[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

说明书

本发明公开了一种轨道交通状态监测多传感器节点布局优化方法及系统。该方法包括：首先，确定轨道交通系统状态的监测范围，以及监测对象的类型；并将所述监测范围分为多个逻辑区域，每个逻辑区域包含多个监测区间，并初始化每个监测区间的各类传感器的部署位置；其次，构建节点优化布局权重函数；再次，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；建立表征各节点的网络传输能力的节点通信性能模型，并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。本发明有效地提升了状态监测感知能力和信息传输能力。

技术领域

本发明涉及轨道交通状态监测无线通信技术领域，特别是涉及一种轨道交通状态监测多传感器节点布局优化方法及系统。

背景技术

轨道交通已经成为旅客出行高效、节能的主要方式之一。随着运营里程的增加、运行速度的提升及信息技术的快速发展，给系统运行的安全性和可靠性提出了更高的要求。因此，需要专用的轨道交通基础设施及其运行环境状态监测系统，对系统运行状态信息进行准确感知、实时传输及精确辨识，为列车安全可靠运行及决策支持提供丰富完备的数据和技术支撑。目前，轨道交通运行状态在线监测系统构建不完善，传感器节点布设数量少，且多采用有线的方式进行监测信息的传输，系统建设维护难度大、成本高、可扩展性差，难以满足信息监测完备性和传输实时性的要求。

轨道交通状态监测专用无线传感网系统中，监测对象多样且监测环境复杂多变。传感器节点布局优化时，监测信息准确完备感知的同时，要确保监测信息稳定及时的传输到数据中心。但是，监测效能和通信效能很难兼顾，且不同监测位置和监测对象对系统运行效能的影响能力各异，给无线监测网络节点布局带来了新的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种轨道交通状态监测多传感器节点布局优化方法及系统，用以保证轨道交通运行环境及基础设施状态获取的完整性和准确性，以及监测信息传输的稳定性和高效性，实现对保障列车运行安全、决策支持的能力提升。

为了解决上述问题，本发明公开了一种轨道交通状态监测多传感器节点布局优化方法，所述方法包括：

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。

进一步地，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Ρ_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Ο_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；