[发明专利]轨道交通状态监测多传感器节点布局优化方法及系统

权利要求书

1.一种轨道交通状态监测多传感器节点布局优化方法，其特征在于，包括：

首先，确定轨道交通系统状态的监测范围A，以及监测对象的类型N(1,2,…,n)；并根据监测范围的地理特征及各类监测对象的作用范围，将所述监测范围A分为n个逻辑区域[A₁,A₂,…,A_n]，每个逻辑区域包含k个监测区间a，并初始化每个监测区间的各类传感器的部署位置，每一部署位置称为节点；

其次，根据同类监测对象的各节点部署区间的状态信息对轨道交通系统运行安全的影响能力，以及不同类监测对象的状态信息对轨道交通系统运行安全的影响能力，构建节点优化布局权重函数；

再次，根据每个监测区间的各类传感器的部署位置，建立表征各节点状态感知能力的状态感知能力节点效用函数模型；根据所述节点优化布局权重函数，建立表征各节点的网络传输能力的节点通信性能模型，并根据所述状态感知能力节点效用函数模型及网络传输能力的节点通信性能模型构建所述轨道交通系统的综合优化效用函数；

最后，根据所述综合优化效用函数及预设的寻优算法，确定所述轨道交通系统最优的传感器节点；

其中，所述根据同类监测对象的各节点部署区间的状态信息对轨道交通系统运行安全的影响能力，以及不同类监测对象的状态信息对轨道交通系统运行安全的影响能力，构建节点优化布局权重函数的步骤包括：

对同类监测对象而言，监测区间权重系数P_i通过对各逻辑区域的历史数据的整理分析得出，其中，对于交通条件易恶化或者存在容易影响交通安全的逻辑区域的监测区间权重系数较大；

对不同类监测对象而言，监测对象权重系数O_i通过对各监测对象的历史数据的整理分析得出，其中，对交通安全可靠性影响更大的监测对象的权重系数较大；

根据所述监测区间权重系数P_i以及监测对象权重系数O_i构建节点优化布局权重函数；

其中，所述根据所述监测区间权重系数P_i以及监测对象权重系数O_i构建节点优化布局权重函数的步骤包括：

根据如下公式构建节点优化布局权重函数λ_i′：

λ_i′＝f(P_i,O_i),i＝1,2,...,n

s.t.0≤P_i≤1

0≤O_i≤1；

其中，在所述根据所述监测区间权重系数P_i以及监测对象权重系数O_i构建节点优化布局权重函数的步骤之后还包括：

将所述节点优化布局权重函数λ_i′通过如下公式进行归一化处理，得到处理后的节点优化布局权重函数：

其中，所述状态感知能力节点效用函数模型为以下三个函数中的任意一个：

或

或

其中，

x_i＝|l′_i-l_i|

l_i表示节点初始最优部署位置，l′_i表示优化后节点的位置，x_i表示节点初始位置和优化位置的距离，m_i表示监测区间的长度；ξ为函数陡度调节系数，用来调节节点位置变化对效用函数的影响程度；所述三个状态感知能力节点效用函数模型都表示传感器节点的状态感知能力随着最佳感知位置偏离距离的增加而降低；

其中，所述表征各节点的网络传输能力的节点通信性能模型定义为：

S.T.α+β+γ＝1

0≤α≤1

0≤β≤1

0≤γ≤1

其中，代表节点的有权度；代表节点的有权介数；代表节点的有权最短路径，表示节点剩余能量最多；α,β,γ是权重系数，调节各类指标对系统效能的影响程度；

其中，节点度d_i表示该节点连接边的数量，节点度越大代表该节点信息传输的路径越多；λ_i为节点的综合权重系数；

节点介数b_i表示网络最短路径经过该节点的数量，节点介数大代表该点以最小通信代价传输数据的路径越多；

节点最短路径r_i表示该点监测信息通过最少跳数前向传送到基站的跳数，最短路径小代表节点信息传输的通信代价小；其中，函数h₁、h₂和h₃均为有权度计算函数；

其中，所述轨道交通系统的综合优化效用函数为：

0≤ω_i≤1

其中，ω_i是自适应调节参数，用来调整不同业务的监测准确性效能和通信效能对系统总效能的影响程度。