏；步骤2：根据子栅栏分布确定需要修复的子栅栏间隙数量，利用能耗控制算法，确定修复栅栏间隙需要的可移动节点数量，具体包括：21)在得到子栅栏分段情况后，子栅栏之间的位置即为待修复的栅栏间隙；22)计算最少需要的可移动节点数量，采用能耗控制算法，根据栅栏间隙在横坐标上的投影长度与可移动节点的感知半径r，计算修复栅栏间隙需要的最少可移动节点数量，计算公式为：其中x_i表示子栅栏B_i最右侧传感器节点的横坐标，x_j表示子栅栏B_j最左侧传感器节点的横坐标，r表示可移动节点的感知半径，num_m表示修复子栅栏间隙最少需要的可移动节点数量；23)确定待修复位置点，基于公式2计算出的最少需要的可移动节点数量，将栅栏间隙区域纵向均匀划分为num_m+1个子区域，每个子区域左右两边的分割线即为待修复位置点所在的线；步骤3：查找冗余可移动节点，使用匈牙利算法选择最优冗余可移动节点，降低能量消耗，完成栅栏间隙修复，具体包括：31)分别从栅栏间隙两侧开始查找，搜索移动后不会使原栅栏产生新的栅栏间隙的冗余可移动节点，保证移动节点后不会影响子栅栏的覆盖完整性；32)选择最优冗余可移动节点，采用匈牙利算法，若冗余的可移动节点数量N小于待修复位置数量D，则肯定存在某些栅栏间隙无法被修复，若冗余的可移动节点数量N大于待修复位置数量D，满足匈牙利算法1个人分配1项任务的原则，可虚拟出N‑D个待修复位置，且所有可移动的冗余节点距离虚拟待修复位置的距离都为0；33)根据冗余可移动节点与待修复位置的欧氏距离构建匈牙利代价矩阵，如公式3所示，将代价矩阵按匈牙利算法步骤进行计算即可得到最佳的可移动节点派遣方案；其中d_i,j表示冗余可移动节点i与待修复位置j之间横坐标距离，矩阵中为0的表示可移动节点到虚拟待修复位置之间的距离。