面向水面溢油監(jiān)測的無線傳感網部署問題研究.pdf

1、隨著航運業(yè)的不斷發(fā)展與水下資源的深度開采與利用，船舶溢油污染的潛在風險在不斷地加大。由于海洋面積廣大、環(huán)境復雜多變，工程人員很難對溢油事故進行預測和評估。當船舶溢油事故發(fā)生時，及時地監(jiān)測到污染情況，并迅速采取有效措施以預防溢油污染的擴大化，將極大地減輕大面積污染的嚴重后果。相對于傳統(tǒng)的衛(wèi)星遙感探測和航空遙感監(jiān)測等方式，無線傳感器網絡(WirelessSensor Network,WSN)具有系統(tǒng)成本低、全天候、低功耗、靈活性高、可快速部

2、署等優(yōu)點，已經成為當前水環(huán)境監(jiān)測研究中的重要方向，能夠實時報告當前水質現(xiàn)狀、準確監(jiān)測溢油，以便采取及時有效的處置方案，因此在未來的實際溢油監(jiān)測中具有廣闊的應用前景。
　　本文面向水面溢油監(jiān)測的實際應用，針對WSN部署組網的首要問題，即傳感器節(jié)點的部署優(yōu)化(Sensor Node Deployment and Optimization，SNDO)問題開展研究，聯(lián)合考慮目標區(qū)域的覆蓋性能、網絡的連通性能以及網絡的能耗約束，部署建立了基

3、于WSN的水面溢油監(jiān)測網絡，以期在實現(xiàn)對目標區(qū)域覆蓋需求的同時，通過傳感器節(jié)點布設和網絡的拓撲優(yōu)化，降低網絡中節(jié)點的部署成本和通信中的能量消耗。
　　我們的研究旨在為面向水面溢油監(jiān)測的實際網絡部署提供理論依據(jù)。首先，本文分析了無線傳感器網絡結構的特點，將研究問題描述為傳感器節(jié)點的部署優(yōu)化(SNDO)問題，建立了滿足網絡覆蓋要求和網絡中節(jié)點的最大跳數(shù)限制條件下的數(shù)學模型，從而實現(xiàn)了將網絡的部署優(yōu)化問題轉化為線性規(guī)劃問題(Intege

4、rLinear Programming，ILP)，以便使用線性規(guī)劃求解器Gurobi進行求解。其次，我們基于Gurobi求解器對數(shù)學模型中一重覆蓋和二重覆蓋要求的小規(guī)模驗證場景分別進行了求解，并驗證了該數(shù)學模型的正確性及有效性。此外，針對中大規(guī)模網絡部署中Gurobi求解效率不高的問題，我們使用遺傳算法進行求解，并對算法的有效性進行了驗證。在此基礎上，提出了一種基于變長染色體的改進型遺傳算法，該算法在運算過程中分析最優(yōu)解的長度和基因內容